纳米酶研究进展

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纳米酶在生物催化中的应用研究

纳米酶在生物催化中的应用研究生物催化一直以来都是研究者们关注的焦点，而纳米技术的发展为生物催化提供了新的机遇。

近年来，纳米酶在生物催化中的应用研究取得了突破性进展。

本文将探讨纳米酶的基本概念、制备方法以及其在生物催化中的应用前景。

一、纳米酶的基本概念纳米酶是一种由纳米材料构建而成的仿生酶，具有高效催化性能和良好的稳定性。

相比于天然酶，纳米酶具有更大的比表面积和更丰富的表面活性位点，能够提高催化效率和催化速率。

此外，纳米酶还具有可调控性和可重复使用性，为生物催化的研究和应用开辟了新的途径。

二、纳米酶的制备方法制备纳米酶的方法有很多种，其中较为常见的包括生物法、物理法和化学法。

生物法主要利用生物体内的自组装自修复能力，通过基因工程技术改造酶的结构，进而获得纳米酶。

物理法则是利用物理性质调节酶的结构，例如利用超声波、微波或离子辐射等对酶进行处理。

而化学法则是通过化学反应对酶进行改性，例如利用交联剂将酶与纳米材料结合。

三、纳米酶在生物催化中的应用1. 催化反应增强纳米酶具有较大的表面积和活性位点，能够提供更多的催化中心，从而增强催化反应的效率。

例如，在生物能源领域，纳米酶可用于提高生物质转化反应的效率和产率。

2. 可控催化纳米酶的结构和性质可以通过调控其组分和形貌来实现。

这使得纳米酶在生物催化中可实现催化条件的可调控性，从而得到更高的催化效率和选择性。

例如，纳米酶可以调节催化剂的粒径、形状和表面结构，从而实现对反应速率和产物选择性的控制。

3. 稳定性提高纳米酶相对于天然酶在热稳定性和机械稳定性方面具有更好的表现。

例如，纳米酶可以通过修饰外壳材料或者采用纳米载体来增强其抗氧化性和耐腐蚀性，从而提高催化稳定性。

四、纳米酶在生物催化中的应用前景纳米酶作为一种新型的生物催化剂，在生物能源、医药、环境保护等领域具有广阔的应用前景。

例如，在制药工业中，纳米酶可以用于新药的合成和酶催化反应的优化。

在环境保护领域，纳米酶能够加速有害物质的降解，从而减少环境污染。

纳米酶在抗菌领域的应用研究进展

262024年1月上第01期总第421期科技创新驱动China Science & Technology Overview0引言近年来，一系列抗菌药物已被开发作为化学抗菌策略，如外用消毒剂、重金属离子/氧化物、季铵盐等。

尽管上述方法具备克服对细菌产生耐药性机理的优势，但碘化合物等系列的外用消毒剂存在一些不良反应。

例如，酸中毒、甲状腺功能亢进；重金属离子/氧化物具有广谱抗菌性，但可对特定种类的哺乳动物细胞形成毒性；季铵盐化合物具有高效的抗菌作用，但在长时间应用后也会形成耐药性。

纳米酶是指一种具有酶催化活性的纳米材料，当前已成为一种极具潜力的可替代抗菌剂，涵盖了碳材料、金属材料、金属氧化物或硫化物、金属配合物等，如血红素-石墨烯纳米片、金纳米粒子、磁性Fe 3O 4纳米粒子、金属有机骨架（MOFs）材料等。

金属与金属氧化物纳米粒子能够释放出抗菌的金属离子；抗菌组分修饰在MOFs 表面通过特定环境刺激可控释放抗菌药物直接与细菌作用。

具有类蛋白酶活力的纳米材料能够利用各种方式杀伤病菌，不同于市场常用的抗生素，纳米酶很难诱导病菌产生耐药性[1]。

目前，不同类型的酶样活性的数百种纳米材料已被开发应用于生物医学领域，例如免疫测定、生物传感器、抗菌剂以及体内临床诊断和治疗。

纳米酶不仅具备调控活性氧自由基的能力，还可以有效杀灭各种革兰氏阳性和阴性的病原细菌，及其顽固性细菌膜；具备较好的化学稳定性、生物相容性、可回收再利用等优势，在提高创伤愈合能力和环保抗污方面都有着巨大的应用前景[2]。

1纳米酶的分类2007年，阎锡蕴课题组最先发现Fe 3O 4纳米颗粒具有天然辣根过氧化物酶（HRP）的活性，可以催化底物与双氧水的反应。

随后研究人员发现还有一些纳米材料，比如富勒烯、金纳米颗粒、铁磁体纳米颗粒等也具有类天然酶的活性，这些具有天然酶活性的纳米材料被称为纳米酶。

按照催化底物的不同，现有的纳米酶可分为超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、氧化酶(OXD)等。

