鐵基納米酶的研究進展

王楊

（蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 太倉215411）

研究發(fā)現(xiàn)，天然酶是一種能夠催化特定化學反應的蛋白質(zhì)、RNA 或其復合體，具有催化活性高、選擇性強和反應條件溫和等優(yōu)點，被廣泛用于疾病診斷、臨床治療、生物傳感和環(huán)境保護等領(lǐng)域[1-2]。但天然酶具有環(huán)境穩(wěn)定性差、易被酶消化、制備成本高、純化復雜等缺點，限制了其應用的范圍。近年來，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，一些納米材料，例如金屬氧化物納米粒子、金屬納米粒子、富勒烯衍生物和稀土納米材料等，被證實能夠模擬過氧化物酶和超氧化物酶等多種天然酶的活性[3-5]。隨之，納米酶作為天然酶的替代物，迅速成為多學科交叉的研究熱點，并逐漸形成了新的研究領(lǐng)域。自從閻錫蘊課題組[6]發(fā)現(xiàn)Fe3O4納米粒子具有類似天然酶的過氧化物酶(peroxidase,POD)活性以來，鐵基納米酶因其良好的催化活性、低成本和穩(wěn)定性好等優(yōu)點引起了研究者們的廣泛關(guān)注，并在生物醫(yī)藥領(lǐng)域得到廣泛應用。

本文主要介紹了鐵基納米酶的催化機制與活性、分類以及應用等方面的研究進展，并對其研究進展進行了展望。

1 鐵基納米酶的催化機制與活性

1.1 催化機制

在自然界中，過氧化物酶是由大量酶組成的一類氧化還原酶（POD），能夠催化底物與過氧化物（多數(shù)為H2O2）的氧化反應(圖1)。這種催化作用使得POD 在生物體內(nèi)起著非常關(guān)鍵的作用，例如降低活性氧自由基的毒性和抵御病原體。以辣根過氧化物酶(HRP)為例，其活性中心存在一個含鐵的卟啉環(huán)，通過鐵原子的氧化還原實現(xiàn)酶的高效催化，因此通常用作抗體的偶聯(lián)物，已廣泛用于生物分析和臨床檢驗，以酶促催化比色底物進行信號傳導或成像。Fe3O4納米酶最早被發(fā)現(xiàn)具有POD活性，催化反應機制符合芬頓反應機制。鐵基納米酶表面的大量鐵原子中Fe2+/Fe3+之間的轉(zhuǎn)換是保證其酶活性的關(guān)鍵。圖1(a)所示為酸性條件下鐵基納米酶的POD酶模擬催化機制。Fe3+與H2O2反應生成羥基自由基，這表明過氧化物酶模擬活性符合芬頓機制。在中性(pH=7.4)和堿性條件下，ESR技術(shù)未檢測到羥基自由基，但反應中有氣體產(chǎn)生，表明不同于POD 的酶催化活性機制（圖1(b)）。在中性或堿性環(huán)境下，F(xiàn)e3+與H2O2結(jié)合快速生成過量的FeOOH2+和氫過氧自由基(HO2·)，之后HO2·迅速被離子化為超氧陰離子(O2-)，產(chǎn)生的HO2·/O2-再通過與羥基自由基反應進一步轉(zhuǎn)化為H2O與O2，即表現(xiàn)出顯著的過氧化氫(CAT)催化活性[7]。

圖1 鐵基納米酶催化反應機理[7]

為了證實氧化鐵納米酶的活性是來自納米材料，而非來自浸出的活性組分（如基于氧化鐵納米酶的鐵離子）。原子吸收光譜法測試結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4磁性納米粒子可能會浸出很少量鐵離子，離子數(shù)量太少無法表現(xiàn)出明顯的催化活性，進一步證實了鐵基納米酶的活性來自氧化鐵納米粒子，而不是浸出的離子[8-9]。Tang 等使用了EPR 分析和自由基抑制實驗闡明基于氧化鐵催化有機污染物降解的反應機制[10-11]，研究結(jié)果表明O2·-/HO2·-占主導地位。

