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】

納米酶是一類本身蘊含酶學特性的納米材料，具有催化活性強、穩定性好、成本低等優勢。自從2007年閻錫蘊院士團隊首次報道納米酶新概念以來（Nature Nanotechnology，2007），迄今，全球已有29個國家的290多個實驗室報道了320余種納米酶，逐漸形成了納米酶新型交叉學科領域。 納米酶的出現是人工模擬酶研究領域的重大進展，它不僅揭示了惰性無機材料在納米尺度呈現出不可預見的酶學特性，還使模擬酶研究領域從有機化學拓展到無機納米材料領域。更重要的是，納米酶克服了天然酶脆弱和昂貴的弊端，突破了以往模擬酶催化效率不高的局限性，目前已被廣泛應用到疾病診斷和治療、傳染病防控、環境監測和污水處理等多個領域。納米酶是目前為數不多的由中國科學家發現、被國際同行認可，并迅速實現成果轉化的新型交叉學科領域。

【成果簡介】

近日，中科院生物物理所研究員閻錫蘊研究院以及梁敏敏（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。文章概述了納米酶的發展歷程、性能優勢及現有的局限性，指出納米酶同時具有的酶催化特性及納米材料特有的光、電、磁等理化特性，使得納米酶特別適合作為多功能探針用于疾病的診斷與治療，另外文章還總結了納米酶作為天然酶的替代品在工業制造、污水處理、抗菌洗消及納米酶載藥等多個領域的應用，隨之文章提出如何將一批原創的納米酶新技術迅速轉化為新產品，如何制定行業標準，進行納米酶的理性設計，推動納米酶在臨床醫學、軍工、公共安全、環境治理等領域的快速應用，開啟納米酶應用新時代。最后，作者展望了納米酶學產生的客觀條件及未來對傳統酶學帶來的影響及機遇。

【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),

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