新型纳米酶的制备及其应用研究

新型纳米酶的制备及其应用研究新型纳米酶的制备及其应用研究摘要：纳米酶是一类结构具有特殊功能的纳米粒子，在生物催化反应中具有很大的应用潜力。

本文综述了新型纳米酶的制备方法以及其在环境修复、生物传感、医学诊断和治疗等领域的应用研究进展。

首先介绍了纳米酶的定义、分类和制备原理，包括生物合成法、化学合成法和生物仿制法等。

然后聚焦于新型纳米酶的制备方法，如纳米酵母制备、核壳结构制备、分子印迹技术制备等。

最后综述了新型纳米酶在环境修复、生物传感、医学诊断和治疗等方面的应用研究进展，并展望了纳米酶研究的未来发展方向。

1. 引言纳米酶是一类粒径在1-100 nm之间的纳米材料，具有类似酶的催化活性和特定的催化机理。

相对于天然酶，纳米酶具有更高的稳定性、更强的催化活性和选择性，以及可调控的催化性能。

因此，纳米酶在环境修复、生物传感、医学诊断和治疗等领域具有重要的应用潜力。

2. 纳米酶的制备方法2.1 生物合成法生物合成法是一种利用生物体内或外酶的催化作用，在不同的环境条件下合成纳米酶的方法。

现有的方法包括酵母发酵法、细菌合成法和植物提取法等。

其中，酵母发酵法是一种较为常用的方法，通过改变酵母菌的生长条件，使其合成纳米酶。

2.2 化学合成法化学合成法是一种通过化学方法制备纳米酶的方法。

常见的化学合成法包括溶液法、沉淀法和热分解法等。

其中，溶液法是一种较为常用的方法，通过溶剂中的化学反应合成纳米酶。

2.3 生物仿制法生物仿制法是一种通过模仿生物体内纳米酶的结构和催化机理来制备纳米酶的方法。

常见的生物仿制法包括蚂蚁窝法、尿素-多酚生物模板法和表面修饰法等。

其中，蚂蚁窝法是一种较为常用的方法，通过蚂蚁窝中的微环境条件合成纳米酶。

3. 新型纳米酶的制备方法3.1 纳米酵母制备纳米酵母是近年来新兴的纳米酶制备方法之一，通过改变酵母菌的生长条件和表面修饰，使其具有纳米酶的催化活性。

该方法具有生物合成法的优势，同时还具有纳米酵母的稳定性和可调控性。

贵金属基纳米酶的研究进展

Vol.42 2021年4月No.41188~1201 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES高等学校化学学报贵金属基纳米酶的研究进展蔡瑞1，2，刘建波3，吴晓春1，2（1.国家纳米科学中心,纳米科学卓越研究中心,中国科学院纳米标准与检测重点实验室,北京100190；2.中国科学院大学,北京100049；3.枣庄学院光电工程学院,枣庄277160）摘要贵金属纳米材料在纳米尺度具有独特的光学、电学性质及优异的催化性能,是一类重要的功能纳米材料.基于贵金属材料的纳米酶研究是贵金属纳米材料在生物医学领域的一个前沿研究方向.贵金属基纳米酶具有特殊的光学性质、较好的化学稳定性、可调控的类酶活性及良好的生物相容性,是目前纳米生物医学领域的热点研究材料.本文总结了贵金属基纳米酶的活性种类、活性机理、活性调控以及在生物医学等领域的潜在应用.关键词贵金属；纳米酶；催化；检测；疾病诊疗中图分类号O614文献标志码A贵金属材料可广泛应用于工业催化、高温材料、电子和医疗等领域.由于在纳米尺度独特的光学性质［1］、良好的电学性质［2］、较高的光热转化效率［3］和优异的催化性能［4］，贵金属纳米材料引起了广泛关注.贵金属纳米材料优良的生物相容性和催化活性也促进了其在生物医学领域的研究［5］，2007年，阎锡蕴课题组［6］首次发现四氧化三铁磁性纳米颗粒具有类过氧化物酶活性，并提出“纳米酶”这一概念后，基于贵金属的纳米酶的研究也迅速增多［7］.目前，已经发现有多种贵金属纳米材料具有类酶活性，按类酶活性来划分，贵金属纳米酶可以分为类氧化酶、类过氧化物酶（Peroxidase，POD），类过氧化氢酶（Catalase，CAT）和类超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）等，而且目前已知的贵金属纳米酶可以拥有一种或多种类酶活性.此外，对贵金属纳米酶进行合理的设计（形貌设计、组分调控、表面修饰等），可进一步改善其类酶活性［8~11］.由于其自身的稳定性、较低的生产成本（相对于天然酶）、可调控的类酶活性及多重类酶活性等优势，基于贵金属的纳米酶有望应用于小分子传感、环境治理以及疾病诊断与治疗等领域［12，13］.本文总结了贵金属基（贵金属及其复合材料）纳米酶的活性种类、活性机理、活性调控以及在生物医学等领域的潜在应用.1材料分类已知的贵金属基纳米酶从材料构成来看，可以分为贵金属单质纳米材料、贵金属合金纳米材料以及贵金属复合纳米材料.目前文献报道的贵金属单质纳米酶涵盖了金［14］、银［15］、铂［16］、钯［17］、钌［18］、铑［19］、锇［20］和铱［21］等贵金属，其中涉及单质金和单质铂的报道较多.此外，包含贵金属的各种纳米合金（银钯合金［9］、金钯合金［22］和银铂合金［23］等）也显示出各种类酶活性.贵金属纳米材料也可以与铁基纳米材料［24］（四氧化三铁、氧化铁等）、铜基纳米材料［25］（氧化铜、硫化铜等）、碳纳米材料［26］（碳点、还doi：10.7503/cjcu20200591收稿日期：2020-08-23.网络出版日期：2020-12-21.基金项目：中国科学院战略性先导科技专项(B类)项目(批准号:XDB36000000)资助.联系人简介：刘建波,男,博士,教授,主要从事贵金属纳米材料研究.E-mail:***************吴晓春,女,博士,研究员,主要从事纳米材料和纳米标准研究.E-mail:***************［综合评述］No.4蔡瑞等：贵金属基纳米酶的研究进展原氧化石墨烯等）及其它纳米材料形成复合纳米材料.这些贵金属复合纳米材料通常可以结合不同材料各自的类酶活性或是增强原有的类酶活性，使其用途更为广泛.图1的电镜照片展示了一些金属基纳米酶的形貌结构.图1（A ）示出了氢化空心Pt/TiO 2纳米球（H -Pt -TiO 2）的TEM 和EDX 元素分布图，其具有类CAT 活性［27］.图1（B ）示出了金纳米颗粒核多孔空心碳纳米球壳（Au@HCNs ）纳米酶的合成过程示意图和中间产物的TEM 照片，该纳米酶具有类氧化酶和类POD 活性［28］.图1（C ）为具有类氧化酶活性的金纳米棒和金钯核壳结构纳米棒包覆介孔二氧化硅后的TEM 照片（AuNR@mSiO 2和Au@PdNR@mSiO 2），图中介孔二氧化硅壳的孔道结构清晰可见［29］.图1（D ）为具有类POD 活性的金纳米棒负载的铂纳米颗粒（Au@Pt NRs ）和铂铜纳米颗粒杂化结构（Au@PtCu NRs ）的TEM 照片［30］.对于Au@Pt NRs ，Pt 纳米颗粒均匀分布于金棒表面.对于Au@PtCu NRs ，PtCu 合金纳米线则主要位于金纳米棒的头部，呈现树枝状分布.2酶活性分类从类酶活性来看，已报道的贵金属基纳米酶主要表现为氧化还原酶，常见的有氧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶这4类.2.1氧化酶氧化酶（Oxidase ）是以氧气为电子受体、催化底物氧化的一类酶［13］.Rossi 等［31］首次发现“裸露”的金纳米颗粒可以催化氧气氧化葡萄糖，具有类葡萄糖氧化酶活性.Qu 等［32］制备了膨胀介孔二氧化硅包覆的金纳米颗粒（EMSN -AuNPs ），其具有类葡萄糖氧化酶和类POD 双重类酶活性.介孔二氧化硅基底为AuNPs 的稳定分散提供了保障.利用EMSN -AuNPs 自身的双重类酶活性，成功构建了自激活的催化级联体系［图2（A ）］.Tseng 等［33］合成了铂纳米团簇，发现其可以通过四电子还原过程催化氧化3，3′，5，5′-四甲基联苯胺（TMB ）、2，2′-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（ABTS ）和多巴胺，具有催化氧气氧化多种底物的能力.Yin 等［34］证明了铂纳米颗粒具有邻苯二酚氧化酶活性，可以将多酚氧化成相应的邻醌.Petty 等［35］发现可见光照射下WO 3/Pt 纳米颗粒可以催化氧化还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH ），证明其具有类NADPH 氧化酶活性，可用于体外杀死小鼠肿瘤细胞及抑制肿瘤生Fig.1Modulation of particle shapes and structures(A)TEM image and STEM⁃EDX elemental maps of H⁃Pt⁃TiO 2[27].Copyright 2020,Wiley⁃VCH.(B)Schematic diagram of Au@HCNs synthesis and corresponding TEM characterization [28].Copyright 2018,American Chemical Society.(C)TEM images of AuNR@mSiO 2and Au@PdNR@mSiO 2[29].Copyright 2019,American Chemical Society.(D)TEM images of Au@Pt and Au@PtCu NRs,and STEM⁃EDX element maps for the Au@PtCu NRs [30].Copyright 2014,Springer.1189Vol.42高等学校化学学报长.Wu 等［36］发现Au@Pt 纳米棒具有类抗坏血酸氧化酶活性并减弱其抗氧化功效，暗示Au@Pt 纳米棒等材料的类氧化酶活性也可能会对其它抗氧化剂产生抑制效果.2.2过氧化氢酶过氧化氢酶（CAT ）是一种催化过氧化氢分解成氧气和水的酶.Miyamoto 等［37］发现果胶包覆的铂纳米颗粒（PtNPs ）能够分解过氧化氢产生氧气，表明其具有类POD 活性.Yin 等［38］利用电子自旋共振光谱（ESR ）研究了AuNPs 催化过氧化氢的快速分解.在较低的pH 值下，过氧化氢的分解伴随着羟基自由基的形成，表现出类POD 活性.在较高的pH 值下，过氧化氢的分解则伴随着氧气的生成，表明AuNPs 在中性和碱性条件下表现出类CAT 活性.这种pH 依赖的类酶活性转换也存在于其它贵金属纳米酶中.已有的研究发现，金、银、铂、钯等材料通常在碱性条件下表现出较强的类CAT 活性，而在酸性条件下则以类POD 活性为主［39］.Wu 等［40］以金属有机框架颗粒为模板，制备了外包多孔金纳米壳、内嵌PtNPs 和负载光敏剂二氢卟吩e6的多功能杂化纳米结构（PUA -Ce6），并将其用于抗肿瘤治疗.PUA -Ce6中的PtNPs 具有类CAT 活性，可以将肿瘤部位的H 2O 2分解成水和氧气.PUA -Ce6中的Ce6能够捕获穿透皮肤到达肿瘤部位的近红外光，并将氧气转变为单线态氧实现肿瘤杀伤，而吸收近红外光的多孔金纳米壳通过光热效应产生局域高温杀伤肿瘤［图2（B ）］.2.3过氧化物酶过氧化物酶（POD ）是以过氧化氢为电子受体、催化底物（如酚类、胺类化合物）氧化的一类酶，典型的如辣根过氧化物酶［12］.贵金属纳米材料的类POD 活性的研究较多.Li 等［41］发现带正电荷的AuNPs 具有类POD 活性，可以催化H 2O 2氧化TMB 生成蓝色产物.后续有许多关于银［42］、铂［16］、钯［43］、钌［18］、铑［44］和铱［45］的POD 活性研究.Wu 等［9］合成了AgAu ，AgPt ，AgPd 纳米合金，并证明其具有稳定的类POD 活性.