1.2 活性調(diào)節(jié)

鐵基納米酶與天然酶相似,其活性受到環(huán)境因素的影響，例如pH 和溫度，此外，鐵基納米酶催化活性還可以通過納米材料的尺寸、形態(tài)、結(jié)構(gòu)和表面改性調(diào)節(jié)。納米酶的活性與材料的尺寸大小有關(guān)，通常尺寸越小，活性越高，這是由于較小的納米粒子具有較高的表面積與體積比，因而比較大的納米粒子的酶活性高[12]。

納米酶的結(jié)構(gòu)和形態(tài)在調(diào)節(jié)其催化活性方面也起著關(guān)鍵作用。劉等[13]詳細地研究了Fe3O4MNPs 的結(jié)構(gòu)和形態(tài)對其過氧化物酶模擬活性的影響，與三角盤和八面體相比，球狀的粒子由于具有較高的比表面積被觀察到具有最高的活性。對于具有相似大小和表面積的三角形板和八面體，活性的差異是由于它們的表面原子排列所致。

在磁性納米材料表面進行改性，不僅可以改善其具有的自發(fā)聚集的缺陷，還可以增加納米材料的表面電荷和穩(wěn)定性，例如表面涂層、基團修飾、蛋白質(zhì)保護和使用載體分散等[14]。表面涂層是常用的改性方法之一。通常，表面涂層對具有納米酶核的催化活性具有屏蔽作用，可能降低其與對底物的催化效果，可控制涂層的工藝，調(diào)整涂層厚度、大小以及修飾基團的堆積密度，以進一步調(diào)整納米酶的活性[15]。例如，當Fe3O4MNPs表面涂有SiO2、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、聚乙二醇或葡聚糖時，葡萄糖改性的Fe3O4MNPs表現(xiàn)出最高的酶活性。進一步研究發(fā)現(xiàn)，對于給定的聚合物涂層（例如聚乙二醇或葡聚糖），涂層的分子量和厚度與活性呈反比關(guān)系。有些涂層不僅不會屏蔽納米酶的活性，還會增加其酶活性。例如，在氧化鐵磁性納米粒子表面包覆普魯士藍，普魯士藍含量越高，納米酶的活性反而越高[16-17]?；鶊F修飾包括無機陰離子（如PO43-）和生物分子（如多巴胺、維生素C和蛋白抗體）等。例如，磷酸根(PO43-)在生命體系具有重要作用，與Fe3O4納米粒子配位，不僅可調(diào)節(jié)納米酶的活性，還能進一步擴大納米酶的應用范圍[18]；多巴胺與Fe3O4發(fā)生配位作用，可以增強Fe3O4納米粒子的過氧化物酶活性[19]。

2 鐵基納米酶的分類

2.1 金屬合金納米粒子

2013年，劉鴻課題組[20]通過一步還原法合成了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)保護的、具有過氧化物模擬酶性質(zhì)的Fe-Co 雙金屬合金納米粒子（Fe-Co NPs）。研究表明，與單純的Co 納米粒子或Fe 納米粒子相比，F(xiàn)e-Co NPs具有更好的POD 活性，并且活性強度與鐵和鈷的比例有關(guān)，當鐵和鈷的摩爾比為1∶1 時，酶的活性最高。在測定葡萄糖濃度的比色分析中，F(xiàn)e-Co NPs 與葡萄糖氧化酶發(fā)生作用能夠產(chǎn)生H2O2，葡萄糖最低檢出濃度為0.01 μM，線性范圍為0.5～10 μM。劉青云[21]課題組采用溶劑熱法制備了Fe Pt-Au 三元金屬雜化納米粒子（FePt-Au HNPs）。研究結(jié)果表明，F(xiàn)ePt-Au HNPs 具有很高的H2O2親和力，H2O2存在下30 s內(nèi)即可通過肉眼觀察到藍色。比色分析結(jié)果表明檢出限為12.33 μM。同一年，課題組通過將Fe 和Pt 的納米粒子同時修飾到石墨烯氧化物納米片上，使活性位點很好地分散于氧化石墨烯中，得到的納米材料具有明顯的CAT催化活性，不僅顯色快，而且檢出限更低(0.22 μM)[22]。

