2007年以前科学界普遍认为生物酶是由蛋白质或者核酸组成,这一观念由于纳米酶的发现被改变。纳米酶 (Nanozyme)是指一类本身蕴含酶学特性的纳米材料,能够在温和的条件下催化酶的底物,产生如同天然酶一样的催化效率和催化机制,并且可以作为天然酶的替代物,应用于生物医学和生物体内的催化反应。
2007年,中国科学院生物物理研究所阎锡蕴院士课题组报道了无机纳米材料(Fe3O4)的酶学特性,这种无机纳米材料具有酶催化的特性被称为纳米酶,其既具有纳米材料所特有的性质,又具有超顺磁性和酶催化特性,这一发现改变了以往认为无机纳米材料属于惰性物质的传统观念,不仅打破了无机与有机世界的界限,同时引起了学术界的高度关注,拓展了无机纳米材料的新应用,并逐渐形成了纳米酶研究新领域。
纳米酶是新一代人工模拟酶。它如同天然酶一样,能够在温和条件下高效催化酶的底物,呈现出类似天然酶的催化效率和酶促反应动力学;但是它比天然酶稳定,即使在强酸 / 强碱(pH 2~10)或较大温度范围(4℃~90℃)内,仍能保持 85% 催化活性。另外,纳米酶除了催化活性之外,还兼有某些独特的理化特性,这为设计复杂的催化体系提供了条件。例如,亚洲av无码片vr一区二区三区曾设计了铁基纳米酶探针,兼具分离(磁性)和信号放大(催化)功能于一体,应用于试纸条检测中,灵敏度提高 100 倍,突破了传统试纸条因灵敏度低而长期应用受限的瓶颈,这项新技术已成为纳米酶产品。更可喜的是,动物实验表明,纳米酶有保护心肌、改善阿尔茨海默病和缺血性脑卒中等功能,预示纳米酶的应用研究已经从体外扩展到了体内,有望为疾病的治疗提供新思路和新方法。
在近10年的发展中,阎锡蕴院士团队根据纳米酶催化活性高、稳定、经济和可大规模化制备等特点,将其应用于疾病诊断、肿瘤药物靶向输送、病毒监测预警、环境监测和污水处理等多个领域,拿到了纳米酶产品的医疗器械证书,并定义了纳米酶活性单位,补全了纳米酶的定义版图。发展了一系列新技术,部分发明专利已经进入美国、 欧洲和日本并实现了成果转化。例如,在疾病诊断方面,曾在西非地区肆虐的埃博拉病毒,令近两万人感染,夺走了上万人的生命。面对此次严重的疫情,精确诊断成为了发现感染者的关键所在。在这样的背景下,阎锡蕴团队将纳米酶应用于免疫层析试纸条技术,使埃博拉等病毒检测的灵敏度提高 了100 倍,克服了常规试纸条法因灵敏度低而长期应用受限的瓶颈问题。这项新技术获得了 Atlas 国际奖,这是我国科学家获得的奖项。目前纳米酶试纸条已推广至新布尼亚、流感等病毒的检测中,检测效果同样良好。实际上,纳米酶技术是一个技术平台,它可以用于传染病的检测,同时在食品检测、环境监测和法医检测等诸多领域也都有广阔的应用空间。例如:与陕西省人民医院合作肺支检测、与南方医科大学合作青霉检测、与公安部物证中心合作痕量血迹真实案例检测。