他们发现调节合金组分可以改变其类酶活性，为调控贵金属纳米酶活性提供了一种可行策略.Nie 等［46］制备了去铁铁蛋白包覆的铂纳米颗粒（Pt -Ft ）.在Pt -Ft 的催化作用下，过氧化氢能分别氧化底物TMB 和3，3′-二氨基联苯胺，表明Pt 具有类POD 活性.Mashazi 等［47］合成了具有类POD 活性的金铜纳米合金-氧化铜杂化纳米结构（CuO -Au ），并将其与葡萄糖氧化酶偶联用于葡萄糖的检测.葡萄糖氧化酶催化氧气与葡萄糖反应生成葡萄糖酸和H 2O 2.CuO -Au 催化H 2O 2氧化TMB 得到呈蓝色的TMB 氧化产物，通过分光光度法可以对葡萄糖的浓度进行定量检测［图2（C ）］.2.4超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶（SOD ）是细胞中用于抗氧化的重要天然酶，可以催化超氧化物歧化生成氧气和过Fig.2Typical enzyme⁃like activities(A)Glucose oxidase⁃and POD⁃like activities of EMSN⁃AuNPs [32].Copyright 2013,Elsevier.(B)CAT⁃like activity of Pt NPsin PUA⁃Ce6enhancing tumor PDT [40].Copyright 2018,Wiley⁃VCH.(C)POD⁃like activity of CuO⁃Au nanoalloys for selectivedetection of glucose [47].Copyright 2018,Elsevier.(D)SOD ⁃and CAT ⁃like activities of Au ⁃Ag ⁃AFT nanozyme for ·O 2-scavenging and H 2O 2decomposition [52].Copyright 2019,Elsevier.1190No.4蔡瑞等：贵金属基纳米酶的研究进展氧化氢.金［48］、铂［49］、钯［50］、钌［51］和铑［19］等贵金属纳米材料均表现出不同程度的类SOD 活性.Wu 等［50］发现钯纳米颗粒可以清除超氧化物，表现出类SOD 活性，有可能将其用于生物系统的抗氧化保护.Miyamoto 等［37］发现PtNPs 具有类SOD 活性并将其用于秀丽隐杆线虫的抗氧化治疗.结果表明，PtNPs 可以清除百草枯诱导的H 2O 2和超氧阴离子·O 2‒，延长秀丽隐杆线虫的寿命.Ghourchian 等［52］制备了去铁铁蛋白包覆的金银合金纳米颗粒（Au -Ag -AFT ），将其用于抑制人精子细胞低温保存时的氧化应激.利用Au -Ag -AFT 的类SOD 和类CAT 活性，能够将·O 2‒和H 2O 2最终转化为氧气和水，从而降低了氧化应激对细胞的损伤［图2（D ）］.2.5其它酶除了上述主要的类酶活性，贵金属基纳米酶还被报道具有其它的类酶活性.Naik 等［53］报道光照下CdS -Pt 纳米颗粒具有较强的硝酸还原酶（Nitrate reductase ）活性，可催化硝酸离子还原成亚硝酸离子.提高反应温度会增强电子转移，使催化活性进一步提升.Chen 等［54］制备了树枝状聚合物包覆的铂纳米颗粒（DENPt ）并用于催化氢离子还原产生氢气，证明其具有氢化酶（Hydrogenase ）活性.Miyamotoa 等［55］发现PtNPs 具有泛醌氧化还原酶（ubiquinone oxidoreductase ，NADH ）活性，可以作为线粒体复合物Ⅰ的模拟物降低活性氧（ROS ）的浓度.3催化机理对于贵金属纳米酶的类酶催化有许多报道，但对其催化机理的探究却较少.Gao 等［39］通过理论计算和实验验证探究了金、银、铂和钯的类POD 活性和类CAT 活性的产生机制，并详细阐释了溶液pH 对于2种类酶活性的调控机制［图3（A ）和（B ）］.理论计算表明，类POD 活性和类CAT 活性是金、银、铂、钯4种贵金属的本征催化活性.以Au （111）面为例，在酸性或中性条件下，H 2O 2吸附在Au （111）面上并发生碱式分解反应，产生具有强氧化性的吸附氧物种O *（*表示吸附在金属表面的物质）.O *能够夺取有机底物的氢原子使其发生氧化反应，表现出类POD 活性.在碱性条件下，羟基会预先吸附在Au （111）面上.在OH *的作用下，H 2O 2*发生酸式分解反应，产生吸附氧物种O 2*.O 2*脱离金属表面后变成氧气释放出来，表现出类CAT 活性.其中，OH *既是类CAT 的活性位点，也是类POD 活性的抑制位点［56］.当pH 增大时，H 2O 2*更易发生酸式分解，导致类POD 活性的降低与类CAT 活性的提高，这一理论计算结果也解释了pH 对于2种类酶活性的影响.理论计算还发现，过氧化氢在金属表面的吸附能越大，金属的催化活性就越高，与实验结果一致，这为纳米酶的理性设计提供了依据.Fig.3Predicted catalytic mechanisms via theoretical calculation(A)pH⁃switchable POD⁃like and CAT⁃like activities [39].Copyright 2015,Elsevier.(B)Calculated reaction energy profiles forH 2O 2decomposition on Au(111)surface under different pH conditions [39].Copyright 2015,Elsevier.(C)Energy⁃based modelfor the activation of 3O 2[57].Copyright 2015,American Chemical Society.(D)Rearrangements of two HO 2·groups on Au(111)surface [57].Copyright 2015,American Chemical Society.(E)Typical enzyme mimetic activities of metals and alloys.S andS ox stand for organic substrates and oxidized organic substrates,respectively [57].Copyright 2015,American Chemical Society.1191Vol.42高等学校化学学报随后，Gao 等［57］进一步通过理论计算和实验验证探究了金、银、铂、钯的类氧化酶活性和类SOD 活性的根源［图3（C ）和（D ）］.空气中的氧气主要为三线态氧（3O 2）.3O 2自身具有磁矩，因此不易与有机底物发生反应.当3O 2吸附于金属表面时，金属的电子进入3O 2的反键轨道，使其发生解离产生无磁矩的吸附氧物种O *.该吸附氧物种O *能够氧化有机底物，表现出类氧化酶活性.类似的，3O 2在金属表面的吸附能越大，金属的催化活性就越高.超氧阴离子·O 2‒是Brønsted 碱，在溶液中易发生质子化转化为过氧羟基自由基（HO 2·）.HO 2·吸附于金属表面后，发生原子重排生成O 2*和H 2O 2*，表现出类SOD 活性.4活性调控考虑到贵金属基纳米酶在生物、传感领域的潜在应用，类酶活性的调控显得尤为重要.目前，对贵金属基纳米酶的设计主要集中在活性调控，较少涉及底物选择性.与天然酶类似，贵金属基纳米酶的活性也会受到温度［58］和pH ［59］的影响.此外，粒径调节、形貌调控、组分改变、表面化学修饰、复合结构构建、光激发和抑制剂加入等均能对其类酶活性进行有效调控.4.1粒径调控粒径对于贵金属纳米酶的活性影响很大.Rossi 等［31］在固定金原子浓度的前提下，改变AuNPs 的粒径，考察其类葡萄糖氧化酶活性与粒径的关系.结果表明，其类葡萄糖氧化酶活性与粒径呈负相关，即粒径越小，活性越高.他们认为这是由于小粒径的颗粒比表面积更大，而这符合一般的认知，只有暴露在表面的原子具有催化活性.Yin 等［60］测试了3种粒径（5，30和50nm ）的PtNPs 的类抗坏血酸氧化酶活性，发现其活性随着粒径的减小而增强.以上结果是在假定颗粒没有团聚和颗粒表面暴露的原子具有相似的催化活性的前提下得到的.当上述条件不满足时，催化活性与颗粒尺寸的关系会发生变化［61，62］.Tamiya 等［62］在建立基于AuNPs 纳米酶活性的电化学发光（ECL ）免疫检测方法时研究了颗粒粒径的影响.他们利用鲁米诺电化学发光检测了金颗粒尺寸对其类氧化酶活性的影响［图4（A ）］，发现对于粒径为5，30，50，80和100nm 的颗粒，活性随粒径的增大而减小，但15nm 粒径的颗粒例外，其催化活性远高于其它粒径，推测这可能与颗粒聚集状态和表面暴露位点差异有关.4.2形貌调控形貌也是调控贵金属纳米酶活性的有效手段.Yin 等［63］合成了棱长相近的钯纳米八面体和钯纳米立方体并比较了二者的抗氧化酶活性［图4（B ）］.结果表明，｛111｝晶面围成的钯纳米八面体比｛100｝晶面围成的钯纳米立方体显示出更好的保护细胞抵抗活性氧（ROS ）的能力.理论模拟表明，H 2O 2和HO 2·Fig.4Nanozyme activity regulation(A)Size⁃dependent oxidase⁃like activity of the AuNPs for ECL⁃based immunoassay conducted on screen⁃printed electrode (SPE)chips [62].Copyright 2018,American Chemical Society.(B)Shape⁃dependent nanozyme activity of Pd nanocrystals for cytoprotection via ROS⁃scavenging [63].Copyright 2016,American Chemical Society.(C)Composition⁃dependent enzymatic activity of branched AgPdNCs [9].Copyright 2010,American Chemical Society.(D)Pd/Pt ratio⁃modulated oxidase⁃like activity Au@PdPt NRs [66].Copyright 2011,American Chemical Society.11921193 No.4蔡瑞等：贵金属基纳米酶的研究进展在钯｛111｝面的吸附能要高于｛100｝面，因此钯｛111｝面催化清除H2O2和HO2·的能力更强.Tang等［8］合成具有高指数面｛hk0｝的铂凹面纳米立方体，发现其类POD活性是相同粒径的铂纳米球的4倍. Zhou等［64］合成了由｛100｝晶面围成的钯纳米立方体（Pd NCs）和由｛730｝晶面围成的钯凹面纳米立方体（Pd CNCs）.实验表明，Pd CNCs比Pd NCs具有更强的类抗坏血酸氧化酶活性.第一性原理计算表明，Pd｛730｝晶面吸附的O2比Pd｛100｝晶面吸附的O2带更多的负电荷，有利于抗坏血酸的氧化.4.3组分调控对于贵金属合金纳米酶，组分改变是调控其类酶活性的有效策略［65］.Wu等［9］制备了3种基于Ag的中空/多孔双金属合金纳米颗粒（AgAu，AgPd和AgPt），它们具有本征的类POD活性［图4（C）］.