《Journal of Fluorescence》近期发表综述，系统阐述纳米酶分类与生物传感应用新进展

综述作者与发表信息 本综述文章《Nanozymes: classification and analytical applications – a review》由来自伊拉克库尔德斯坦地区Koya大学的三位主要学者——Kurdo A. Abdullah、Aryan F. Qader（通讯作者）、Khdir A. Othman，以及来自Koya大学和Knowledge University的Tara F. Tahir和Rebaz A. Omer共同完成。该论文于2024年7月17日投稿，同年9月4日被接受，并于2024年9月13日在学术期刊 Journal of Fluorescence 上在线发表。

综述主题与核心论点 该综述旨在对一类新兴的人工合成纳米材料——纳米酶（Nanozymes）进行系统性梳理。文章的核心论点在于阐述纳米酶作为一类具有类似天然酶催化活性的人工酶，因其成本低廉、稳定性高、易于储存和操作等独特优势，正在成为生物传感、环境监测、疾病诊断等领域中传统天然酶的有力替代品。全文围绕纳米酶的分类体系及其在分析化学（尤其是生物传感）中的多样化应用展开，并特别强调了其在COVID-19早期诊断中的关键作用。全文提出了以下几个核心论点：

核心论点一：纳米酶是兼具优异催化性能与实用优势的新一代人工酶，其研究与应用正迅速发展。 文章首先确立了纳米酶的重要性和基本概念。纳米酶是指尺寸在纳米尺度、能够模拟天然酶催化功能的一类纳米材料。这一领域的开端被追溯到2007年Gao等人发现四氧化三铁（Fe₃O₄）磁性纳米颗粒具有类似辣根过氧化物酶（HRP）的活性。自此，纳米酶研究迅速发展。作者指出，与天然酶（主要由蛋白质构成）相比，纳米酶具有一系列无可比拟的优势：成本显著降低、物理化学稳定性强（能够耐受苛刻的极端条件）、易于储存和生产，并且能够通过设计调控其催化活性与选择性。这些优点使得纳米酶在生物学、传感、环境修复和工业催化等领域展现出巨大的应用潜力。文章强调，正是这些实用优势使得纳米酶成为一个极具前景的研究方向。

核心论点二：纳米酶可根据其材料组成、催化活性、应用领域等多维度进行分类，其中碳基和金属基纳米酶是当前研究的两大主流。 文章花费大量篇幅建立了一个系统的纳米酶分类框架。首先，基于材料组成，纳米酶被划分为两大类： 1. 碳基纳米酶 (Carbon-based nanozymes)：主要包括碳点、石墨烯、碳纳米管等衍生物。例如，Su等人开发的血红素@碳点（hemin@carbon dot）杂化纳米酶，同时具备过氧化物酶（Peroxidase）样活性和荧光信号特性；Song等人利用羧基修饰的氧化石墨烯（GO-COOH）实现了葡萄糖的比色检测。碳基纳米酶通常具有良好的导电性、易于功能化修饰以及出色的环境稳定性。 2. 金属基纳米酶 (Metal-based nanozymes)：又可细分为单金属纳米酶（如金、银、铂纳米颗粒）、金属合金纳米酶（如Au-Cu-Pt合金）、金属氧化物纳米酶（如Fe₃O₄, CeO₂, MnO₂）以及金属有机框架（MOFs）纳米酶等。例如，具有过氧化物酶活性的Fe₃O₄纳米颗粒是研究最广泛的代表之一；Chen等人开发的镍-金属有机框架（Ni-MOF）纳米片同样表现出优异的过氧化物酶样活性，可用于高灵敏度检测H₂O₂。

此外，文章还提出了基于催化活性的分类（如模拟过氧化物酶、氧化酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、水解酶等），基于应用的分类（生物医学、环境、工业），基于作用机制（直接催化、间接催化）和基于结构（纳米颗粒、纳米复合材料、纳米团簇）的分类，并以表格形式进行了详细总结。这种多维度分类体系为读者理解纳米酶的多样性和设计原则提供了清晰的蓝图。

