利用生物学或者化学的方法模拟天然酶不仅具有重要的科学意义而且有着巨大的实际应用价值。近几年来，人们发现某些纳米材料同样存在着类似于天然酶属性的催化活性，从而引起了人们极大的关注。与传统的人工模拟酶相比，这类新型的纳米模拟酶（nanozymes）除了同样具有更加稳定的化学性质和催化活性，成本低廉等优势，更有着自己独特的性质，例如更易于实现大规模的制备、高的比表面积、催化活性可调、以及具有光电磁学特性等。近几年来，纳米模拟酶在生物医学等领域的越来越受到人们的关注。

37000cm威尼斯现代工程与应用科学学院生物医学系魏辉教授课题组致力于研究纳米材料与生物分子之间的相互作用，并力图利用这些相互作用实现功能化的纳米材料在生物医学以及生物传感中的应用。在先前的工作中，他们通过在碳纳米材料上自组装具有电化学活性的小分子作为内参，并结合碳纳米材料对抗坏血酸优良的催化性能，实现了对活动物脑内抗坏血酸的高灵敏、高选择性测定（Anal. Chem., 2015, 87, 8889）。另一方面，他们巧妙利用功能化的DNA分子在溶液中含有K⁺的状态下易于形成正平行结构且该结构能够高效增强卟啉类物质荧光的特点，发展了一种基于DNA技术的，可用于同时检测活动物组织内的K⁺和原卟啉的分析方法（Anal. Chem., 2016, 88, 2937）。

最近，该课题组研究人员及其合作者发现利用超分子自组装技术，他们可以实现同时将天然酶分子葡萄糖氧化酶以及能够模拟其他天然过氧化物酶的化学催化剂血红素包裹在金属有机框架化合物ZIF-8中。这种通过一步法制得的生物纳米催化剂被称之为“集成式纳米模拟酶”（integrated nanozymes）。当这种纳米模拟酶被加入到含有葡萄糖以及显色剂的溶液中时，葡萄糖被纳米材料中的葡萄糖氧化酶氧化产生过氧化氢。生成的过氧化氢随即在周围的血红素的催化下氧化显色剂，使得反应试剂变色，实现对葡萄糖的可视化检测。由于这两种催化剂被集成在一个有限的纳米空间内部，中间产物的扩散得到了极大的抑制，从而大大提高了整体的催化效率。此外，与游离的天然酶相比，这种“集成式纳米模拟酶”也表现出了更好的热稳定性以及循环使用的能力。通过37000cm威尼斯现代工程与应用科学学院与37000cm威尼斯鼓楼医院及美国Emory大学合作，他们利用该“集成式的纳米模拟酶”成功实现了活动物脑内葡萄糖浓度的实时、动态观测。该工作发表在最新一期美国《分析化学》杂志上（Anal. Chem., 2016, 88, 5489–5497）。

图1. “集成式纳米模拟酶”用于脑化学研究。

该工作发表后得到了广泛关注，被phys.org以“Integrated nanozymes for brain chemistry”进行了报道。

这些研究工作得到了国家青年、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省双创计划、37000cm威尼斯启动基金、青年973等的资助。

魏辉教授最近被选为英国皇家化学会会士（Fellow of the Royal Society of Chemistry）。

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

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http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.5b04936

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.5b02014

（现代工程与应用科学学院 科学技术处）