title: Investigating multienzyme-like activity of High entropy nanoparticles
Creators: name: Mohamed Hassan, Mohamed Hossam
Publisher: name: :none
Year: 2023

description: Nanozyme wurden in den letzten Jahrzehnten zunehmend untersucht, was auf die Bedeutung von enzymähnlichen Nanomaterialien nicht nur im industriellen Bereich, sondern auch in den biochemischen, analytischen und pharmazeutischen Bereichen hinweist. Nanozyme werden aufgrund ihrer hergestellten Materialien und ihrer spezifischen katalytischen Aktivitäten klassifiziert. Einige Nanozyme zeigen ein- oder mehrere enzymartige Aktivitäten, wie z.B. POD-, Katalase-, Oxidase- oder Superoxid Dismutase-ähnliche Aktivitäten. Diese Nanomaterialien besitzen einzigartige physikalische, chemische und elektrische Eigenschaften, die zu verschiedenen Mechanismen ihrer katalytischen Aktivität führen, wie z.B. Elektronentransferprozesse oder die Produktion freier Radikale. Ein vielversprechendes Nanomaterial mit hohem Potenzial für katalytische Aktivität sind Hochentropieoxide (HEOs). HEOs sind moderne Nanomaterialien mit vielfältigen Anwendungen und der Fähigkeit, Reaktionsenergie-Raten zu senken. Deshalb untersucht diese Arbeit die Multienzyme-ähnliche Aktivität von HEO und vergleicht ihre Peroxidase-ähnliche Aktivität mit anderen gut untersuchten Nanozymen wie Fe3O4-NP und dem natürlichen Enzym HRP unter Verwendung von Michaelis-Menten-Kinetik. Die Studie untersucht auch den Mechanismus der Peroxidase-ähnlichen Aktivität und die Erkennung der Katalase-ähnlichen Aktivität von HEOs. Unter den Reaktionsbedingungen dieser Studie zeigte HEN eine 2,6-fach höhere Affinität gegenüber TMB als das native HRP. Darüber hinaus beschleunigte dieses Material die Reaktion um das 3,6-fache im Vergleich zu Fe3O4-NP. In Bezug auf den Mechanismus stellte sich heraus, dass der Elektronentransferprozess bei der Oxidation des Substrats eine Rolle spielt, anstatt die Bildung von freien Radikalen wie Hydroxylradikale oder Superoxid-Radikale. Darüber hinaus war es interessant, dass das Material auch eine Katalase-ähnliche Aktivität besaß, wobei eine Konzentration von 80 µg/ml HEN denselben Effekt wie 0,1 mg/ml native Katalase bei der Zersetzung von H2O2 zeigte. Diese Erkenntnisse trugen zum Verständnis von HEN hinsichtlich enzymähnlicher Aktivitäten bei und legten nahe, dass sie in der Biomedizin Anwendung finden können.
description: In the past two decades, there has been a growing interest in studying nanozymes due to their enzyme-like catalytic activities, demonstrating their potential application in the industrial, biochemical, analytical, and pharmaceutical fields. Nanozymes are classified based on their fabricated materials and their specific catalytic activities. Some nanozymes exhibit single or multienzyme-like activities, such as POD- (peroxidase), catalase-, oxidase, or superoxide dismutase-like activities. These nanomaterials possess unique physical, chemical, and electrical properties that lead to different mechanisms of their catalytic activity, such as electron transfer processes or free radical production. One promising class of nanomaterials with a high potential for catalytic activity is high-entropy oxides (HEOs). HEOs as a class of high-entropy nanoparticles (HEN) are modern nanomaterials with diverse applications and the ability to lower reaction energy rates. Therefore, this thesis investigates the multienzyme-like activity of HEO, and compares their peroxidase-like activity to other well-studied nanozymes, such as Fe3O4 nanoparticles and natural enzyme Horseradish peroxidase (HRP), using Michaelis-Menten Kinetics. The study also investigates the mechanism of peroxidase-like activity and the detection of the catalase-like activity of HEOs. In the reaction condition of this study, HEN exhibited a 2.6 folds higher affinity towards TMB than native HRP. In addition, this material accelerated the reaction speed by 3.6 folds compared to Fe3O4-NP. Regarding the reaction mechanism, it turned out that the oxidation of the peroxidase-substrate is driven by the electron transfer, rather than the formation of free radicals such as hydroxyl radicals or superoxide radicals. Interestingly, the material exhibited catalase-like performance at the concentration of 80 µg/ml similar to 0.1 mg/mL of native catalase during the decomposition of H2O2. These findings contributed to the understanding of HEN regarding enzyme-like activity and further supported their use in biomedical fields.