核心论点三：纳米酶在分析化学，特别是高灵敏、高选择性生物传感方面，具有广泛且成功的应用。 这是本综述的重点内容。作者详细列举了纳米酶在多个具体分析物检测中的应用实例： - 重金属离子检测：传统方法设备昂贵、操作复杂，而基于纳米酶（如铂纳米颗粒）的比色传感器，利用金属离子对纳米酶活性的抑制或增强效应，可实现现场、快速、低成本检测，灵敏度可达ppt级别。 - 抗氧化剂识别：利用钴-氮-碳（Co-N-C）单原子纳米酶构建的“鼻/舌”传感器阵列，通过在不同pH环境下催化TMB-H₂O₂显色反应，并结合线性判别分析（LDA），成功区分了血清样品中的抗坏血酸、谷胱甘肽、多巴胺等多种抗氧化剂。 - 农药残留检测：基于杂原子掺杂石墨烯的纳米酶传感器阵列，利用不同农药分子在石墨烯表面的差异化吸附，掩盖纳米酶的活性位点，从而产生独特的催化活性抑制“指纹”图谱，实现了对多种芳香族除草剂（如乳氟禾草灵、氟氯吡氧乙酸甲酯等）的高通量识别，即使在土壤样品中也表现出色。 - 生物小分子检测： - 过氧化氢 (H₂O₂)：作为许多纳米酶（尤其是过氧化物酶模拟物）催化反应的底物或产物，其检测是基础应用。文中列举了基于Fe₃O₄磁性纳米颗粒、TCLPP-CuFe₂O₄/SiO₂复合材料、碳点/Fe₃O₄杂化纳米纤维等多种纳米酶构建的高灵敏度比色传感器。 - 抗坏血酸 (AA, 维生素C) 和 多巴胺 (DA)：它们作为强还原剂，能够抑制纳米酶催化的底物氧化显色过程，从而可通过信号减弱程度实现定量检测。文章介绍了基于Fe₃O₄/CoFe-LDH、Co₃O₄@CeO₂纳米管等多种纳米酶的比色传感器，检测限低至纳摩尔级别。 - 酚类化合物：同样基于其还原性，通过抑制或参与显色反应（如与4-氨基安替比林偶联）进行检测。基于Au@Ni/还原氧化石墨烯（rGO）或Fe₃O₄纳米酶的传感器已成功用于酚类物质的灵敏分析。 - 生物大分子传感：纳米酶在DNA、RNA、蛋白质和外泌体等生物标志物检测中也大有可为。例如，在电化学生物传感器中，纳米酶催化产生可测量的电流信号；在比色法中，催化底物显色；在荧光法中，通过催化反应生成或淬灭荧光产物；还可用于表面增强拉曼散射（SERS）以放大信号。这些应用为疾病诊断提供了新工具。

核心论点四：纳米酶在COVID-19等重大传染病的早期、快速诊断中展现出巨大潜力和独特价值。 文章将此作为纳米酶新兴应用的突出案例进行重点阐述。作者指出，传统的COVID-19诊断方法（如RT-PCR、CT扫描）存在耗时长、设备要求高或特异性交叉等局限。纳米酶技术，特别是基于比色和荧光的方法，为开发快速、准确、低成本、适用于现场检测（Point-of-care）的诊断工具提供了新途径。例如，Liang等人在2021年开发了一种纳米酶联免疫层析传感器，用于快速定量检测人血液中的SARS-CoV-2核衣壳蛋白。该传感器将免疫反应与纳米酶催化的底物显色反应相结合，产生的光信号可通过便携式设备读取并传输至智能手机，实现了快速、定量化的诊断。这类技术强调了纳米酶在应对突发公共卫生事件、实现早期筛查方面的应用价值。

核心论点五：纳米酶领域未来发展方向明确，其设计与应用的创新将持续推动技术进步。 在结论部分，作者对纳米酶的未来进行了展望。他们认为，随着对纳米酶催化机理的深入理解，未来可以通过创新的结构修饰和杂化材料设计，开发出催化效率和选择性更高的纳米酶。特别有前景的方向包括： - 与分子印迹聚合物 (MIPs) 和特异性生物识别配体（如适配体、抗体）结合，构建高灵敏、高特异性的智能生物传感器。 - 在即时诊断 (Point-of-care Diagnostics) 领域的进一步拓展，尤其是在资源有限的环境下，用于新兴传染病的快速检测。 - 探索在更复杂的生物环境中的应用，例如靶向药物递送、治疗干预（如调节细胞内活性氧水平用于肿瘤治疗）以及环境污染物监测与降解。 文章最后强调，纳米酶作为连接纳米技术与酶催化生物学的重要桥梁，其持续发展必将为分析化学、生物医学和环境科学带来革命性的工具和解决方案。

综述的价值与意义 本综述的价值在于其系统性和时效性。它不仅为读者（特别是该领域的新进入者）提供了一份关于纳米酶分类、特性及应用的“全景地图”，而且紧跟研究前沿，重点介绍了在COVID-19诊断等热点问题上的最新应用进展。文章通过详实的表格（如分类表、应用汇总表）和清晰的图示，增强了信息的可读性和参考价值。作者来自该领域积极发展的地区，其工作也反映了纳米酶研究的全球性关注。这篇综述对于促进不同背景的研究人员理解纳米酶的核心概念、把握当前研究动态、并启发新的研究思路具有重要的指导意义。