曲晓刚，中科院长春应化所研究员，博士生导师。国家杰青基金获得者（2002），英国皇家化学会会士(FRSC)，J. Mater. Chem. B副主编，J. Inorg. Biochem. 编委。

学习和工作经历：

1989-1995：中科院长春应化所研究生、获生物电化学专业博士学位，中科院院长奖。师从董绍俊研究员(TWAS院士)和陆天虹研究员

1996-1999：美国Universily of Mississippi Medical Center, School of Medicine, J.B.Chaires教授

2000-2002：师从美国加州理工学院, NSF Laboratory for Molecular Sciences实验室主任诺贝尔奖获得者A H.Zewail教授

2006.12-2007.5：访问美国UCSB诺贝尔奖获得者Alan J. Heeger教授实验室开展生物分子识别合作研究，部分结果已联合发表

2002-至今：长春应化所稀土资源利用国家重点实验室，化学生物学实验室研究员，英国皇家化学会会士(FRSC)，J. Mater. Chem. B副主编，J Inorg. Biochem.编委，吉林大学生科院兼职博士生导师，中国化学会生物物理化学专业委员会副主任，化学生物学专业委员会委员，中国稀土学会理事，中国生物物理学会理事。

研究方向：

曲晓刚研究员主要研究领域为化学与生物学交叉，研究方向主要包括：（1）生物分子构象与功能（研究具有重要功能核酸及蛋白的构型转化、多股核酸功能调控）；（2）药物与靶分子间作用机制（发现新的生物活性物质, 寻找它们在生物体中的靶点, 研究金属配合物、有机化合物、中药有效成分及纳米材料与生物大分子之间的相互作用、构效关系和作用机制, 进一步在分子和化学键水平上研究它们在调控生理过程中的分子识别、信息及能量传递）；（3）生物体系电子传递、生物电化学；（4）生物动力学及热力学；（5）生物功能材料在抗癌、抗病毒及治疗老年痴呆症等重大疾病等。

主要研究成果:

共发表学术论文370余篇（IF＞10论文120余篇），论文总引用超过2万次以上，Physics News，ChemistryViews，Wliey Materials Views，ChemEuro,Nature China等对取得的多项成果给与40余次亮点报道和评论。2013年“中国百篇最具影响国际学术论文”，论文被Nature INDEX 2014评为WFC=16.3。科睿唯安2018及2017年全球高被引科学家；H-index 75。

以下，奇物论编辑部对曲晓刚研究员近期的部分研究成果进行整理，供大家学习和交流!

1. ACS NANO:近红外双促进非均相铜纳米催化剂用于体内高效生物正交化学

由于具有较好的稳定性和生物安全性，非均相铜纳米颗粒（CuNPs）作为Cu（I）催化的叠氮二烷基环加成（CuAAC）反应的有力候选材料。但由于Cu（0）本身活性差，限制了其广泛的生物应用。中国科学院长春应用化学研究所曲晓刚研究员团队利用生物相容性非均相铜纳米催化剂在近红外（NIR）照射下的的光动力和光热效应对CuAAC反应进行了双重促进。

本文要点：

（1）非均相铜纳米催化剂在NIR照射下的光动力学活性可以促进Cu（0）向Cu（I）的转化，加速CuAAC的催化过程。

（2）非均相铜纳米催化剂在NIR照射下的较高的光热转换效率（η=50.6%）可以提高反应的局部温度，进一步促进整个反应的进行。

（3）从细胞实验到到线虫的活体系统及小鼠体内肿瘤治疗实验发现，在NIR照射下，荧光激活和药物合成明显加快。该研究为高催化性能和效率完成CuAAC反应有很好的指导意义。

You, Y., et al., Near-InfraredLight Dual-Promoted Heterogeneous Copper Nanocatalyst for Highly EfficientBioorthogonal Chemistry In Vivo. ACS Nano. 2020;14(4):4178‐4187.

doi:10.1021/acsnano.9b08949.