2.2 Fe3O4納米材料及其衍生物

自從閻錫蘊課題組發(fā)現(xiàn)Fe3O4納米粒子具有POD活性，基于Fe3O4的納米酶由于合成的尺寸可控、高活性，逐漸成為研究熱點。目前，F(xiàn)e3O4納米粒子的制備方法有共沉淀法、熱分解法、溶膠熱法、溶膠凝膠法和聲化學法等[23-26]。2008年，汪爾康課題組采用共沉淀法合成了Fe3O4納米粒子，并作為POD 模擬物開發(fā)了用于H2O2和葡萄糖檢測的新型傳感平臺。報道中，使用底物ABTS可通過簡便的比色反應檢測H2O2的濃度[27]，結(jié)果表明，H2O2的檢出限為3×10-6mol/L，線性范圍為3×10-6～1×10-4mol/L。2012 年，閻錫蘊課題組[28]基于Fe3O4磁性納米粒子（Fe3O4MNPs）開發(fā)了一種快速檢測有機磷農(nóng)藥和神經(jīng)毒劑的比色傳感平臺。該方法所需的裝置不僅簡單、廉價，而且對于多種有機磷具有較高的靈敏度，例如甲基對氧磷、乙酰甲胺磷和沙林。不久，Cheng 等選擇性地制備了具有優(yōu)異的POD活性的單晶菱形十二面體的Fe3O4納米晶體（RD Fe3O4NCs）。該材料的尺寸在60～100 nm范圍內(nèi)可調(diào)，并能夠在H2O2存在下催化降解有機染料，同時還具有鋰儲存性能[29]。隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，F(xiàn)e3O4納米材料出現(xiàn)了越來越多樣化的形貌，除了球形和十二面體的形貌外，還有八面體、簇球、納米纖維狀等形貌的Fe3O4納米材料[30]。Liu 等證實了不同形貌的Fe3O4納米晶體，例如簇球、八面體和三角形晶格等，其表面不同的晶面和原子排列導致了其不同的催化性能。Fe3O4納米晶體表面的能量越高，催化活性越好。與三角形和六面體Fe3O4納米晶體相比，納米Fe3O4簇球酶活性最高[15]。

Fe3O4磁性納米材料改性后的衍生物不僅具有更優(yōu)異的酶活性，還可以改善其固有的缺陷。2018 年，Sivanesan等使用ZIF-67和Fe3O4MNPs合成了ZIF-67包覆的Fe3O4@ZIF-67 納米酶，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了一種便捷的比色傳感用以檢測Hg2+。研究結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4納米粒子均勻分布在ZIF-67表面，谷胱甘肽(GSH)的存在阻礙或延緩了3,3',5,5'-四甲基聯(lián)苯胺（TMB）的氧化，Hg2+的加入會與GSH 的巰基發(fā)生相互作用，從而促進TMB的氧化而發(fā)生顯色反應[31]。任何軍等[32]報道了一種維生素C(Vc)修飾的Fe3O4磁性納米粒子(Vc Fe3O4MNPs)作為催化劑的簡單有效的比色生物傳感，用于檢測過氧化氫和葡萄糖。動力學研究表明，修飾基團維生素C改善了納米材料對H2O2的親和力。H2O2檢出限為0.29 μmol/L，檢測線性范圍為0.5～100 μmol/L；葡萄糖檢出限為0.288 μmol/L，線性范圍為0.5～25 μmol/L。