对于AgPd纳米合金，其类POD活性随着合金中Ag含量的降低而提高.在后续实验中，他们通过在金纳米棒上生长PdPt合金纳米点，得到了合金组分可调的Au@PdPt NRs［图4（D）］［66］.实验表明，随着合金中Pd百分比的增加，Au@PdPt NRs的类氧化酶活性逐渐增强.此外，Au@PdPt NRs作为类氧化酶催化氧化TMB的稳态动力学实验表明，提高合金中Pd的比例还可以增强其对TMB的亲和力，表明纳米酶组分调控对还原底物的选择性也有一定影响.4.4表面修饰通常情况下，分散在溶液体系的纳米酶需要进行适当的表面化学修饰以便保证其分散稳定性.一方面，这可能会导致部分表面原子被封闭，活性位点数目减少，类酶活性下降.另一方面，表面化学修饰也能通过调节纳米酶的表面电荷、提供特异性表面配体等增加纳米酶对底物的亲和力，进而实现催化活性的增强和底物选择性改善.因此，表面化学修饰也是调控纳米酶性质的重要手段［10，18，67~71］.Fu等［68］发现肝素（Heparin）可以大幅提高牛血清白蛋白包覆的金纳米团簇（AuNCs）的类POD活性［图5（A）］.肝素吸附在AuNCs表面能够使其表面电势降低，增强AuNCs对带正电的底物TMB的吸附，导致类酶活性提高.利用这一特点，他们实现了肝素和肝素酶（Heparinase）的选择性检测.Lin等［69］合成了带正电的巯基乙胺修饰的金纳米颗粒和带负电的柠檬酸根包覆的金纳米颗粒，并比较了它们的类POD活性.结果表明，对于同一显色底物，带相反电荷的AuNPs表现出更高的活性.Wu等［70］发现AuNCs表面包覆上四环素的特异性核酸适配体（TCs-Apt）后能够加快其对TMB的催化氧化，提高其类POD活性.Zeta电势结果表明，TCs-Apt的包覆使得AuNCs的表面电势降低.当底物换为带负电的ABTS后，TCs-Apt的包覆则会降低AuNCs对ABTS的催化氧化速率.随着溶液离子强度的增加，TCs-Apt 对于Fig.5Surface chemistry modification and formation of hybrid nanozymes(A)Detection of heparin and heparinase based on enhanced electrostatic interaction between AuNCs and TMB[68].Copyright2018,American Chemical Society.(B)Effect of purine derivatives on the peroxidase⁃like activity of AuNPs[14].Copyright2018,Elsevier.(C)Enhancing a specific enzyme activity by atomic layer deposition of Fe2O3on Pt/CNTs nanozyme[75].Copyright2020,Elsevier.(D)GO⁃AuNCs hybrid mimicking natural enzyme structure[76].Copyright2013,Wiley⁃VCH.1194Vol.42高等学校化学学报AuNCs过氧化物酶活性（TMB为底物）的增强程度逐渐缩小，表明AuNCs-TCs-Apt与底物TMB之间的静电吸引是增强催化活性的主要因素.Wang等［14］分别用5种嘌呤衍生物包覆AuNPs以提升其类酶活性［图5（B）］.研究发现，2，6-二氨基嘌呤（DAP）包覆的金颗粒具有最强的类POD活性.由于DAP分子的两个氨基可以稳定金颗粒，导致其对过氧化氢的亲和力增强.Qiu等［10］发现组氨酸修饰可以增强钯纳米颗粒的类POD活性.组氨酸修饰的钯颗粒（His-Pd）与水的接触角远小于钯颗粒与水的接触角，表明His-Pd具有更好的亲水性.此外，酶稳态动力学研究表明，His-Pd对反应底物TMB和H2O2的米氏常数（K m）远小于裸露的钯颗粒，这表明His-Pd对底物表现出更强的亲和力.Zhang等［71］构建了一种基于AuNPs的纳米酶，其具有显著增强的葡萄糖选择性和催化氧化活性.利用分子印迹技术，他们在聚苯乙烯微球负载的AuNPs的表面包覆了一层带有“葡萄糖分子特征孔洞”的氨基苯硼酸聚合物外壳，提高了对葡萄糖的选择性.为进一步提高催化活性，他们在聚合物外壳中引入了具有供氧功能的全氟辛溴烷纳米乳液，显著提升了纳米酶对葡萄糖的催化氧化活性.4.5复合材料构建复合纳米结构也是调控纳米酶催化性能的有效策略［72~76］.Ni等［73］将PdNPs分散到CeO2纳米管上，得到PdNPs/CeO2NTs.他们发现，与单独的PdNPs和CeO2NTs相比，PdNPs/CeO2NTs具有更强的类POD活性，表现出协同增强效应.实验证明，PdNPs/CeO2NTs活性的提高源于PdNPs和CeO2NTs之间强烈的相互作用，可以显著增加Ce3+/Ce4+比率.Dong等［74］制备了碳点-铂纳米复合物（CDs-Pt）.由于碳点与铂的协同作用，CDs-Pt的类POD活性分别是碳点和铂的9倍和5倍.Zhang等［75］在铂纳米颗粒包覆的碳纳米管（Pt/CNTs）上沉积了超薄的Fe2O3原子层，极大地提高了其类POD活性并抑制了其类氧化酶活性［图5（C）］.研究结果表明，Fe2O3原子层阻挡了底物和Pt活性位点的接触，降低了Fe2O3/Pt/CNTs 的类氧化酶活性.另一方面，Fe2O3原子层的沉积导致Pt/CNTs中Pt0/Pt2+比例升高并引入了Pt-O-Fe3+活性位点，增强了其对双氧水的亲和性，使得Fe2O3/Pt/CNTs的类POD活性显著提高.构建的基于Fe2O3/Pt/CNTs的葡萄糖比色测定方法因消除了类氧化酶活性带来的假阳性结果表现出更高的检测灵敏度.Qu等［76］制备了具有类POD活性的金纳米团簇-氧化石墨烯纳米复合物（AuNCs-GO）［图5（D）］.制得的AuNCs-GO在较宽的pH范围（3≤pH≤7）均显示出良好的类酶活性.GO比表面积大、对疏水分子亲和力高，因此底物TMB可以被氧化石墨烯高效吸附.此外，AuNCs的活性位点与GO吸附的底物TMB 位于同一区域，这种结构与天然酶的催化机制相似，因而能够极大地提高其类酶活性.4.6光增强贵金属纳米材料具有独特的尺寸、形状、组成和结构依赖的局域表面等离激元性质（Local surface plasmon resonance，LSPR）.利用光照激发局域等离激元，其弛豫过程产生光热效应和光生热载流子，局域升温或热载流子注入都可以用来提高类酶活性［11，25，29，77］.Wu等［29］制备了钯包覆的金纳米棒（Au@PdNRs）并研究了其近红外光谱区LSPR增强的类氧化酶活性.研究发现，LSPR增强的类酶活性主要源于局域光热效应.热电子向分子氧的注入效率很低，其贡献可以忽略.进一步利用ROS光谱探针分别鉴别了Pd和Au表面激活的O2活性中间体.Pd表面的O2活性中间体为类原子氧吸附物种，而Au表面的中间体多为类分子氧吸附物种，与之前的理论模拟结果一致［57］，这种差异导致Au@PdNRs比AuNRs表现出更高的类氧化酶活性.Xia等［11］发现可见光照可以提高粒径为15nm的AuNPs的类POD 活性［图6（A）］.实验表明，利用可见光激发AuNPs的局域表面等离激元，在颗粒表面产生热电子和热空穴.热电子能够注入到吸附在AuNPs表面的H2O2的分子轨道上，激活H2O2分解为·OH，提高了AuNPs的类酶活性.加入乙醇作为电子供体可以有效捕获光生空穴，使热电子注入H2O2的效率进一步提高.Dong等［77］合成了一种二硫化钼包覆的金纳米双锥体杂化结构（AuNBPs@MoS2）并用于双光子荧光成像和抗肿瘤治疗［图6（B）］.杂化纳米结构的类POD活性产生的ROS可用于杀伤肿瘤细胞.由于纳米双锥各向异性的结构以及MoS2中较高的电子密度，激发AuNBPs@MoS2位于近红外光谱区的LSPR 可原位产生大量的ROS.此外，光激发下，AuNBPs@MoS2显著的光热效应使局部溶液温度迅速升高，No.4蔡瑞等：贵金属基纳米酶的研究进展可用于杀伤细胞.细胞实验证明，光热效应和ROS 的联合作用可用于增强AuNBPs@MoS 2的抗肿瘤治疗.4.7抑制剂许多离子、小分子和核酸等会吸附于贵金属纳米酶的表面，覆盖其表面的活性位点，从而对其类酶活性产生抑制作用［78~82］.Bansal 等［80］发现特异性识别啶虫脒的核酸适配体S -18能够包覆在AuNPs 表面使表面钝化，从而抑制其类POD 活性.当啶虫脒存在时，适配体S -18会从颗粒表面脱附并与靶向分子啶虫脒结合.通过调控适配体与靶向分子的相互作用，可以实现AuNPs 类酶活性的抑制与恢复.Xie 等［81］发现半胱氨酸分子能够抑制金核铂壳纳米颗粒（Au@Pt ）的类POD 活性.Au@Pt 能使H 2O 2分解成·OH ，产生的·OH 吸附在颗粒表面氧化有机底物.电子顺磁共振实验表明，半胱氨酸与Au@Pt 表面的结合会减弱颗粒表面对·OH 的吸附，不利于其类酶催化.Chen 等［82］发现Hg 2+能够在柠檬酸包覆的铂纳米颗粒（PtNP ）表面形成汞齐，从而抑制PtNP 的类POD 活性.酶稳态动力学实验表明，Hg 2+加入后PtNP 对底物（H 2O 2和TMB ）的亲和力减弱、催化活性降低.X 射线光电子能谱证实了HgPt 合金的形成，他们认为非常活泼的PtNP表面原子能够催化柠檬酸还原Hg 2+，形成汞齐.5应用由于较高的化学稳定性，较低的生产成本（相对于天然酶）和易于调控的催化活性，贵金属基纳米酶有望应用于传感、环境治理以及疾病治疗等领域.5.1传感5.1.1离子传感食品、饮用水、药物、工业废水中常含有许多种类的离子，一些离子（如汞离子或铅离子）的浓度一旦超标，可能会对人体健康、环境造成危害.因此，研究人员致力于将贵金属基纳米酶应用于离子传感［65，78，83，84］.Wu 等［78］合成了金核铂壳纳米棒（Au@PtNRs ），并研究了其类POD 活性的抑制剂，研究表明，Hg 2+对Au@PtNRs 的类酶活性有明显的抑制作用.据此，可以通过对类酶反应的抑制实现Hg 2+的选择性检测.Liao 等［83］发现Pb 2+能够诱导谷胱甘肽包覆的金纳米团簇（AuNCs ）发生聚集，最终导致其POD 活性大幅提高.在此基础上，他们提出了一种简便可靠的Pb 2+比色检测方法［图7（A ）］.此外，POD 活性的聚集诱导增强也揭示了金纳米团簇的分散状态对其催化活性有很大影响.Lu 等［84］发现谷胱甘肽（GSH ）能够抑制PtNPs 的类氧化酶活性.加入Cu 2+后可将GSH 氧化成谷胱甘肽二硫化物（GSSG ），恢复PtNPs 的类氧化酶活性.基于这一原理，他们构建了一种具有比色、光热（温度）和荧光Fig.6LSPR⁃enhanced enzyme⁃like activity(A)POD⁃like activity of AuNPs upon LSPR excitation [11].Copyright 2017,Wiley⁃VCH.(B)AuNBPs@MoS 2with high peroxidase⁃like activity for two⁃photon imaging and anti⁃tumor therapy [77].Copyright 2018,American Chemical Society.1195。