https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.9b08949

2. ACS central science:一种便携式的可视化创可贴用于定点检测和治疗细菌感染

对于细菌感染和细菌耐药性的前期监测对于选择治疗方案非常重要。然而，常用的电阻传感方法受时间、专业人员要求和昂贵仪器的限制。尤其是现在抗生素的滥用加速了细菌耐药性的过程。中国科学院长春应用化学研究所曲晓刚研究员团队构建了一种便携式纸基创可贴（PBA），该创可贴在检测到耐药性后，即可实施选择性抗菌策略。

本文要点：

（1）合成了一种卟啉基金属有机骨架，在其内部负载氨苄西林（抗生素，治疗多种细菌感染），在其外部包裹壳聚糖，以吸引带负电荷的细菌，实现酸敏感药物释放。

（2）溴麝香草酚蓝（BTB）对感染部位的酸性环境有反应，颜色由绿色变为黄色。因此将上述纳米材料及BTB整合到纤维素纸中，制备出PBA。

（3）对于敏感性细菌（DS）引起的感染，PBA由绿色变为黄色，并释放抗生素以根除DS-E.coli（基于抗生素的化疗）。

（4）对于耐药性细菌（DR）引起的感染，PBA由黄色变为红色，并补充光照以消除耐药性。与传统的基于光动力学疗法（PDT）的抗菌策略相比，可以用肉眼实时跟踪耐药情况，减轻了靶外副作用（基于卟啉基金属有机骨架的PDT疗法）。

（5）PBA性能优良、成本低、操作方便优点，可以开发出适合实际应用的PBA。

Sun, Y., et al., ColorimetricBand-aids for Point-of-Care Sensing and Treating Bacterial Infection. ACSCentral Science 2020, 6 (2), 207-212.

doi:10.1021/acscentsci.9b01104

https://doi.org/10.1021/acscentsci.9b01104

3. Chemical Science:斑块处的铜催化点击反应合成双功能药物用于阿尔茨海默症（AD）治疗

铜是生命的基本元素之一。铜稳态失衡与阿尔茨海默症（AD）等神经退行性疾病密切相关。对于铜聚积相关的疾病，最常见的治疗方法是直接使用铜螯合剂。然而如何利用神经毒性的铜对抗疾病，使其发挥作用，是一个巨大的挑战。Cu（I）催化的叠氮二烷基环加成（CuAAC）反应由于反应效率高，动力学快和条件温和等特点近来在生物领域得到广泛的应用。但是生物体系中的CuAAC反应，一方面铜离子会通过芬顿反应产生大量活性氧（ROS）。另一方面加入外源的铜催化剂会干扰生理环境中的铜稳态。因此以内源的铜离子为催化剂的点击反应具有特殊的吸引力。

阿尔茨海默症（AD）与 β-淀粉样蛋白（Aβ）的聚集和金属稳态失衡密切相关。Aβ 斑块中铜的浓度可以达到 0.4 mM ，而正常大脑中的铜浓度仅为 0.2 -1.7 μM。最近的研究表明，天冬氨酸螯合的铜催化剂在低浓度下即可快速催化点击反应。中国科学院长春应用化学研究所曲晓刚研究员团队发现，Aβ斑块中累积的铜能有效地催化叠氮化合物-炔烃生物正交环加成反应。研究发现Aβ-Cu聚集体能在细胞、秀丽隐杆线虫和三转基因AD模型小鼠脑切片中，有效催化CuAAC反应。

本文要点：

（1）Aβ-Cu聚集体能在细胞、线虫和脑切片中催化CuAAC反应。

（2）通过Aβ-Cu聚集体催化的CuAAC反应，还可以原位合成双功能药物6。凭借光氧化Aβ和螯合铜的协同作用，双功能药物6能解离Aβ-Cu聚集体。

（3）双功能药物6能减少Aβ 斑块、抑制Aβ诱导的线虫瘫痪，并提高 CL2006线虫的运动能力 。

（4）首次利用生理环境中局部的铜离子催化点击反应，揭示了生物体系中内源的金属离子用于生物正交化学的潜力。为利用内源性神经毒性金属离子原位合成多功能药物治疗神经退行性疾病开辟了新的途径。

