中科院生物物理所Acc. Chem. Res综述：新一代人工酶——纳米酶的新概念及应用

【引言】

  天然酶，具有催化活性高、底物专一性、催化多样性、反应温和以及活性可调节等特点，在环境保护以及疾病诊断与治疗等领域受到广泛关注。但是由于天然酶自身的局限性如低稳定性，高成本以及难存储难以真正应用。为了解决天然酶在应用方面的局限性，人们一直致力于发展人造酶作为天然酶的替代品。近年来，人们发现某些纳米材料同样具有模拟天然酶催化活性的能力。与传统的人工模拟酶相比，这类新型的纳米酶除了同样具有更加稳定的化学性质和催化活性、成本低等优势，更有着自身独特的性质，例如更易大规模制备、比表面积高、催化活性可调控等。因此，近几年来，纳米酶在生物、医学、农业、环境治理、国防安全等多个领域越来越受到人们的关注。

【成果简介】

近日，中科院生物物理所研究员阎锡蕴（通讯作者）在Accounts of Chemical Research上发表了题为“Nanozymes: From New Concepts, Mechanisms, and Standards to Applications”的综述。这篇综述覆盖了各种类型的纳米酶及其在生物传感、疾病诊疗以及环境检测中的应用。同时该综述基于目前的纳米酶理论基础，评价纳米酶性能的标准并对动力学进行研究，同时对纳米酶未来前景进行讨论。

 【图文导读】

 图1 基于Fe₃O₄的类过氧化酶纳米酶

(a)不同大小的Fe₃O₄ NPs的TEM图；

(b) Fe₃O₄ NPs在H₂O₂存在下催化各种过氧化物酶底物（TMB，DAB和OPD），产生不同的颜色反应；

(c) Fe₃O₄ NPs催化机理。AH代表过氧化物酶底物，它是氢供体；

图2 基于氮掺杂碳纳米粒子的纳米酶

(a) 氮掺杂的碳纳米颗粒（N-PCNS）TEM图；

(b) N-PCNSs的催化机理；

(c)基于N-PCNSs的类氧化酶，过氧化物酶，过氧化氢酶和超氧化物歧化酶动力学研究；

图3 用于免疫测定的Fe₃O₄纳米粒子纳米酶

(a) ELISA免疫检测模式；

(b)夹心捕获免疫分析检测模式；

(c)条带免疫检测模式；

图4 肿瘤组织的M-HFn染色

(a) M-HFn NPs的制备；

(b) 肿瘤组织的M-HFn NPs染色；（石蜡包埋的临床肿瘤组织及其相应的正常和损伤组织用FITC缀合的HFn蛋白壳和M-HFn NP染色。肿瘤组织显示M-HFn NPs（棕色）和FITC-缀合的HFn蛋白壳（绿色荧光）的强阳性染色，而正常和损伤组织对照对M-HFn NP和FITC缀合的HFn是阴性的）

传统免疫组化与M-HFn纳米酶染色肿瘤组织的比较

传统免疫组化与M-HFn纳米酶染色肿瘤组织的比较

图6用于不稳定动脉粥样硬化斑块病理学鉴定的M-HFn纳米酶

 (a) M-HFn NPs的制备过程示意图；

(b) HFn纳米笼（左）和M-HFn NP（右）的Cryo-EM图像；

(c) M-HFn纳米酶特异性染色；

图7 纳米酶囊泡用于肿瘤H₂O₂响应性催化光声成像示意图

 图8标准化类过氧化物纳米酶催化活性

(a) 三种典型的过氧化物纳米酶（Fe₃O₄，碳和Au NP）的TEM图；

(b) Fe₃O₄，碳和Au NPs催化过氧化物酶底物；

(c) 由Fe₃O₄（红色），碳（黑色）和Au（蓝色）纳米酶催化TMB反应的反应时间曲线；

(d) Fe₃O₄，碳和Au纳米酶的比活性（U / mg）；

【小结】

  作者在本综述中全面介绍了各种类型的纳米酶及其在生物传感、疾病诊疗以及环境检测中的应用。同时该综述基于目前的纳米酶理论基础，重新定义并且评价纳米酶性能的标准并且研究相关动力学，并基于此对纳米酶未来前景进行讨论。

文献链接：Nanozymes: From New Concepts, Mechanisms, and Standards to Applications

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.9b00140 (Acc. Chem. Res. 2019, DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00140),

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