纳米酶的研究与应用

The catalytic activity with size effect
The catalytic activity: one of Fe3O4 MNPs with diameter at 300nm≈one HRP molecule.
Catalytic activity with surface modification
Kcat (M-1S-1) 3.37 ×109 3.72×108
Kcat (M-1S-1)
9.68×109 3.24×108
[E] is the enzyme (or MNP) concentration, Km is the Michaelis constant, Vmax is the maximal reaction velocity and Kcat is the catalytic constant, where Kcat=Vmax/[E].
纳米酶的研究与应用
高利增扬州大学医学院 2015年9月24日
1. 纳米酶的发现与概念的形成 2. 纳米酶的应用 3. 纳米酶的抗菌和清除生物膜应用 4. 未来工作计划
1. 纳米酶的发现与概念的形成 2. 纳米酶的应用 3. 纳米酶的抗菌和清除生物膜应用 4. 未来工作计划
铁磁性纳米颗粒
A class of nanoparticle which can be manipulated using magnetic field
总结-1
在四氧化三铁纳米颗粒过氧化物酶催化活性基础上提出纳米酶
• Peroxidase-like catalytic kinetics and mechanism • Activity is taken place at nanosurface • Activity is tunable by adjusting size and surface modification • Comparable activity with HRP • High stability • Synthesis at large scale

纳米酶及其在生物医学检测领域的研究进展

纳米酶及其在生物医学检测领域的研究进展摘要：天然酶属于高度特意性的一种生物催化剂，能够进行选择性的催化相应反应进而可以完成识别以及监测的基本目的。

但是，天然酶实际制备的成本比较高，比较容易失去原有活性，进而会限制实际的运用。

纳米酶属于一类具备类酶活性的纳米级材料，能够通过无机材料实际的催化活性来真正实现模拟酶的放生催化基本功能，实际运用范围比较广泛。

关键词：纳米酶；生物医学；检测领域酶催化反应主要就是指当作催化剂参与分子转化的基本反应，因为自身具备高效的催化特点，针对底物高度的选择特异性等等基本特点，被十分广泛地运用在工业以及医药等相关领域之内。

很多天然酶都是通过蛋白质进行构成，少数由RNA分子所构成，在实际运用的时候比较容易因为环境以及温度等因素而受到影响，最终使其丧失掉酶的活性。

近些年来，更多的研究人员已经展开了关于纳米酶的种类和实际运用研究。

基于此，本文主要针对纳米酶及其在生物医学检测领域的研究进展展开以下有关分析和研究，希望具有一定借鉴意义。

一、纳米酶的种类（一）金属氧化物类纳米酶Fe3O4纳米离子是收割被发现的金属氧化物纳米酶。

实际材料自身具备类POD活性，在H2O2实际存在之下，会使得无色底物实际颜色出现变化，比如3，3’，5’，5’-四甲基联苯胺(TMB)、邻苯二胺（oPD）等等。

反应动力学的相关研究显示，Fe3O4纳米酶催化之时符合酶催化的相关反应，就是底物以及产物进行交替和酶之间进行结合以及释放，酶在原始状态以及改变的状态之前进行来回转化。

