摘要：因其类天然酶活性位点，具有原子级分散金属位点的纳米酶（ADzymes）作为新型仿酶催化剂引发广泛关注。随着催化机制研究的深入，科学家发现活性位点的原子级分散状态对催化性能具有决定性作用。单原子纳米酶通过最大化金属原子利用率和提升催化特异性，在传感领域展现出优于

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*本文首发于“纳米酶 Nanozymes”公众号，2025年04月28日 江苏

研究背景

因其类天然酶活性位点，具有原子级分散金属位点的纳米酶（ADzymes）作为新型仿酶催化剂引发广泛关注。随着催化机制研究的深入，科学家发现活性位点的原子级分散状态对催化性能具有决定性作用。单原子纳米酶通过最大化金属原子利用率和提升催化特异性，在传感领域展现出优于传统纳米酶的灵敏度。然而其单原子活性位点结构限制了底物催化能力，且低金属负载量常导致活性不足。发展兼具高催化活性、特异性及多功能性的ADzymes体系是目前纳米酶领域研究的重要课题。

论文详情

通过精准调控纳米酶的电子结构与几何构型，可有效提升其催化活性、底物特异性及多功能性。基于其独特的催化性质，这些高性能纳米酶在生物传感领域展现出广阔应用前景，为实现高灵敏度、高选择性及高精度检测提供了新思路。

近期，华中师范大学朱成周教授团队与华盛顿州立大学林跃河教授合作发表综述文章，系统阐述了ADzymes的分类和性质，并讨论旨在增强其催化性能的生物仿生设计策略；深入解析了金属中心调控、配位环境优化及协同效应强化等关键策略对电子结构和几何构型调制的相关机制，揭示了这些结构参数与催化活性、特异性及多功能性之间的构效关系。随后作者介绍了ADzymes在比色、荧光、电化学、化学发光、光电化学和电化学发光等传感领域中的应用。最后，讨论了目前ADzymes发展面临的挑战和应用前景。

图1. 调控ADzymes的性能用于传感应用。

从单原子到双原子和多原子纳米酶的发展可以更好地模拟多种天然酶的催化活性，利用协同效应获得更优的类酶催化性能，以满足复杂反应的要求。目前，研究人员在调控金属原子和载体以提高ADzymes催化活性、催化特异性和多功能性方面取得了重要的进展。随后论文详细总结了调控ADzymes高催化活性、高特异性和多功能性的各种方法策略。通过调控中心金属种类、杂原子掺杂、配位环境、协同活性位点、缺陷和空间结构等策略优化ADzymes的催化活性；通过理性调控中心金属种类、配位环境和多活性金属中心来提升催化特异性。与天然酶不同，Adzymes整体的纳米材料特性赋予其功能性，主要表现为多酶催化活性和刺激响应增强的催化性能。

总结与展望

尽管ADzymes研究取得显著进展，其发展仍面临关键挑战。（1）精准可控合成方面，现有方法难以实现活性位点数目以及配位环境的精准调控，亟需发展普适性合成方法策略。（2）活性位点表征方面，需发展原位表征技术以准确定性定量活性位点以及催化反应过程相关中间体，准确评价类酶活性和深入了解结构-活性关系，建立类酶活性表达的关键描述符。（3）催化性能优化方面，刚性结构导致的底物识别能力不足亟待解决，可通过仿生设计构建类酶活性口袋（包括氢键网络、静电作用及疏水腔室）来提升催化活性和特异性。此外，结合模拟和机器学习可进一步提升ADzymes的催化性能。（4）功能拓展方面，需突破现有氧化还原酶/水解酶模拟的局限，结合纳米材料本身光、电、热性质开发新型ADzymes体系,拓宽传感应用领域。ADzymes能够很好地整合到功能性传感平台中，以增强在各种传感应用中的适应性和灵活性，进而提高检测的灵敏度、选择性和准确性。通过跨学科的结合，如化学、材料科学、生物学和工程学，ADzymes的发展有望在传感等领域取得更大进展和广泛应用，为下一代生物传感技术的发展提供核心驱动力。

论文信息：

Mingwang Liu, Weiqing Xu, Yinjun Tang, Yu Wu, Wenling Gu, Dan Du, Yuehe Lin* and Chengzhou Zhu*. Tuning Atomically Dispersed Metal Sites in Nanozymes for Sensing Applications. Angewandte Chemie International Edition 2025, e202424070. https://doi.org/10.1002/anie.202424070

来源：科学创新报