研究發(fā)現(xiàn)，天然酶通過酶簇共同在生物體內(nèi)發(fā)生催化作用，因此，可將Fe3O4納米粒子與其他相似酶催化活性的納米材料復合在一起，通過材料之間的協(xié)同作用提高酶催化活性。Lee 等[33]合成了啞鈴狀Au-Fe3O4納米磁性粒子復合材料，研究結(jié)果表明，與單純的Fe3O4納米酶相比，Au 對Fe3O4的極化作用使得復合物具有更高的CAT活性。Wu等[34]將Fe3O4與石墨烯量子點（GQDs）合成了復合納米材料GQDs/Fe3O4。GQDs 的獨特性能以及GQDs與Fe3O4之間的協(xié)同作用，使得所制備的復合納米材料比單純的Fe3O4、GQDs 和HRP 具有更高的POD活性。Zhang等[35]采用CuS和卟啉共同修飾殼聚糖包裹Fe3O4納米粒子合成新型多功能納米酶（FCCP NPs），以實現(xiàn)光熱協(xié)同治療，為腫瘤診療提供了新方法。該納米材料通過其中的卟啉光敏劑在近紅外光照射下產(chǎn)生的羥基自由基和O2實現(xiàn)光動力療法，其中的CuS具有顯著的光熱療效果，能夠有效地誘導殺死腫瘤細胞。

2.3 氧化鐵及其衍生物

基于Fe2O3的納米材料同樣也具有過氧化氫酶和過氧化物酶的特性，可用于靶向和腫瘤組織的可視化，且其酶催化效率受到形貌的影響。鐵蛋白的天然無機核是水合氧化鐵亞鐵酸鹽，其過氧化物酶的模擬活性非常低。盡管天然存在的水合氧化鐵亞鐵酸鹽的活性很小，但在某些含氧化鐵的細胞器中發(fā)現(xiàn)了過氧化物酶模擬活性，例如磁小體和鐵質(zhì)體[36-37]。為了提高酶的活性，可通過鐵蛋白內(nèi)部鐵離子的原位氧化來對磁芯進行構(gòu)建，從而生成具有過氧化物酶優(yōu)異催化性能的磁鐵蛋白納米粒子。對于尺寸大小相近的Fe3O4與Fe2O3納米粒子的酶催化性能，F(xiàn)e3O4納米粒子顯示出更高的過氧化物模擬酶活性[38]。Chaudhari等[39]研究了六角棱柱、立方體和棒狀的不同形貌對α-Fe2O3納米酶性能的影響。動力學研究表明，Km值按照六角棱柱、立方體和棒狀的次序逐漸降低，表明呈現(xiàn)一維結(jié)構(gòu)的α-Fe2O3酶催化活性最高，上述結(jié)果為Fe2O3納米酶的開發(fā)提供了理論指導。2015 年，Tang 等[40]通過γ-Fe2O3和SiO2合成了一種新型的具有過氧化物酶活性的多功能復合球形Janus 納米酶，用于H2O2和葡萄糖檢測中的生物傳感。研究發(fā)現(xiàn)，Janus納米微球具有優(yōu)異的過氧化物酶活性以及分離和濃縮的磁性功能，其中SiO2的引入有利于微球表面改性和生物偶合。作者進一步將葡萄糖氧化酶（GOx）固定于Janus 納米微球上，用于葡萄糖比色傳感。研究結(jié)果表明，固定GOx的Janus納米顆粒不但可以快速、靈敏地檢測葡萄糖，而且通過磁性響應可輕松將樣品進行分離/濃縮，回收和再利用，并對于復雜樣品（如血清）中的葡萄糖可進行重復檢測。Wood等[41]系統(tǒng)地研究了介孔氧化鐵（IO）的晶體相態(tài)（γ-Fe2O3和α-Fe2O3）對其過氧化物酶活性的影響，并證明了不同晶相的介孔氧化鐵作為納米酶的適用性。研究結(jié)果表明，γ-Fe2O3和α-Fe2O3均具有過氧化物酶活性，可用于檢測葡萄糖生物標識物。與α-Fe2O3相比，介孔γ-Fe2O3對發(fā)色物質(zhì)（例如TMB 和ABTS）的催化氧化顯示出較高的納酶活性和磁性。此項工作對具有晶體結(jié)構(gòu)的氧化鐵納米酶的開發(fā)和生物應用具有一定的指導意義。