依照相关数据显示，和辣根过氧化物酶（HRP）进行比较，Fe3O4针对TMB的实际亲和力更好。

另外，金属氧化物比如CeO2、Co3O4以及CuO等等都具备类酶活性[1]。

（二）贵金属纳米材料类纳米酶贵金属包含Au、Ag、Pd等等，在不同的环境条件之下，实际所表现出来的是不同种类的酶活性。

贵金属材料自身表面没有配位原子当作没反应的活性中心。

在不同的环境条件之下，贵金属会呈现出OXD、POD、CAT以及SOD等等相应活性。

纳米材料增强酶生物传感器研究取得新进展

纳米材料由于具有独特的光、、特性正日益电磁
受到科技人员的广泛重视。感器是纳米材料最有前传
途的应用领域之一。纳米颗粒的高比表面积、表面高
采用四氧化三铁纳米颗粒构建高灵敏度葡萄糖生物传感器，实验结果显示传感器线性范围为６×１— ０３ｔｏ２灵敏度达ｌ．Ａｍ２．ｍＭ，２Ｉ４５ｃ一ｍＭ一。与以往研究１不同的是，由于磁性纳米颗粒具有类似过氧化氢酶的
偏差均在３％以内，很强的实用性。因此，有本项研究成果有助于进一步促进生物传感器向超微型化、智能
（杨柳）
６７
增强生物传感器研究的团队之一。在国家自然科学基化、实用化发展。
在组件层级，ｅａｅｈ与加州柏克莱大学、Ｓｍｔ正ｃ史丹佛大学等单位的研究人员合作，开发采用ＮＭＳＥ技术的内存组件，以及号称 “ 泄漏 ” 的ＮＭＳ关零Ｅ开（ｉｈ，或是与ＣＳ术整合的混合式开关组件。ｓｔ）ｗｃＭＯ技
在国家自然科学基金重点项目的支持下，中科由院理化技术研究所唐芳琼研究员带领的纳米材料可控制备与应用研究组在纳米增强的酶生物传感器研
究方面取得重要进展。
行了全面系统深入的研究。分别将金属纳米颗粒、半导体颗粒和棒状材料引入到酶生物传感器的组装研究中，都得到了显著的增强效果。此次的研究成果是

纳米技术在酶工程中的应用研究及进展

２特殊的热学性质．
与宏观固态物质相比，纳米颗粒具有更大的表面积，表面原子数占总原子数的比例超过５％以上，使得０这纳米微粒具有更高的表面能，且表面原子近邻配位严重不全，这就是固态物质在其宏观尺寸时熔点是固定的，但超细微化后其熔点显著降低的原因，别当颗粒低于１ｎ特０ｍ量级时更
为纳米级，而人工形成纳米尺度结从构，这种加工技术可以使得半导体微
型化技术达到极限；三种是生物纳第米技术。
和反射能力各有不同，当金属被分但割成纳米级超微颗粒时，金属将变成
黑色，完全失去其金属光泽，这是由于
展性都十分优越，就像一种有千万对脚的毛毛虫，当它吸附在光滑的玻璃面上时，由于接触面积大，２台风１级
也吹不掉它。
定化酶中引入纳米磁颗粒，用磁场利
原理给分子添加定向功能，子在定分向之后，其功能会有所改善。湘菱任等将纳米铜颗粒和酶固定在聚吡咯（ＰＰＹ）基质中，大大提高胆固醇氧可化酶（Ｏ）Ｃｈ的催化效用、活性和稳定性。ｈｕ利用纳米纤维聚苯胺膜制Ｚｏ等备了纳米铂（ｔ颗粒修饰聚苯胺葡Ｐ）萄糖氧化酶，固定化酶对葡萄糖的该催化性能比未采用纳米铂时提高了十几倍。

冠心病纳米酶治疗方案

摘要：冠心病是一种常见的心血管疾病，严重威胁着人类的健康和生命。

近年来，随着纳米技术的发展，纳米酶在冠心病治疗中的应用逐渐受到关注。

本文旨在探讨冠心病纳米酶治疗方案的研究进展，分析其作用机制、优势及潜在风险，为冠心病患者提供新的治疗思路。

一、引言冠心病，全称冠状动脉粥样硬化性心脏病，是由于冠状动脉粥样硬化导致的心肌缺血、缺氧或梗死。

据统计，冠心病已成为全球范围内最常见的死亡原因之一。

目前，冠心病的主要治疗方法包括药物治疗、介入治疗和手术治疗。

然而，这些传统治疗方法在临床应用中存在一定的局限性。

纳米酶作为一种新型生物催化剂，具有高催化活性、高选择性、低毒性和易于修饰等特点，为冠心病治疗提供了新的思路。

二、冠心病纳米酶治疗方案的研究进展1. 纳米酶的作用机制纳米酶主要通过以下途径发挥治疗作用：（1）降解血管内斑块：纳米酶可以特异性地降解血管内斑块中的胆固醇、胶原等成分，从而减小斑块体积，降低斑块稳定性，减少斑块破裂的风险。

（2）改善心肌缺血：纳米酶可以促进血管新生，增加心肌血流量，改善心肌缺血状态。

（3）抑制炎症反应：纳米酶可以抑制炎症细胞因子和炎症介质的释放，减轻炎症反应，降低心肌损伤。

（4）调节心肌细胞凋亡：纳米酶可以调节心肌细胞凋亡信号通路，抑制心肌细胞凋亡，保护心肌功能。

2. 纳米酶治疗方案的优势（1）特异性高：纳米酶具有高选择性，能够针对特定靶点发挥作用，减少对正常细胞的损伤。

（2）催化活性高：纳米酶具有较高的催化活性，能够在短时间内完成大量反应，提高治疗效果。

（3）易于修饰：纳米酶可以通过化学修饰等方法，调整其性质和功能，以满足不同的治疗需求。

（4）低毒性：纳米酶具有低毒性，对人体无明显副作用。

3. 纳米酶治疗方案的潜在风险（1）生物安全性：纳米酶作为一种新型生物材料，其生物安全性需要进一步研究。

（2）体内分布：纳米酶在体内的分布和代谢需要关注，以避免对其他器官产生不利影响。

（3）长期疗效：纳米酶治疗方案的长期疗效和安全性需要进一步验证。

铁基纳米酶的研究进展

H2O2）的氧化反应(图 1)。这种催化作用使得 POD 在生
物体内起着非常关键的作用，例如降低活性氧自由基的
毒性和抵御病原体。以辣根过氧化物酶(HRP)为例，其
活性中心存在一个含铁的卟啉环，通过铁原子的氧化还
原实现酶的高效催化，因此通常用作抗体的偶联物，已
广泛用于生物分析和临床检验，以酶促催化比色底物进
的催化活性、低成本和稳定性好等优点引起了研究者们
的广泛关注，并在生物医药领域得到广泛应用。
本文主要介绍了铁基纳米酶的催化机制与活性、分
类以及应用等方面的研究进展，并对其研究进展进行了
展望。
1 铁基纳米酶的催化机制与活性
1.1 催化机制
在自然界中，过氧化物酶是由大量酶组成的一类氧
图1
化还原酶（POD），能够催化底物与过氧化物（多数为
非来自浸出的活性组分（如基于氧化铁纳米酶的铁离
子）。原子吸收光谱法测试结果表明，Fe3O4 磁性纳米粒
子可能ห้องสมุดไป่ตู้浸出很少量铁离子，离子数量太少无法表现出
明显的催化活性，进一步证实了铁基纳米酶的活性来自
氧化铁纳米粒子，而不是浸出的离子 [8-9]。Tang 等使用
了 EPR 分析和自由基抑制实验阐明基于氧化铁催化有
机污染物降解的反应机制[10-11]，研究结果表明 O2·-/HO2·占主导地位。
1.2 活性调节
铁基纳米酶与天然酶相似, 其活性受到环境因素
的影响，例如 pH 和温度，此外，铁基纳米酶催化活性还
可以通过纳米材料的尺寸、形态、结构和表面改性调
节。纳米酶的活性与材料的尺寸大小有关，通常尺寸越
小，活性越高，这是由于较小的纳米粒子具有较高的表
过与羟基自由基反应进一步转化为 H2O 与 O2，即表现出

