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酶是什么？

人們最先想到的可能是蛋白質(zhì)，核酸等具有催化作用的生物活性物質(zhì)。人體內(nèi)的幾乎所有的生命活動都有酶的參與。生物酶的高效催化效率保障了生物體內(nèi)時時刻刻都在進行快速的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量代謝。例如，酒精在人體內(nèi)的代謝過程主要依靠乙醇脫氫酶和乙醛脫氫酶兩種生物酶的參與。今天我們介紹的“納米酶”，將進一步拓展酶的定義和范圍。

無機的納米顆粒也可以是酶

與許多偉大的發(fā)現(xiàn)相似，納米酶的發(fā)現(xiàn)源自一次“失敗”的實驗。為了將納米技術應用于生物醫(yī)學，中科院生物物理所的閻錫蘊課題組將標記了辣根過氧化物酶的CD146抗體與四氧化三鐵納米顆粒結(jié)合，探索腫瘤診斷的新方法。由于抗體上連接了辣根過氧化物酶，所以可以使底物顯色。然而結(jié)果呈現(xiàn)了一個“詭異”現(xiàn)象：作為陰性對照的磁納米粒子不可思議地與過氧化物酶底物發(fā)生了反應。在反復驗證并排除了一切可能會影響實驗結(jié)果的因素后，最終表明四氧化三鐵納米顆粒確實具有類似于辣根過氧化物酶的性質(zhì)，從而發(fā)現(xiàn)了納米酶的存在。

2007年，閻錫蘊團隊的這項研究成果在Nature Nanotechnology發(fā)表，第一次從酶學的角度系統(tǒng)研究了無機納米材料的酶學特性。英國皇家化學會會刊發(fā)表綜述，認為這是酶學史上一個里程碑式的事件。可以說，納米酶的發(fā)現(xiàn)，模糊了無機材料與有機生物的界限，促進了納米科學與醫(yī)學的交融。

從納米酶2007年被初次發(fā)現(xiàn)至今，全球已有31個國家、375個實驗室發(fā)表過納米酶相關的研究成果。自2019年起，納米酶年發(fā)文量超過1000篇，2020年發(fā)文2500余篇，2021年超過了4500篇。大量納米材料如金屬納米顆粒、金屬氧化物納米顆粒、碳基納米材料和金屬-有機框架，已被證明能夠像天然酶一樣發(fā)揮作用。

納米酶的出現(xiàn)不僅改變了人們對酶的認識，更提供了廣闊的應用價值

如有研究發(fā)現(xiàn)普魯士藍納米顆粒(PBNPs)具有類POD、CAT、超氧化物歧化酶（SOD）等多酶活性，并能夠有效清除ROS。此外，研究人員用四氧化三鐵納米酶標記抗體實現(xiàn)了對抗原的靶向檢測，利用納米酶檢測抗原的技術已經(jīng)被開發(fā)為試紙條，用來檢測流感病毒、埃博拉病毒等病原體。

據(jù)報道目前納米酶的研究熱點主要集中在7個方面：自組裝納米載體與給藥、碳基納米材料及生物成像、納米電化學生物傳感器、過氧化物酶催化機制、鐵基納米酶與免疫檢測、納米酶參與化學發(fā)光、癌癥檢測與腫瘤治療。不久的將來，納米酶將會為人類的健康，能源的再生及環(huán)境的保護等做出更多貢獻。

先豐納米酶材料一覽