2.4 其他

2.4.1 其他鐵基氧化物

摻雜鐵氧體，例如MFeO3（M=Bi，Eu）和MFe2O4（M=Co，Mn，Zn）也被發(fā)現(xiàn)具有過氧化物酶的活性。MFe2O4是一類具有立方尖晶石結(jié)構(gòu)的鐵氧體，其中一半的Fe3+和M2+占據(jù)八面體間隙位點，而另一半占據(jù)四面體位置[42]。例如，CoFe2O4磁性納米(MNPs)粒子作為過氧化物模擬酶可通過化學發(fā)光檢測H2O2和葡萄糖。2011 年，黃玉明課題組[43]構(gòu)建了一種基于CoFe2O4MNPs，通過研究證實了CoFe2O4MNPs 的POD 活性。動力學研究表明，納米材料的催化反應過程遵循米氏動力學，并且對底物OPD 與TMB 具有良好的親和力；ESR 結(jié)果表明，CoFe2O4MNPs的結(jié)構(gòu)能夠?qū)2O2催化分解產(chǎn)生·OH，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了用于檢測H2O2和葡萄糖的化學發(fā)光傳感器。除了CoFe2O4，MnFe2O4也具有模擬酶的活性。Vernekar等[44]探究了材料的形態(tài)對MnFe2O4氧化酶活性的影響。結(jié)果表明，優(yōu)化反應條件可以調(diào)整材料的形態(tài)從一維到三維變化，結(jié)構(gòu)為八面體的納米材料由于有利電子相互作用，具有較好的底物親和力，因此具有最高的氧化酶活性。除了上述常見的鐵基雙金屬氧化物外，一些其他的鐵基氧化物也具有優(yōu)異的模擬酶活性。孫承君課題組[45]在不同pH 條件下合成了FeVO4納米晶體，并探討了納米晶體的不同形貌對其過氧化物酶活性的影響。實驗結(jié)果表明，當pH 為4 時，帶狀的FeVO4納米晶體具有最大的比表面積和最好的過氧化物酶活性。基于此課題組開發(fā)了一種高靈敏度的過氧化氫光學檢測系統(tǒng)，檢出限為0.2 μM。除了上述納米材料，其他的鐵基氧化物也具有很好的模擬酶活性，例如FeMnO3[46]、Fe2(MoO4)3[47]、FeOOH[48]以 及 Fe3(PO4)2·8H2O[49]等。

2.4.2 其他鐵基納米材料

除氧外的其他雜原子與鐵的化合物也被證明具有模擬酶活性。Ju 等用膠束輔助的方法制備了FeS 納米片，并研究了它們的過氧化物酶模擬活性[50]。由于具有較大的比表面積，這些FeS 納米片和FeS 納米針均表現(xiàn)出比球形FeS納米材料更好的酶催化活性，可用于開發(fā)檢測H2O2的安培計傳感器[51-52]。隨著人們對納米酶的研究越來越深入，還有其他一些鐵基納米材料也被報道具有過氧化物酶活性，例如FeTe 納米棒[53]、石鐵取代的SBA-15微粒[54]、[FeIII（雙縮二脲-酰胺）][55]、Fe（III）基配位聚合物納米微球[56]和磷酸鐵微花[57]、金屬-有機骨架（MOF）(例如MIL-53（Fe）)[58]、MOF 結(jié)合其他材料所得的復合物（如Fe3O4@MIL-100（Fe）NPs[59]和AgNPs/MIL-101（Fe）[60]），以及層狀雙金屬氫氧化物（LDH）（如Fe Co-LDH[61]）等。