Du, Z., et al., Self-triggeredclick reaction in an Alzheimer's disease model: in situ bifunctional drugsynthesis catalyzed by neurotoxic copper accumulated in amyloid-β plaques. Chemical science 2019, 10 (44), 10343-10350.

doi:10.1039/c9sc04387j

4. JACS：基于H₂O₂稳态干扰剂的仿生纳米酶用于增强化学动力学治疗

瘤细胞内过氧化氢（H₂O₂）水平不足与化学动力疗法（CDT）的有限疗效密切相关。尽管付出了巨大的努力，但具有直接和安全的过氧化氢供应能力的CDT试剂仍然是一个挑战。研究发现，肿瘤细胞内H₂O₂的生成和清除具有一个平衡。中国科学院长春应用化学研究所曲晓刚研究员团队构建了基于H₂O₂稳态干扰剂的仿生纳米酶，通过促进H₂O₂的产生和抑制H₂O₂的消除来提高细胞内H₂O₂的水平用于增强化学动力学治疗效果。

本文要点：

（1）在咪唑骨架-67(ZIF-67)上修饰小分子抑制剂3-氨基-1,2,4-三唑（3-AT）和聚乙二醇（PEG）得到H₂O₂稳态干扰剂（PZIF67-AT）。

（2）PZIF67-AT具有超氧化物歧化酶（SOD）活性，可以将O2·^-转化为H₂O₂，促进H₂O₂的生成。

（3）PZIF67-AT在弱酸性条件下可以释放小分子，抑制其本身的过氧化氢酶（CAT）活性，从而减少了H2O2向H2O的转化。还可以防止干扰物对过氧化氢的清除，无论是否加谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）。

（4）促进H₂O₂的产生和抑制H₂O₂的消除的精准设计最终扰乱了过氧化氢的平衡，实现了癌细胞中过氧化氢的积累。

Sang, Y. , et al., BioinspiredConstruction of a Nanozyme-Based H2O2 Homeostasis Disruptor for IntensiveChemodynamic Therapy. Journal of the American Chemical Society，2020, 142 (11), 5177-5183.

DOI:  10.1021/jacs.9b12873 

https://doi.org/10.1021/jacs.9b12873

5. Angew： 单原子酶作为高效的多活性氧和氮清除剂在败血症治疗中的应用

败血症由于过度产生多种活性氧和活性氮，在世界范围内具有高发病率和高死亡率。尽管纳米酶在败血症的治疗方面取得了部分进展，但由于开发的纳米酶的特异性和活性比较低，因此能够快速消除所有这些活性氧和活性氮的有效抗氧化疗法仍然具有挑战性。中国科学院长春应用化学研究所曲晓刚研究员团队报道了一种新的单原子酶Co/PMCS，它具有原子分散的协同不饱和活性Co卟啉中心，能快速清除多种活性氧和活性氮，从而减轻败血症。

本文要点：

（1）近来研究发现具有不饱和活性金属中心的单原子催化剂具有更高的纳米酶活性，因此制备了氮掺杂碳支撑原子分散的Co卟啉中心（Co/PMCS）作为多重抗氧化纳米酶。

（2）Co/PMCS可以通过模拟超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）等多种酶，有效地消除H₂O₂和O₂^-，同时通过氧化还原循环有效地降低•OH，表现出纳米酶无法比拟的活性。

（3）研究发现•NO倾向于与金属蛋白的未被占据的配位快速反应，形成金属-硝基络合物。受此启发，首次提出具有不饱和活性金属中心的单原子催化剂通过形成亚硝基金属络合物可以有效清除•NO，目前的纳米酶很难实现这一功能。

（4）在细胞水平和动物水平可以降低促炎细胞因子水平，保护器官免受损伤，并赋予感染败血症小鼠明显的生存优势，显示了一种有前途的抗氧化治疗剂。

Cao, F. , et al., AnEnzyme‐Mimicking Single‐Atom Catalyst as an Efficient Multiple Reactive Oxygenand Nitrogen Species Scavenger for Sepsis Management. Angewandte ChemieInternational Edition，2020, 132 (13), 5146-5153.

DOI:  10.1002/anie.201912182

https://doi.org/10.1002/ange.201912182