谈到酶(Enzyme)，人们最先想到的可能是蛋白质，核酸等具有催化作用的生物活性物质。1926年, 生化学家James B. Sumner博士首次成功结晶了尿素酶，并提出其为蛋白质分子[1]。自此之后，蛋白质一直被认定为是所有酶的物质构成，直至20世纪80年代具有催化活性的RNA（核酶）被发现[2]。然而，这些由生物活性物质组成天然酶类在生物体内的含量很低，很难大量获得，因此价格昂贵。而且天然酶类的稳定性很差，pH值或温度的变化都会使蛋白酶失去活性。为了突破这些限制，稳定而可低成本合成的人工模拟酶的研究与开发日益受到人们的关注。纳米酶就是其中重要的一类。
纳米酶的发现过程
随着纳米科学的高速发展，一些无机纳米材料被发现具有类似酶的催化活性。这些纳米材料可以催化天然酶的底物反应，并且具有与天然酶相似的催化机制，因此被定义为纳米酶(Nanozymes) [3]。1997年，一种富勒烯衍生物被发现具有超氧化物歧化酶样活性，成为早期具有酶样活性的纳米材料研究实例之一[4]。时至今日，已有超过50多种的无机纳米材料被发现具有不同的催化活性，比如二氧化铈纳米粒和铁磁纳米粒具有过氧化物酶活性，金纳米粒具有氧化酶活性，硫化镉和硒化镉纳米粒具有硝酸还原酶活性等等[5]。
纳米酶的特性与催化作用
纳米酶的突出特点之一是兼具催化活性和纳米材料可调的物理化学性质。具体催化活性仍需按材料、底物与反应条件比较。此外，人们可以利用纳米技术进行尺寸控制和表面修饰，对其酶样活性进行调节。纳米酶的发现也揭示了部分无机纳米材料具有生物相关催化活性的一面（见图一）。
图一：纳米酶的特性与催化作用。
纳米酶的广泛应用
纳米酶的出现不仅改变了人们对酶的认识，更提供了广阔的应用价值。首先，纳米酶的出现为肿瘤诊断提供了新的方法。比如将磁性纳米粒子与抗体偶联可特异性地识别肿瘤细胞。微量的磁性纳米粒催化产生的自由基亦可杀死癌细胞[6]。近期，研究者将葡萄糖氧化酶固定到具有过氧化物酶活性的四氧化三铁纳米酶表面进行催化显色反应来检测葡萄糖的含量[7]。这一方法不仅简单，而且快速可靠。此外，利用纳米酶建立的酶联免疫法可以大幅提高检测的灵敏度。纳米酶也被广泛研究作为药物载体，用于探索疾病的靶向治疗[8]。不久的将来，纳米酶将会为人类的健康，能源的再生及环境的保护等做出更多贡献。
参考文献：
[1] Sumner, J. B. The isolation and crystallization of the enzyme urease preliminary paper. J. Biol. Chem. 1962, 69(2): 435-441.
[2] Cate, J. H., et al. Crystal structure of a group I ribozyme domain: principles of RNA packing. Science 1996, 273 (5282): 1678-1685.
[3] Wei, H.; Wang, E. Nanomaterials with enzyme-like characteristics (nanozymes): next-generation artificial enzymes. Chem. Soc. Rev. 2013, 42(14): 6060-6093.
[4] Dugan, L., et al. Carboxyfullerenes as neuroprotective agents. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94(17): 9434-9439.
[5] Gao, L.; Yan. X. Nanozymes: an emerging field bridging nanotechnology and biology. Sci. China. Life Sci. 2016, 59(40): 400.
[6] Fan, K., et al. Magnetoferritin nanoparticles for targeting and visualizing tumour tissues. Nat. Nanotechnol. 2012, 7(7): 459-464.
[7] Jiang X., et al. Peroxidase-like activity of apoferritin paired gold clusters for glucose detection. Biosens. Bioelectron. 2015, 15(64):165-70.
[8] Ambrosi, A., et al. Enhanced gold nanoparticle based ELISA for a breast cancer biomarker. Anal. Chem. 2009, 82(3): 1151-1156.
补充参考资料
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校订说明：2026-10-10 恢复校订：修正首次结晶酶、催化RNA核酶和超氧化物歧化酶名称；避免催化活性普遍优越与临床常规应用的泛化，其他2017年研究观点保留。
