纳米酶独特的催化特性使其在生物领域得到了广泛的应用。在本文中,我们首先制备了一系列的金属纳米酶,并详细地研究了其催化特性、类酶特性和清除自由基的活性,并揭示了其催化机理。其次,利用金属纳米酶的催化可调控的特性,将其应用到氧化应激相关的疾病中。文章的主要内容、结果和结论如下:(1)利用化学气相沉积法构建了一系列碳包金属(M@C,M=Fe、Co、Ni)的纳米颗粒,并详细地研究了其催化特性和辐射防护作用。首先,使用电化学工作站对材料的电催化特性进行研究。研究发现与单纯的石墨烯、石墨相比,M@C对H2O2和O2的还原性能明显增强。理论计算分析表明M@C能够催化并清除超氧阴离子(O2-)、过氧羟基(HO2·)和羟自由基(·OH),其中Fe@C和CoNi@C两种材料对O和OH具有最高的结合能。随后研究了两种材料的辐射防护效果,细胞水平研究表明Fe@C和CoNi@C能有效清除照射引起的细胞内活性氧(Reactive oxygen species,ROS)升高,提高细胞的存活率,显著降低DNA损伤。体内研究发现M@C能有效提高受照小鼠的存活率到80%和90%。同时,组织的氧化应激水平下降,骨髓造血和小肠组织得到了有效保护。(2)通过引入Rh对PtPd合金的催化性能进行调控,构建了具有中空结构的纳米立方体。首先,使用了电化学、分光光度计方法和电子自旋共振进行了催化和类酶性质的研究,研究发现掺杂可以增强催化活性和清除自由基的能力。其次,应用密度泛函理论研究了增强催化的机理和详细的反应路径。最后,将具有中空结构的PtPdRh应用到体内治疗氧化应激的研究中。研究发现三元纳米酶合金能够有效清除照射导致的细胞内ROS水平升高。体内研究发现掺杂后的纳米酶与不掺杂或二元掺杂的PtPd相比,动物存活率显著升高,并且有效缓解组织的氧化应激水平,并保护动物的造血系统和小肠组织。(3)设计了对中性环境具有催化选择性的PtPdMo三元纳米酶,详细地研究了其催化机理,并将其应用到脑损伤中。首先,使用电化学和紫外可见分光光度计方法研究了 PtPdMo的类过氧化物酶、类过氧化氢酶(CAT)性质。其次,通过电子自旋共振详细地研究了纳米酶在不同pH环境下,对不同种类自由基的催化选择性。结果表明,纳米酶在中性环境下具有更好的催化选择性,电子自旋共振结果显示其能够有效清除中性和微酸环境下的单线态氧(1O2)、·OH、一氧化氮(NO)自由基。通过密度泛函理论计算了催化反应的电子结构,揭示了催化机理。最后,将纳米酶应用到脑损伤的治疗中,研究表明在细胞水平能够有效保护H2O2和脂多糖(LPS)造成的神经细胞损伤,在动物水平纳米酶能够有效保护LPS引起的神经炎症反应,改善动物的行为学水平。