纳米酶是一类具有类似天然酶催化特性的纳米材料，在成本、稳定性和存储方面显著优于传统生物酶。然而，由于纳米材料独特的物理化学特性，传统的酶动力学模型不完全适用于纳米酶。因此，建立一套能够准确描述纳米酶催化性能的标准化测定方法显得尤为重要。
近日，国家纳米科学中心高兴发团队和北京理工大学梁敏敏/贺久洋团队合作，报道了一项优化纳米酶催化活性和动力学测定方法的研究，为纳米酶的研究和应用提供了新的标准化工具。相关成果以“Optimizing the standardized assays for determining the catalytic activity and kinetics of peroxidase-like nanozymes”为题发表于《Nature Protocols》。
研究提出了一种新的标准化方法，用于测定过氧化物纳米酶的催化活性和动力学。团队结合了纳米材料的物理化学特性和基于酶的Michaelis-Menten动力学模型，优化了纳米酶的催化活性测定方法。
在活性位点测定方面，研究采用了CO分子吸附法，并通过温度编程CO解吸技术，准确测定了纳米酶表面的活性位点数量。这种方法不仅适用于金属基纳米酶，也对碳基纳米酶具有参考价值。此外，团队基于纳米表面催化微观动力学，改进了动力学方程，使其能够更准确地描述不同形状、大小和组成的纳米酶的催化动力学。这些方程考虑了纳米酶的物理化学特性，如比表面积、形状、大小以及活性位点的密度。研究还结合了理论计算与实验结果，运用密度泛函理论计算了纳米酶表面的羟基吸附能，并与实验数据相结合，为纳米酶的催化机理提供了深入理解。
该研究不仅提供了一种新的标准化方法来测定纳米酶的催化活性和动力学，而且通过结合实验和理论计算，为纳米酶的理性设计和应用提供了科学依据。这一成果有望推动纳米酶在生物检测、疾病诊断和生物医学发展等领域的应用。随着纳米技术的不断进步，纳米酶在模拟天然酶活性方面的潜力正逐渐被挖掘。通过优化纳米酶的电子、几何结构和原子配置，可以设计出更高效、更稳定的纳米酶，以满足特定应用的需求。
图1. 不同物理化学性质的过氧化物酶纳米酶反应途径。
图2. 类过氧化物纳米酶催化活性表征。
图3. 过氧化物酶Fe3O4、Pt纳米颗粒和铂单原子纳米酶催化动力学表征。
图4. Fe3O4纳米酶表面模型。
https://www.nature.com/articles/s41596-024-01034-7
