Rice大学Baylor医学院和Houston大学得克萨斯健康科学中心（UT Health）医学院的科学家们设计了方法来验证他们2012年的发现，那就是被称为PEG-HCC的交联聚乙二醇-亲水碳簇可以快速阻止受伤后几分钟或几小时内引起损伤的过氧化过程。

实验表明一个单一的纳米颗粒可以迅速催化成千上万的破坏性的活性氧簇分子的中和过程，把它们转化成氧气。这些由于响应机体损伤而过表达的活性分子可以造成细胞损伤和突变，但是PEG-HCCs似乎具有去掉它们活性的超能力。

研究者希望受伤后可以尽快注射PEG-HCCs，例如颅脑损伤或中风，这样通过恢复大脑敏感的循坏系统的氧气水平，可以减轻进一步的脑损伤。

这些结果在今天的美国国家科学院院刊上发表。

“事实上，它们几乎可以立刻恢复到正常水平”，Rice大学的化学家James Tour

说，：“这可能是紧急救援需要快速稳定下来的心脏病发者或战场士兵时的一个有用的工具”。Tour和Baylor医学院的神经学家Thomas Kent以及UTHealth的生物化学家Ah-Lim Tsai主持了这项新研究。

PEG-HCCs大约3纳米宽，30到40纳米长，包含2000-5000个碳原子。在测试中，单个PEG-HCC纳米颗粒每秒钟可以催化2万至1百万氧自由基转化成受伤组织需要的氧分子和淬灭反应中间体时形成过氧化氢。

Tour和Kent早期主持的研究证明无毒的PEG-HCCs输液在医学创伤中可以快速稳定大脑中的血流，防止活性氧簇在细胞内过表达，特别是当伴有大量失血时。

创伤性脑损伤后，细胞往血液中释放过量被称为超氧化物的活性氧簇。这些有毒的自由基具有一个未配对电子，免疫系统可以利用它们杀死入侵的微生物。在低浓度下，它们有助于细胞正常的能量调节。一般来说，它们的浓度由超氧化物歧化酶控制，这种酶可以中和超氧化物。

但是即使是轻微的创伤也可以释放足够压垮大脑自然防御的超氧化物。反过来，超氧化物还可以形成其他活性氧簇例如过氧亚硝酸盐从而造成进一步损伤。

“目前的研究表明，PEG-HCCs具有极其迅速地催化数以万计的有害分子中和的巨大能力，特别是可以破坏正常组织的超氧化物和羟基自由基”，Tour说。

“这将不仅对颅脑损伤和中风治疗很重要，对任何器官和组织的许多急性损伤以及包括器官移植在内的治疗过程也很重要”，他说：“任何时候组织紧张或缺氧时，超氧化物都会形成并进一步攻击周围正常的组织”。

研究人员利用电子顺磁共振光谱技术，通过统计PEG-HCCs抗氧化剂在或不在的情况下超氧自由基的未配对电子数，得到有关它结构和速度的信息。另一个测试利用氧传感电极，过氧化物酶和一种红色染料证明了纳米粒子催化超氧化物转化的能力。

“跟众所周知的超氧化物歧化酶形成鲜明对比的是，PEG-HCC不是一种蛋白质，不需要金属辅助催化”，Tsai说：“高效的催化周转率可能是由于它具有更多的共轭碳核心‘平面’”。

实验证明，超氧化物的消耗数量远远超过PEG-HCC可能的结合位点。研究人员还发现，颗粒不影响对血管扩张，神经质传递以及保护细胞很重要的氮氧化物，催化活性对pH的变化也不敏感。

“PEG-HCCs在不影响正常数量的氮氧化物分子的同时，具有转化超氧化物和淬灭反应中间体的超能力”，Kent说，“所以它们在治疗一些涉及氧损失和氧自由基过量的疾病的医疗设备中占有一席之地”。

这一研究同时表明PEG-HCCs性质稳定，放置3个月的批次具有跟新批次一样的活性。