中科院生物物理所Acc. Chem. Res綜述：新一代人工酶——納米酶的新概念及應用

【引言】

??天然酶，具有催化活性高、底物專一性、催化多樣性、反應溫和以及活性可調節等特點，在環境保護以及疾病診斷與治療等領域受到廣泛關注。但是由于天然酶自身的局限性如低穩定性，高成本以及難存儲難以真正應用。為了解決天然酶在應用方面的局限性，人們一直致力于發展人造酶作為天然酶的替代品。近年來，人們發現某些納米材料同樣具有模擬天然酶催化活性的能力。與傳統的人工模擬酶相比，這類新型的納米酶除了同樣具有更加穩定的化學性質和催化活性、成本低等優勢，更有著自身獨特的性質，例如更易大規模制備、比表面積高、催化活性可調控等。因此，近幾年來，納米酶在生物、醫學、農業、環境治理、國防安全等多個領域越來越受到人們的關注。

【成果簡介】

近日，中科院生物物理所研究員閻錫蘊（通訊作者）在Accounts of Chemical Research上發表了題為“Nanozymes: From New Concepts, Mechanisms, and Standards to Applications”的綜述。這篇綜述覆蓋了各種類型的納米酶及其在生物傳感、疾病診療以及環境檢測中的應用。同時該綜述基于目前的納米酶理論基礎，評價納米酶性能的標準并對動力學進行研究，同時對納米酶未來前景進行討論。

?【圖文導讀】

?圖1 基于Fe₃O₄的類過氧化酶納米酶

(a)不同大小的Fe₃O₄ NPs的TEM圖；

(b) Fe₃O₄ NPs在H₂O₂存在下催化各種過氧化物酶底物（TMB，DAB和OPD），產生不同的顏色反應；

(c) Fe₃O₄ NPs催化機理。AH代表過氧化物酶底物，它是氫供體；

圖2 基于氮摻雜碳納米粒子的納米酶

(a) 氮摻雜的碳納米顆粒（N-PCNS）TEM圖；

(b) N-PCNSs的催化機理；

(c)基于N-PCNSs的類氧化酶，過氧化物酶，過氧化氫酶和超氧化物歧化酶動力學研究；

圖3 用于免疫測定的Fe₃O₄納米粒子納米酶

(a) ELISA免疫檢測模式；

(b)夾心捕獲免疫分析檢測模式；

(c)條帶免疫檢測模式；

圖4 腫瘤組織的M-HFn染色

(a) M-HFn NPs的制備；

(b) 腫瘤組織的M-HFn NPs染色；（石蠟包埋的臨床腫瘤組織及其相應的正常和損傷組織用FITC綴合的HFn蛋白殼和M-HFn NP染色。腫瘤組織顯示M-HFn NPs（棕色）和FITC-綴合的HFn蛋白殼（綠色熒光）的強陽性染色，而正常和損傷組織對照對M-HFn NP和FITC綴合的HFn是陰性的）

傳統免疫組化與M-HFn納米酶染色腫瘤組織的比較

傳統免疫組化與M-HFn納米酶染色腫瘤組織的比較

圖6用于不穩定動脈粥樣硬化斑塊病理學鑒定的M-HFn納米酶

?(a) M-HFn NPs的制備過程示意圖；

(b) HFn納米籠（左）和M-HFn NP（右）的Cryo-EM圖像；

(c) M-HFn納米酶特異性染色；

圖7 納米酶囊泡用于腫瘤H₂O₂響應性催化光聲成像示意圖

?圖8標準化類過氧化物納米酶催化活性

(a) 三種典型的過氧化物納米酶（Fe₃O₄，碳和Au NP）的TEM圖；

(b) Fe₃O₄，碳和Au NPs催化過氧化物酶底物；

(c) 由Fe₃O₄（紅色），碳（黑色）和Au（藍色）納米酶催化TMB反應的反應時間曲線；

(d) Fe₃O₄，碳和Au納米酶的比活性（U / mg）；

【小結】

??作者在本綜述中全面介紹了各種類型的納米酶及其在生物傳感、疾病診療以及環境檢測中的應用。同時該綜述基于目前的納米酶理論基礎，重新定義并且評價納米酶性能的標準并且研究相關動力學，并基于此對納米酶未來前景進行討論。

文獻鏈接：Nanozymes: From New Concepts, Mechanisms, and Standards to Applications

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

本文由LUMO供稿，材料牛審核整理。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

投稿及內容合作可加編輯微信：cailiaorenkefu。