3 鐵基納米酶的應用

3.1 分析檢測

（1）H2O2檢測

H2O2的檢測在生物學、醫(yī)學、環(huán)境保護和食品工業(yè)等許多領(lǐng)域都具有重要意義?；诩{米酶的H2O2的檢測方法有比色法、熒光法、化學發(fā)光法和電化學法。比色法是利用納米酶催化H2O2與比色底物發(fā)生氧化作用后產(chǎn)生的顏色變化。熒光法和化學發(fā)光法是利用底物被氧化后產(chǎn)生的熒光信號的變化。熒光試劑羅丹明B和CdTe 量子點被H2O2氧化時會導致熒光猝滅；而某些非熒光底物BA經(jīng)H2O2氧化后生成熒光性的產(chǎn)物，例如魯米諾作為底物時，經(jīng)H2O2氧化后會導致化學發(fā)光，這些均可用于開發(fā)檢測H2O2的信號傳感器。電化學為天然HRP 和納米酶提供了一種便捷的H2O2檢測方法。Dong 和同事們在摻雜錫的氧化銦（ITO）電極上，使用Fe3O4MNPs 和聚（二烯丙基二甲基）二甲基亞甲基銨（DNP）進行靜電作用逐層組裝，開發(fā)了第一個電化學傳感器[62]。該傳感器具有良好的靈敏度，H2O2檢出限為1.4 mM，并且對H2O2的選擇性高于抗壞血酸和尿酸?；诩{米酶開發(fā)的檢測H2O2的電化學傳感器具有良好的選擇性，已用于牙膏、殺菌劑/口服清創(chuàng)劑、漱口液等商品中H2O2的測定。

（2）葡萄糖檢測

葡萄糖檢測在臨床和食品分析中非常重要，對改善人們的生活質(zhì)量非常有意義。通常，葡萄糖氧化酶（GOx）由于具有特異性和高效率，被廣泛用于葡萄糖檢測。在GOx 存在下，用分子氧催化葡萄糖氧化生成H2O2，可以通過許多分析方法（例如HRP 催化的比色法和電化學方法）進一步確定葡萄糖的濃度。使用納米酶代替GOx有許多優(yōu)點，如穩(wěn)定性、耐候性和可回收性，并且能夠選擇性地檢測血清樣品和尿液樣品中的葡萄糖濃度。與H2O2檢測類似，通過改變使用的納米酶和底物，已經(jīng)開發(fā)出多種葡萄糖檢測分析方法，其應用范圍也越來越廣泛。

（3）DNA和蛋白的檢測

鐵基納米酶應用于DNA 檢測的原理是：當雙鏈DNA 通過靜電作用吸附于Fe3O4MNPs 納米酶表面時，對樣品進行聚合酶鏈式反應(PCR)，產(chǎn)生的大量核酸使顯色底物顯色[63]。該方法可用于選擇性地檢測人尿液中的乳頭瘤病毒DNA、沙眼衣原體以及埃博拉病毒等[64]。目前，蛋白質(zhì)的檢測方法主要是以免疫測定法為主，以利用抗體和抗原之間的獨特識別來實現(xiàn)蛋白質(zhì)的高效檢測?？贵w修飾氧化鐵磁性納米粒子被發(fā)現(xiàn)具有捕獲、分離和檢測蛋白的功能。Park等將葡聚糖修飾的氧化鐵納米顆粒（70 nm）與單克隆抗CRP抗體偶聯(lián)后，作為超順磁性標記，利用免疫測定法快速檢測了全血中的C反應蛋白（CRP）[65]。

3.2 腫瘤治療

鐵基納米酶可利用其POD 活性將腫瘤內(nèi)部過表達的H2O2催化分解為羥基自由基而誘導癌細胞死亡。納米酶也可以作為抗氧化劑，消耗體內(nèi)活性氧（ROS），降低其濃度，用于維持機體的穩(wěn)態(tài)。Gu 課題組選用膠質(zhì)瘤U251 細胞作為研究對象，將其與鐵磁納米粒子共孵育12 h 后，證實了納米材料在腫瘤細胞弱酸性微環(huán)境中呈現(xiàn)POD 活性，通過促進自由基的生成有效地殺死腫瘤細胞[66]。Zhang等[67]發(fā)現(xiàn)普魯士藍修飾的氧化鐵納米粒子（PBNPs）具有包括POD、CAT和超氧化物歧化酶（SOD）在內(nèi)的多酶樣活性，能夠有效清除ROS；小鼠的體內(nèi)炎癥模型證實PBNPs 能夠抑制或緩解ROS 引起的損傷。超順磁性氧化鐵納米粒子被發(fā)現(xiàn)能夠有效標記hMSCs，并能夠顯著誘導hMSCs 增殖，這是由于其POD模擬活性能夠消除細胞內(nèi)H2O2，同時納米材料內(nèi)化后被降解為游離鐵離子，加速了細胞周期進程，促進了缺血組織中血管的生成。Shi等提出了另一種利用鐵基納米酶殺死腫瘤細胞的方法[68]，他們制備了一種新型的裝載超小Fe3O4納米粒子和葡萄糖氧化酶（GOx）的介孔SiO2復合納米材料（GOx-Fe3O4@DMSNs），證實了GOx-Fe3O4@DMSNs 納米粒子進入腫瘤細胞后，釋放的GOx與腫瘤中葡萄糖產(chǎn)生大量的H2O2，而釋放的Fe3O4與H2O2作用，產(chǎn)生能夠殺死腫瘤細胞的羥基自由基（·OH）。

