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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(dòng)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(shí)時(shí)刻刻都在進(jìn)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(guò)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(jìn)一步拓展酶的定義和范圍。

無(wú)機(jī)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(shí)驗(yàn)。為了將納米技術(shù)應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)，中科院生物物理所的閻錫蘊(yùn)課題組將標(biāo)記了辣根過(guò)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(guò)氧化物酶，所以可以使底物顯色。然而結(jié)果呈現(xiàn)了一個(gè)“詭異”現(xiàn)象：作為陰性對(duì)照的磁納米粒子不可思議地與過(guò)氧化物酶底物發(fā)生了反應(yīng)。在反復(fù)驗(yàn)證并排除了一切可能會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素后，最終表明四氧化三鐵納米顆粒確實(shí)具有類似于辣根過(guò)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(yùn)團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究成果在Nature Nanotechnology發(fā)表，第一次從酶學(xué)的角度系統(tǒng)研究了無(wú)機(jī)納米材料的酶學(xué)特性。英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)會(huì)刊發(fā)表綜述，認(rèn)為這是酶學(xué)史上一個(gè)里程碑式的事件?？梢哉f(shuō)，納米酶的發(fā)現(xiàn)，模糊了無(wú)機(jī)材料與有機(jī)生物的界限，促進(jìn)了納米科學(xué)與醫(yī)學(xué)的交融。

從納米酶2007年被初次發(fā)現(xiàn)至今，全球已有31個(gè)國(guó)家、375個(gè)實(shí)驗(yàn)室發(fā)表過(guò)納米酶相關(guān)的研究成果。自2019年起，納米酶年發(fā)文量超過(guò)1000篇，2020年發(fā)文2500余篇，2021年超過(guò)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(jī)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(duì)酶的認(rèn)識(shí)，更提供了廣闊的應(yīng)用價(jià)值

如有研究發(fā)現(xiàn)普魯士藍(lán)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(biāo)記抗體實(shí)現(xiàn)了對(duì)抗原的靶向檢測(cè)，利用納米酶檢測(cè)抗原的技術(shù)已經(jīng)被開(kāi)發(fā)為試紙條，用來(lái)檢測(cè)流感病毒、埃博拉病毒等病原體。

據(jù)報(bào)道目前納米酶的研究熱點(diǎn)主要集中在7個(gè)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(xué)生物傳感器、過(guò)氧化物酶催化機(jī)制、鐵基納米酶與免疫檢測(cè)、納米酶參與化學(xué)發(fā)光、癌癥檢測(cè)與腫瘤治療。不久的將來(lái)，納米酶將會(huì)為人類的健康，能源的再生及環(huán)境的保護(hù)等做出更多貢獻(xiàn)。

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