纳米酶的制备及其在生物医药中的应用

纳米酶的制备及其在生物医药中的应用一、引言纳米技术已经成为当今世界发展的趋势，而纳米科技的应用领域也在不断地拓展。

纳米酶作为一种最新的纳米技术产物，在生物医药领域有着广泛的应用。

本文将探讨纳米酶的制备方法以及在生物医药中的应用。

二、纳米酶制备方法1. 生物合成法。

生物合成法是指利用生物体本身的代谢过程，通过改变反应条件或添加某些物质实现酶的纳米化，这是一种非常便捷的制备方法。

2. 化学方法。

化学方法主要是将某些化学物质加入到酶溶液中，使酶与这些化学物质相互作用，从而实现纳米化处理。

3. 物理方法。

物理方法是指利用物理手段改变酶的结构和性质，如高压法、超声波法等等。

三、纳米酶在生物医药中的应用1. 抗癌药物研发。

纳米酶可以通过与药物作用，加速药物代谢，从而增加药物的疗效。

同时，纳米酶也可以像一种“火车”，将药物运输到细胞中，提高药物的有效性。

2. 环境保护应用。

纳米酶在环境污染治理上的应用也十分广泛，如纳米酶可以有效地降解有机污染物、减少土壤污染等等。

3. 单分子检测技术。

纳米酶可以被用来开发高精度、非侵入性的检测技术，如单分子检测技术。

四、纳米酶的未来发展纳米酶制备和应用的研究已经取得了很大的进展，但是纳米酶研究的过程也面临一系列的挑战。

比如纳米酶制备的成本高，性能稳定性差，应用范围有限等等。

在未来的发展中，需要更加深入的研究和改进，从而能够更好地满足人们的需求。

五、结论纳米酶是一种新兴的纳米技术产物，在生物医药中有着广泛的应用前景。

通过生物合成法、化学方法和物理方法等多种方法进行纳米酶的制备，可以实现其在抗癌药物研发、环境污染治理等多个领域的应用。

随着相关领域技术的不断推进，纳米酶的应用前景将会更加广阔。

纳米酶技术及催化机制研究

纳米酶技术及催化机制研究概述：纳米酶技术是以仿生学和纳米科学为基础的新兴领域，旨在通过合成纳米尺度的酶模拟体，实现高效的催化反应。

在纳米酶研究中，科学家们意识到纳米材料（如金属纳米粒子、二维纳米材料等）具有优异的催化活性、选择性和稳定性，因此将其应用于催化反应成为可能。

本文将重点探讨纳米酶技术的发展现状、催化机制研究以及其在化学和生物学领域的应用。

发展现状：纳米酶技术的发展始于20世纪80年代，当时科学家们开始尝试利用纳米材料模拟酶酶活性中心的功能。

随着纳米科学和纳米技术的快速发展，纳米酶技术取得了巨大进展。

通过调控纳米材料的形貌、表面结构、晶面等特征，科学家们可以实现对催化反应的精确控制，从而提高催化效率和选择性。

目前，纳米酶技术已经发展出多种纳米酶模拟体，如金属有机骨架、纳米酶簇、纳米孔、层状双金属氢酶等。

这些纳米酶模拟体在药物开发、环境保护、能源转化等领域具有广泛的研究应用。

催化机制研究：纳米酶技术的催化机制研究是实现纳米酶技术应用的基础。

为了理解纳米酶材料的催化行为，科学家们采用了多种表征技术和理论模拟方法。

例如，X射线衍射、透射电子显微镜和扫描电子显微镜等表征技术可以用来观察纳米酶材料的形貌和结构。

催化动力学方法和电化学测量则可以用来研究纳米酶反应的反应速率、活化能、电催化性能等重要参数。

此外，密度泛函理论（DFT）、量子化学计算等理论模拟方法可以提供有关反应机理和活性位点的详细信息。

一些关键的研究成果已经为纳米酶技术的发展提供了指导。

例如，科学家们发现纳米酶的催化活性与其表面结构和晶面有关，通过调控纳米材料的晶面的暴露度可以有效地改善纳米酶的催化性能。

同时，优化催化剂的形貌和表面结构也对提高催化活性起到了重要作用。

近年来，研究者们还发现多金属酶簇可以模拟复杂酶的催化行为，提高催化效率和选择性。

应用领域：纳米酶技术的研究不仅为我们深度理解生物酶的催化机制提供了新视角，同时其在化学和生物学领域的应用也具有广阔的前景。

纳米酶技术研究进展

纳米酶技术研究进展纳米酶技术是一种新兴的技术，它利用了纳米技术和酶学的优势，以制造出高效、稳定和可重复使用的生物催化器。

纳米酶技术的诞生，为生物催化领域带来了革命性的变化，也为新能源、医疗和环境等领域的发展提供了新的可能性。

近年来，纳米酶技术在各个领域都得到了广泛的应用。

例如，在环境污染治理中，纳米酶技术可以应用于有机物降解、重金属离子去除和水质净化等方面。

在医药领域中，纳米酶技术可以用于疾病诊断和治疗、生物传感器等方面。

在新能源领域中，纳米酶技术可以用于生物电池、光电催化等方面。

这些应用都表明了纳米酶技术在各个领域中的广泛应用前景。

纳米酶技术的制备方法主要包括化学合成、基于自组装、基于表面改性、模板法和生物技术法等。

其中，化学合成法、基于自组装法和模板法是最为常见的方法。

化学合成法是指通过化学反应合成出纳米酶，常用的材料包括金属、半导体和氧化物等；基于自组装法是指利用分子间相互作用力，组装出具有特定形状的酶纳米颗粒；模板法是指利用有机或无机模板，控制酶纳米颗粒的形态和尺寸。

纳米酶技术的优点在于其高效、环保和可重复使用等。

由于其微小的尺寸和特殊的表面性质，纳米酶具有比传统酶更广泛的反应底物、更高的催化效率和更强的化学稳定性。

此外，纳米酶技术可以实现废物资源化利用，一定程度上缓解了资源短缺和环境污染问题。

纳米酶技术的研究现状主要集中在如何提高其催化效率和稳定性以及应用于实际工程领域的研究中。

同时，对其毒性和生态影响等问题也需要重视。

目前，许多研究人员正在探索多种方法，如改进制备工艺、改进酶的结构，以及与其他功能性化合物结合等方式，来提高纳米酶的催化效率和稳定性。

最后，纳米酶技术的发展还需要更多的合作和创新。

不同领域的专家们应该联合起来，共同探索纳米酶在不同领域的应用。

同时，政府和企业也应该在技术推广、市场营销和环保等方面给予相应的政策扶持和经济支持，以实现纳米酶技术的最大化价值。

纳米酶在农业方向的研究进展

纳米酶在农业方向的研究进展
马宝福;付小哲;林强;牛银杰;罗霞;梁红茹;李宁求
【期刊名称】《仲恺农业工程学院学报》
【年(卷),期】2024(37)1
【摘要】纳米酶作为一种具有类酶活性的新型纳米材料,在抗逆改良、食品检测、食品加工与保鲜、植物保护和种子处理等方向具有广泛的应用前景.文章对纳米酶的定义、分类及其在农业方向的应用进行了综述,对目前存在的问题进行了探讨,并对其未来的发展方向进行了展望.
【总页数】7页(P67-73)
【作者】马宝福;付小哲;林强;牛银杰;罗霞;梁红茹;李宁求
【作者单位】中国水产科学研究院珠江水产研究所;农业农村部渔用药物创制重点实验室;广东省水产动物免疫与绿色养殖重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】S129
【相关文献】
1.酶的固载技术及纳米电化学酶生物传感器的研究进展
2.纳米铁、纳米氧化锌和纳米氧化镁对小鼠血清乳酸脱氢酶和α-羟丁酸脱氢酶活性的影响
3.纳米地球化学刍析:起源、研究进展和发展方向
4.纳米双相复合磁性材料的研究进展及发展方向
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董绍俊在纳米酶方面的研究

