纳米酶是一种具有内在酶模拟活性的人工纳米材料，近年来成为一类极具吸引力和用途广泛的纳米材料。纳米酶具有与天然酶类似的催化功能，具有稳定性高、催化活性可控、易于合成等优点。它们利用肿瘤内的特定分子作为底物并产生活性氧(ROS)等有毒物质，具有催化癌症治疗的巨大潜力。然而，如何在复杂多变的肿瘤微环境(TME)中高效催化大量有毒ROS的生成，从而实现对肿瘤细胞的高效杀伤，仍是一项具有挑战性的任务。目前迫切需要设计和构建活性可调、对肿瘤微环境响应性好、生物相容性高的高效纳米催化平台。
纳米酶的内在结构和外部刺激(光、超声和电)都会影响其催化活性。纳米酶的形态和尺寸、元素空位、杂原子、表面化学都影响其催化活性和底物选择性。从几何角度看，尺寸和形貌往往会影响纳米催化剂的暴露晶面和比表面积，从而影响其催化活性。从电子结构的角度来看，由于量子尺寸效应，金属粒子的电子能级也发生了显著的变化。此外，金属/非金属原子掺杂和空位工程也被用于通过调整纳米酶的表面电子结构和能带结构来调节纳米酶的催化活性。精确、合理地调节活性位点结构是获得具有独特特性和高催化活性的纳米酶的关键。
钌纳米酶的合成过程示意图，温度诱导晶格膨胀和肿瘤治疗（图源自Nature Communications ）
除了优化纳米酶的内在结构外，还可以利用近红外光、超声、磁场和电场等非侵入性外源刺激来增强纳米酶的催化活性。特别是电场作为一种临床应用的癌症治疗方式，其驱动场深而广，可以覆盖整个肿瘤组织，避免可能的肿瘤复发。此外，电刺激可以通过自供电的方式施加，以适应智能和远程家庭医疗。在最近的研究中，研究发现可穿戴式自驱动摩擦电纳米发电机(TENG)提供的电刺激可以调节纳米酶对Fe-N4和Cu-N4活性位点的催化性能，从而提高癌症治疗中ROS的产生。TENG通过静电感应或接触通电，将人类日常活动中的机械能转化为电脉冲，为电刺激提供温和、安全、可自我操纵的电场。这些进展促使进一步探索如何通过精细操纵纳米酶的内在结构来提高其催化性能，同时提高其电响应性。
研究通过在不同的煅烧温度下轻松控制Ru纳米晶体的晶格间距来调节Ru基纳米酶的电子状态。研究发现晶格扩展可以提高Ru纳米酶对电刺激的响应性，最大限度地提高它们的催化活性，以战胜癌症。钌纳米酶具有多酶样活性，钌纳米晶体的晶格扩展增强了其催化活性和对自驱动电刺激的响应性。通过密度泛函理论(DFT)的计算，分析了晶格膨胀和电刺激促进RuX催化的机理。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-52277-7
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