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研究背景
在纺织工业中，超过 93% 的废水含有各种染料，大多数染料都含有类似联苯胺的致癌物质和芳香化合物，对水生和陆地生物构成巨大威胁。如何高效清洁得从废水中去除染料是纺织、造纸、皮革、制药和食品行业所面临的严峻问题之一。传统的化学和物理技术效率低、成本高且降解副产物有毒。尽管如漆酶、过氧化物酶等天然酶可以有效降解染料。但是他们稳定性差、价值高、不可回收等缺点限制了酶的大规模应用。为克服上述缺点，纳米酶因其独特的结构和性质而备受关注。然而，单个纳米酶的底物光谱较窄、催化活性较低、反应时间长和稳定性差，限制了其在多污染物降解中的应用。
论文详情
为此，北京化工大学梁浩课题组基于 Cu2+ 和 GMP 的适应性封装构建了纳米复合物 Hematin@Cu/GMP。其同时具有模拟漆酶活性和模拟过氧化物酶活性。制备的 Hematin@Cu/GMP 对不同的染料底物表现出优异的催化活性，具有高稳定性和优异的可重复使用性。该成果发表于学术期刊 Catalysis Science & Technology。
研究亮点
亮点 1：Hematin@Cu/GMP 同时具有漆酶和过氧化物酶活性。
▲ | Figure 1 Coordination of hematin and Cu2+ with ligand GMP to form Hematin@Cu/GMP complex besides shows its degradation reaction on dyes. |
▲ | Figure 2. Encapsulation efficiency of Hematin with different (A ligands (B) metal chlorides (C) pH and (D) metal salt concentration. |
▲ | Figure 3. Characterization of free Hematin and Hematin@Cu/GMP. SEM (A) and TEM (B) of Hematin@Cu/GMP; FT-IR (C) of Hematin and Hematin@Cu/GMP; D to G: EDS element analysis of Hematin@Cu/GMP. |
亮点 2：Hematin@Cu/GMP 可以高效降解多种染料
▲ | Figure 4. The laccase-like (A) mimic activity and (B) peroxidase-like mimic activity of Hematin@Cu/GMP, compared with enzymes laccase, HRP, and free Hematin on the OG dye substrates (picture depicted gradual degradation of dye). The degradation of different dyes (C) in the presence of Hematin@Cu/GMP, HRP, laccase and hematin (D) in the presence of hydrogen peroxide. |
亮点 3：通过 Hematin@Cu/GMP 降解的产物基本无毒、纳米复合物在高温及强酸碱条件下具有优异的稳定性。
▲ | Figure 5. Schematic diagram of OG dye degradation. |
▲ | Figure 6. Hematin@Cu/GMP (A) Thermostability (B) stability on pH scales (C) storage stability (D) Reusability (E) stability with cationic solvents (F) stability with anionic solvents (G) stability against different organic solvents |
总结与展望
本文设计了一种简单方便的合成 Hematin@Cu/GMP 复合材料的方法，该复合材料同时具有漆酶和过氧化物酶催化活性。Hematin@Cu/GMP 在高温、强酸碱以及有机溶剂存在等极端条件下具有优异的活性。此外，Hematin@Cu/GMP 在 7 个循环后仍能高效降解 OG 染料。通过比较模拟酶和天然酶的降解产物，证明了 Hematin@Cu/GMP 的降解产物具有较低的毒性。更重要的是，纳米复合材料还针对 CV、PB、MO 和 AB 几种染料进行了评估，其完全降解的结果证明了纳米复合物作为天然酶替代品的广阔前景。论文的研究成果对于降低染料的环境毒性具有理论指导及现实应用价值。
论文信息
Construction of robust bienzyme-mimicking nanocatalysts for dye degradation by self-assembly of Hematin, metal ions, and nucleotides.
Memon, A. H.; Wei, B.; Shams, S.; Jiang, Y.; Jiao, M.; Su, M*(苏明明，中国人民大学).; Liang, H*(梁浩，北京化工大学).,
Catal Sci Technol., 2022.
http://doi.org/10.1039/D1CY01125A
北京化工大学主要作者简介
Am jad Hussain Memon 博士研究生 北京化工大学。研究按方向为酶固定化、模拟酶。以第一作者、合著者和通讯作者的身份在 Food Chemistry, Catal Sci Technol, Biochemical Engineering Journal, Molecular Liquids and New Journal of chemistry 上发表多篇论文。
北京化工大学
魏斌，硕士研究生，就读于北京化工大学，研究方向为酶促生物转化及酶固定化。以第一作者或共同一作在 Acs Biomater Sci Eng、COLLOID SURFACE B、Catal Sci Technol 发表多篇研究论文。
北京化工大学
Saira Shams，北京化工大学博士，主要研究方向为酶模拟活性，酶固定化，纳米材料的合成。在 Catalysis Science and Technology, New Journal of Chemistry, Journal of Photochemistry and Photobiology, B:Biology, RSC Advances, Applied nanoscience, Applied Microbiology and Biotechnology, Process Biochemistry. 等刊物发表论文多篇。
北京化工大学
焦蒙昭，硕士研究生，北京化工大学，研究方向为金属酶模拟与固定化。以第一作者或共同一作在 Chemical Engineering Journal，Catalysts 发表多篇篇研究论文。
北京化工大学
蒋玉翠，硕士研究生，北京化工大学，研究方向为模拟酶合成及酶固定化。研究论文以第一作者在 Journal of inorganic biochemistry 期刊上。
北京化工大学
梁浩，博士，教授，博士生导师，中国药学会制药工程专委会青年委员，北京理化分析测试技术学会青年学术委员会常务理事。入选山东泰山产业领军人才、北京化工大学青年教学名师。先后主持科技部重点研发计划政府间专项、科技部重点研发计划子课题、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、河北省重点研发计划、多项技术实现工业化生产。主要研究领域为天然糖苷类药物的酶法制备与改性、新型纳米固定化酶催化剂的构建与应用、新型人工仿生纳米酶的构建与级联催化；以第二完成人获得教育部高等学校科学研究优秀成果奖（技术发明奖）二等奖 1 项，中国商业联合会科技进步奖一等奖 1 项和北京市科技三等奖 1 项。在相关领域发表论文 85 篇，申请获得发明专利 6 项。
中国人民大学
苏明明, 中国人民大学环境学院副教授，博士生导师，中国人民大学双碳研究院研究员，主要研究方向资源、环境与可持续发展，主持国家自然科学基金等多项科研项目。
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