董绍俊在纳米酶方面的研究
董绍俊院士在纳米酶方面的研究主要集中在单原子纳米酶的合成和性能研究。

他领导的研究团队利用碳纳米束约束的轴向n-配位的FeN5中心（FeN5
SA/CNF）合成了单原子纳米酶。

这种纳米酶的活性位点由酶样活性位点和
催化机理决定，原子分散的金属中心提高了原子利用效率和活性位点的密度。

此外，他们还研究了单原子纳米酶的类氧化活性，并表明单原子纳米酶克服了传统纳米酶的关键缺陷。

另外，董绍俊院士和Youxing Fang还研究了金属有机框架（MOF）纳米
酶在糖尿病慢性伤口愈合中的应用。

他们将具有抗氧化酶活性的MOF纳米酶与水凝胶结合，提出了一种用于糖尿病大鼠慢性伤口愈合的有效抗氧化系统（MOF/Gel）。

这种系统可以持续清除活性氧，调节糖尿病慢性伤口中
的氧化应激微环境，从而促进从炎症阶段到增殖阶段的自然过渡。

如需更多关于董绍俊院士在纳米酶方面的研究成果和最新进展，建议查阅相关学术网站或期刊获取。

纳米酶与生物界面的研究

纳米酶与生物界面的研究随着科学技术的不断发展，越来越多的人们开始关注生物研究领域中的纳米酶与生物界面的研究，本文将介绍纳米酶与生物界面的定义和研究进展。

1. 纳米酶的定义和分类纳米酶是指珠子状或棒状具有催化能力的金属纳米颗粒，其直径通常在1-100纳米之间。

纳米酶可以分为金属氧化物酶、金属硫化物酶、金属半导体酶、金属有机物酶等多种类型。

2. 纳米酶的催化机理纳米酶的催化机理与普通酶相似，可分为酸碱催化、氧化还原催化、极性相反基团间的催化等几种类型。

其中，纳米酶的酸碱催化和氧化还原催化是应用最为广泛的两种类型。

3. 生物界面的定义和分类生物界面是指生物体和外界环境之间接触面的区域。

可以分为生物膜界面、细胞与细胞界面、细胞与实体材料界面、生物大分子与药物界面等多种类型。

其中，生物膜界面是研究最为深入的一个领域。

4. 纳米酶在生物界面研究中的应用纳米酶在生物界面研究中的应用主要有以下几个方面：（1）生物成像：纳米酶可以作为生物膜界面的标记物，利用纳米酶的荧光发射或对比度增强等特性对生物膜界面进行生物成像，可以更加清晰地观察生物膜界面的结构和特性。

（2）生物检测：纳米酶可以作为生物检测的信号放大器，其高表面积、高反应活性和可控性能可以提高生物检测的敏感度和准确性。

（3）纳米药物：纳米酶可以作为药物载体，将生物界面研究中发现的有益物质修饰在纳米酶表面，可以提高药物的稳定性，减少副作用，并且可以将药物更准确地传递到影响生物界面的位置。

5. 纳米酶与生物界面研究的前景纳米酶与生物界面研究的前景不仅在于具有创新性的理论发现，还在于巨大的应用潜力。

特别是在生物材料和临床医学领域中，纳米酶和生物界面研究的新发现和新应用将为我们提供更加可靠和准确的解决方案，推动生命科学领域的快速发展。

总之，纳米酶与生物界面的研究领域涉及到多个学科，包括化学、生物学、物理学等。

未来，我们可以期待纳米酶与生物界面研究领域的更多发现和更加广泛的应用。

异核双原子纳米酶

异核双原子纳米酶摘要：一、引言二、异核双原子纳米酶的定义与特性三、异核双原子纳米酶的应用领域四、我国在异核双原子纳米酶研究方面的进展五、结论正文：一、引言随着科学技术的不断发展，纳米技术在众多领域中都有着广泛的应用。

纳米酶作为纳米技术的一个重要分支，具有很高的研究和应用价值。

其中，异核双原子纳米酶由于其独特的性质，受到了科研工作者的广泛关注。

二、异核双原子纳米酶的定义与特性异核双原子纳米酶是指由两种不同元素组成的原子通过共价键结合形成的纳米粒子。

这种纳米酶具有以下几个特点：1.高度的异质性：由于异核双原子纳米酶由不同元素组成，因此其具有独特的物理和化学性质。

2.高效催化性能：异核双原子纳米酶可以显著提高化学反应速率，具有很高的催化活性。

3.可调控性：通过改变组成元素和比例，可以实现对异核双原子纳米酶性能的调控。

三、异核双原子纳米酶的应用领域异核双原子纳米酶在许多领域都有着广泛的应用，如生物医学、环境科学、能源等。

例如，在生物医学领域，异核双原子纳米酶可以作为高效的药物载体，提高药物的生物利用度和治疗效果。

在环境科学领域，异核双原子纳米酶可以用于降解有机污染物，保护环境。

在能源领域，异核双原子纳米酶可以作为高效的催化剂，促进能源转化和储存过程。

四、我国在异核双原子纳米酶研究方面的进展近年来，我国在异核双原子纳米酶研究方面取得了显著进展。

不仅在理论研究方面取得突破，还成功实现了异核双原子纳米酶的制备和应用。

我国科研团队通过不断努力，已经在国际上取得了领先地位。

五、结论总的来说，异核双原子纳米酶作为一种具有独特性质的纳米材料，具有广泛的应用前景。

纳米酶在医学治疗中的研究进展

纳米酶在医学治疗中的研究进展
倪晓丽;朱钧锴;于红涛;穆震
【期刊名称】《山东第一医科大学（山东省医学科学院）学报》
【年(卷),期】2024(45)2
【摘要】纳米酶作为一种新型纳米材料,具有催化效率高、稳定性好等特点,自问世以来获得了广泛关注,已被应用于环境保护、食品检测、化工生产等多个领域。

近年来,纳米酶在生物医学领域的研究逐渐增多,通过发挥其抗肿瘤、抗菌、抗炎、抗氧化的作用,在肿瘤、细菌感染、炎症性肠病、银屑病的治疗中展现出了巨大潜力,有望为多种疾病提供新的治疗途径。

本文重点综述了纳米酶在医学治疗中的应用进展,讨论了纳米酶面临的挑战及发展前景,以期为后续研究提供参考,并对纳米酶的临床转化起到一定的促进作用。

【总页数】5页(P124-128)
【作者】倪晓丽;朱钧锴;于红涛;穆震
【作者单位】山东第一医科大学(山东省医学科学院)研究生部;山东第一医科大学第二附属医院皮肤科;泰安八十八医院皮肤科
【正文语种】中文
【中图分类】TB3
【相关文献】
1.普鲁士蓝纳米颗粒在生物医学成像及生物医学治疗中的应用研究进展
2.基于纳米医学的光热治疗在肿瘤治疗中的研究进展
3.MOFs衍生纳米酶在肿瘤治疗中的研
究进展4.纳米酶在生物医学检测领域的应用研究进展5.片状无机纳米酶制备及其生物医学应用的研究进展
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[高分子材料] 神奇“绷带”!单原子纳米酶绷带治疗颅脑创伤研究中取得进展

神奇“绷带”！单原子纳米酶绷带治疗颅脑创伤研究中取得进展近日，天津大学张晓东教授与神经工程团队合作在单原子纳米酶绷带治疗颅脑创伤方面取得进展。

研究团队利用单原子催化原理，制备出具有持久高效的类酶活性和清除自由基能力的纳米酶绷带，并将其应用于颅脑创伤引发的神经损伤局部治疗，取得良好效果。

颅脑创伤是最严重的创伤之一，能够在创伤处产生大量的活性氮氧自由基，从而触发脑部一系列的生化反应和神经免疫反应，严重危及伤者生命安全。

天津大学团队利用单原子催化原理，开发出Pt/CeO2单原子纳米酶，其类酶活性较纯CeO2团簇高3-10倍，清除自由基能力则高出2-10倍，且其活性在一个月的治疗环境下没有明显衰减。

研究者进一步将单原子Pt/CeO2纳米酶负载于柔性的碳纤维布上制作成为绷带，并将其应用于颅脑创伤小鼠的神经损伤治疗，结果表明该绷带可以有效的AHAHAGAHAGAGGAGAGGAFFFFAFAF促进伤口愈合，降低神经炎症、缓解神经损伤，为颅脑创伤的局部治疗提供了一条全新的思路。

相关研究成果以“A Nanozyme-based Bandage with Single Atom Catalysis for Brain Truama”为题于2019年09月26日在线发表在《ACS Nano》上(DOI: 。

该项研究工作由天津大学主持完成，天津大学为论文第一单位，北京协和医学院、天津医科大学总医院、中山大学等国内多家大学和科研机构参与其中。

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