Enzymes are among the most useful catalysts in our bodies and have a wide range of applications, but because they are formed of protein, it is difficult to mass-produce them, and they are unstable, which highlights a key cost limitation. In order to replace the enzyme, a lot of attention has recently been drawn to research on nanomaterials with enzyme-like activity (nanozyme). Due to low activity or a lack of development strategy, previous reported nanozyme have been difficult to use practically. In this thesis, first of all, a study was conducted to selectively increase peroxidase activity through a strategy to imitate the structure of cofactor, the actual active site of enzyme. Next, mesoporous cerium oxide was doped with Cobalt to develop nanozyme capable of immobilizing oxidative enzyme while having peroxidase-like activity in neutral pH. Finally, by imitating the cofactor of organophosphorus hydrolase (OPH), we developed a Zinc doped mesoporous cerium oxide with OPH-like activity, and proved that it is an effective strategy not only for peroxidase but also for the development of other enzyme mimicking nanozyme.
효소는 우리 몸속에도 존재하는 제일 가까운 촉매중 하나로 다양한 활용 가치를 지녔지만, 단백질로 이루어져 있어 대량 생산이 어렵고 안정성이 부족해 가격도 높다는 본질적인 한계를 보인다. 이를 대체하기 위해 효소 활성을 지니는 무기나노물질 (나노자임)에 대한 연구가 최근 많은 관심을 가지고 있다. 기존 연구들은 나노자임 개발 전략이 부족하거나, 활성이 낮아 활용하기 어려웠으며, 특정 조건에서만 활성이 있다는 단점이 존재했다. 본 학위 논문에서는 우선 효소의 실질적인 활성점인 조효소의 구조를 모방하는 전략을 통해 선택적으로 과산화효소 활성을 높이는 연구를 진행하였다. 다음으로는 메조다공성 구조의 산화세륨에 코발트를 도핑하여 중성에서 과산화효소 활성을 지니면서 산화효소를 담지할 수 있는 나노자임을 개발하여 종이센서에 적용하였다. 마지막으로는 유기인산 화합물 가수분해효소의 조효소를 모방하여 유기인산 화합물 가수분해효소 활성을 지니는 나노자임을 개발하여 과산화효소 뿐만 아니라 다른 효소 모방 나노자임 개발에도 효소 활성점 모방이 효과적인 전략이라는 것을 증명했다.