3.3 成像

Fe 基納米酶由于含有鐵元素和酶的催化性質(zhì)，可以產(chǎn)生具有顏色和有熒光的產(chǎn)物，這些特性可以用于成像。Yan和Liang的研究小組通過將氧化鐵納米粒包封于重組人重鏈鐵蛋白（HFn）蛋白殼的空穴中制備得到磁鐵蛋白納米粒（M-HFn），作為腫瘤靶向和腫瘤組織可視化。其中的HFn 通過表達的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1（TfR1）蛋白直接與腫瘤細胞靶向結(jié)合，而作為內(nèi)核的氧化鐵納米粒子，能夠催化過氧化物酶底物氧化產(chǎn)生有色產(chǎn)物，實現(xiàn)腫瘤組織可視化。為了驗證M-HFn 納米材料的準確性、特異性和靈敏性，研究小組對患有9 種癌癥的474 份患者臨床標本（247 份臨床腫瘤組織標本與227 份正常和病變組織對照標本）進行了檢測，結(jié)果表明，該納米酶能夠以98%的敏感性和95%的特異性區(qū)分癌細胞與正常細胞[69]。

3.4 環(huán)境監(jiān)測與廢水處理

開發(fā)高效、耐用且低成本的催化劑對于環(huán)境監(jiān)測與廢水處理非常有意義。鐵基納米酶具有過氧化物酶活性，產(chǎn)生的ROS 可用于檢測和降解廢水中的污染物。更有意義的是鐵基納米酶可利用自身固有的磁性實現(xiàn)重復利用，大大節(jié)約了廢水處理的成本。廢水中的污染物主要包括染料類、有機磷農(nóng)藥、木質(zhì)素和其他的有機化合物，例如，F(xiàn)e3O4MNPs作為催化劑，苯酚的去除率高達85%[70]，通過比色法可快速檢測有機磷農(nóng)藥、乙酰膽堿酯酶（AChE）和膽堿氧化酶（CHO）[71]。

4 結(jié)論與展望

作為天然酶的替代物，鐵基納米酶不僅具有優(yōu)異的酶催化活性，而且具有性能可控、制備簡單、成本低和耐候性好等優(yōu)點。鐵基納米酶中Fe2+/Fe3+之間的轉(zhuǎn)換是保證酶催化活性的關(guān)鍵。在酸性條件下，鐵基納米材料具有POD 活性，通過芬頓反應與H2O2反應生成羥基自由基；在中性和堿性環(huán)境中，鐵基納米材料與H2O2反應生成H2O 與O2，表現(xiàn)出過氧化氫(CAT)催化活性。鐵基納米酶主要應用于分析檢測、癌癥治療、成像、環(huán)境檢測與廢水處理等領(lǐng)域。然而，在鐵基納米酶的研究中還存在以下挑戰(zhàn)：催化活性主要集中在氧化還原反應上，催化反應的特異性不如天然酶，容易引起機體代謝紊亂而產(chǎn)生一定的毒性等。因此，開發(fā)新型低毒、高穩(wěn)定性和特異性的鐵基納米酶仍然是未來研究的方向。