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Chem Soc Rev|南京大学魏辉课题组发表纳米酶综述

日期:2019-03-01  浏览次数:846

文章来源:南京大学现代工程与应用科学学院官网   武江洁星

天然酶的一些固有缺陷如稳定性低、价格昂贵等,大大限制了其在生物医学、食品安全以及环境保护等领域的实际应用。因此,利用生物或化学方法模拟天然酶不仅具有重要的科学意义,而且具有巨大的实际应用价值。近年来,随着纳米科学的飞速发展,研究者发现某些纳米材料本身就具有内在的模拟某些生物酶催化活性的能力,因此它们被称之为纳米模拟酶,简称纳米酶。自我国科学家阎锡蕴等人在2007年首次发现Fe3O4纳米颗粒本身具有类似过氧化物酶的催化活性以来,纳米酶的研究迅速崛起。2013年,魏辉和汪尔康院士在其发表于Chem Soc Rev的纳米酶综述中,将纳米酶这个概念进一步定义为“具有类酶特性的纳米材料”。纳米酶的发现改变了以往人们关于无机纳米材料是一种生物惰性物质的传统观念,揭示了纳米材料内在的生物效应及新特性,丰富了模拟酶的研究,也大大拓展了纳米材料的应用范围。与天然酶或者传统的模拟酶相比,纳米酶有着易于制备、成本低、稳定性高等优点。此外,纳米材料本身优异的理化性质(如光学、电学、磁学、热学和力学等性能,以及大的比表面积),不仅赋予了纳米酶双重甚至多重的功能,还为其催化活性的有效调控和表面修饰构建探针等应用提供了可能。

在过去的几年中,得益于纳米技术、生物技术、催化科学和计算科学等的迅速发展,纳米酶的研究取得了重大进展,包括拓宽纳米酶的类酶催化反应类型、调控类酶催化活性、揭示催化机理和扩展应用(图1)。纳米酶的发展从最初的超氧化物歧化酶模拟酶富勒烯衍生物到过氧化物酶模拟酶氧化铁,再到具有多种类酶活性的纳米模拟酶普鲁士蓝等,其应用从最初的生物分析检测到环境保护再到疾病诊断与治疗等领域。目前为止,全世界有200多家研究组在积极从事纳米酶研究,为其发展添砖加瓦。根据web of science统计,纳米酶领域已有近1500篇学术论文发表,且继续呈现指数上升趋势(图2)。


图1. 纳米酶的发展历程(同时标注了天然酶及其它模拟酶的发展历程作为参考)


图2. 截止到2018年五月底纳米酶方面发表论文数量统计(所有数据来源于web of science)

近日,南京大学现代工程与应用科学学院魏辉教授课题组再次在Chem Soc Rev上,发表了题为"Nanomaterials with enzyme-like characteristics (nanozymes): next-generation artificial enzyme (Ⅱ)"的综述。这篇综述覆盖了各种类型的纳米酶及其在生物传感、诊疗和环境保护中的应用。除此之外,文章讨论了目前纳米酶发展所面临的一些挑战,并展望了其未来的发展方向。该综述还提供了较为丰富的补充信息,供读者进一步参考(Chem Soc Rev 2019, 48, 1004-1076)。本篇综述被选为Chem Soc Rev第4期的封面文章(front cover)。

图3. Chem Soc Rev期刊封面

了解更多信息,请关注魏辉研究组主页:http://weilab.nju.edu.cn

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http://dx.doi.org/10.1039/C8CS00457A

https://dx.doi.org/10.1039/C3CS35486E