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納米酶具有新穎的理化性質(zhì)和類酶催化活性，是傳統(tǒng)天然酶的良好替代品。隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展，納米酶的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用已成為研究熱點(diǎn)。與天然酶相比，納米酶具有強(qiáng)大的催化活性、低成本、高穩(wěn)定性和易于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，即使在苛刻的生理?xiàng)l件下也能催化底物發(fā)生反應(yīng)。通過將優(yōu)異的理化性質(zhì)與類酶催化活性相結(jié)合，納米酶可以實(shí)現(xiàn)從檢測(cè)到監(jiān)測(cè)和治療的多功能生物應(yīng)用。越來越多的研究者相繼揭示了各種典型納米材料的類酶活性，以模擬天然酶的結(jié)構(gòu)和功能。模擬酶的納米材料主要包括貴金屬、過渡金屬硫/氧化物、碳基納米材料、金屬有機(jī)框架材料等。然而，并非所有的納米酶都適用于復(fù)雜的生物系統(tǒng)。

中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的納米生物效應(yīng)研究團(tuán)隊(duì)及其合作者全面總結(jié)了鉬基納米酶的典型合成策略、催化機(jī)制以及酶活性類型。文章主要強(qiáng)調(diào)了生物啟發(fā)的鉬基納米酶的優(yōu)點(diǎn)，即通過調(diào)節(jié)其理化性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)類酶活性、穩(wěn)定性和多功能等的調(diào)控。在此基礎(chǔ)上深入總結(jié)和討論了鉬基納米酶的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用、尚需解決的關(guān)鍵問題及其發(fā)展前景。

鉬基納米材料具有多種相結(jié)構(gòu)和多價(jià)態(tài)，鉬元素的主要價(jià)態(tài)包括鉬(0)、鉬(III)、鉬(IV)、鉬(V)和鉬(VI)。其可變的多價(jià)態(tài)歸因于電子構(gòu)型中存在缺陷位置和易丟失的單電子，從而成為各類催化反應(yīng)的優(yōu)異催化劑。除了具有催化功能外，鉬基納米材料還具有獨(dú)特的理化性質(zhì)，如大的比表面積、易于表面改性和良好的近紅外光熱轉(zhuǎn)換效率等，從而在電子、能源、傳感以及生物醫(yī)學(xué)方面有著廣泛應(yīng)用。在生物醫(yī)用中，鉬是從細(xì)菌、植物到人類的所有生命體生存所必需的微量元素和營(yíng)養(yǎng)物，是各種鉬基酶如黃嘌呤脫氫酶、醛氧化酶、亞硫酸鹽氧化酶的輔因子。鉬在生物系統(tǒng)中作為催化氧化還原和氧轉(zhuǎn)移反應(yīng)的天然酶的關(guān)鍵成分已被充分證實(shí)。然而，與任何其他天然酶一樣，鉬基酶是蛋白質(zhì)，通常在儲(chǔ)存中不穩(wěn)定，制造成本高，并且對(duì)苛刻的理化條件極其敏感。生物啟發(fā)的鉬基納米酶種類多樣，包括鉬基過渡金屬硫/氧化物、鉬的各種雜化結(jié)構(gòu)等，是一種先進(jìn)的人工酶，具有類酶活性可調(diào)、穩(wěn)定性高、功能多樣等特點(diǎn)。

鑒于此，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的納米生物效應(yīng)研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于鉬基納米酶的合成、智能響應(yīng)型抗腫瘤及其抗菌研究工作，并取得了系列進(jìn)展（Mater. Horiz. 2020, 7, 1834；ACS Nano 2020, 14, 10001；ACS Nano 2016, 10, 11000；ACS Nano 2014, 8, 6922），為開拓鉬基納米酶的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用并提高其擬酶催化功能提供了新思路。近日，該研究團(tuán)隊(duì)及其合作者在VIEW期刊上發(fā)表了題為“The age of bioinspired molybdenum-involved nanozymes: synthesis, catalytic mechanisms and biomedical applications”的綜述文章（DOI: 10.1002/VIW.20200188) 。該篇綜述系統(tǒng)地介紹了鉬基納米酶的主要類型，并詳細(xì)概述了相關(guān)的催化機(jī)制、影響擬酶催化活性的主要因素以及近年來這些鉬基納米酶的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究。該綜述還針對(duì)鉬基納米酶的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了分析和總結(jié)。首先，系統(tǒng)梳理了鉬基納米酶的類酶催化活性類型：過氧化物酶，氧化酶（OXD），過氧化氫酶（CAT），超氧化物歧化酶（SOD）和硝酸還原酶（NRase）；其次，進(jìn)一步分析了鉬基納米酶的催化活性與天然酶相比具有的優(yōu)勢(shì)：（1）理化性質(zhì)（包括尺寸、形狀、層數(shù)、相結(jié)構(gòu)及表面功能化）調(diào)控鉬基納米酶的催化性能；（2）鉬基納米酶具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性，比如在pH（3.0–9.0）或溫度（25–90 °C）范圍內(nèi)依舊具有良好的酶催化活性；（3）鉬基納米酶具有多功能性。除了酶催化活性，許多鉬基納米酶具有良好的光熱轉(zhuǎn)換效率，有的鉬基納米酶還可與其功能性材料復(fù)合并形成多功能鉬基納米酶。文章涵蓋和詳述了近年來典型鉬基納米酶的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如生物傳感與檢測(cè)、抗腫瘤、抗菌，抗氧化等。最后，文章對(duì)鉬基納米酶在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展前景及今后的研究重點(diǎn)進(jìn)行了探討。文章指出，鉬基納米酶生物安全性的系統(tǒng)評(píng)估是臨床轉(zhuǎn)化前的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)還強(qiáng)調(diào)了鉬基納米酶的催化機(jī)制尚需深入研究，并指出通過優(yōu)化鉬基納米酶的理化參數(shù)、探索鉬基納米酶類似天然酶結(jié)構(gòu)的可控設(shè)計(jì)與合成，尤其是單原子鉬基納米酶活性的調(diào)控或?qū)⒊蔀榻窈笱芯康臒狳c(diǎn)，從而更高效地促進(jìn)其向臨床轉(zhuǎn)化的應(yīng)用。論文的第一作者為祖艷博士，通訊作者為尹文艷副研究員。

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