纳米酶是一类由中国科学家首次发现并系统提出的创新型纳米生物材料，具有类酶催化特性，能够有效克服天然酶在成本、效率、稳定性及储存等方面的局限性，在生物医学、分析检测和环境治理等领域展现出广阔的应用前景。近年来，纳米酶的理性设计已成为该领域的研究前沿与热点方向。通过精准的纳米结构调控和高效诊疗一体化策略，研究人员不断优化纳米酶的催化活性、稳定性与生物相容性，以期实现更优的治疗效果。同时，理性设计不仅有助于从原子尺度解析纳米酶的构效关系、预测新型高效纳米酶，还推动了该领域从“经验驱动的实验探索”向“理性设计与实验验证相结合”的研究范式转变。然而，生命体系中纳米酶的构效关系复杂且涉及多维度变量，如何突破传统的经验依赖，实现对纳米酶催化体系的精准预测与优化，进而加速新型纳米酶的开发，已成为该领域亟待解决的核心科学问题。

近期，我校材料学院朱之灵团队聚焦数据驱动的纳米酶理性设计方法、化学可控合成及其生物医学应用，取得了一系列新进展，相关成果分别发表于《Angewandte Chemie International Edition》、《Advanced Materials》、《Advanced Functional Materials》及《Nano Letters》等期刊。

在生物医学领域，我校朱之灵团队联合复旦大学附属华山医院杨冬琴团队，在《Advanced Materials》期刊上发表了题为“Machine Learning-Assisted High-Throughput Screening of Nanozymes for Ulcerative Colitis”的研究论文。该研究提出了一种机器学习辅助的高通量筛选策略，以加速发现用于溃疡性结肠炎治疗的高效纳米酶（图1）。通过机器学习模型量化和预测治疗需求，包括抗氧化特性、酸稳定性和zeta电位等指标，团队还通过高通量筛选评估了肠道屏障修复效果、生物安全性等难以量化的属性。此外，我校朱之灵团队还与复旦大学附属闵行医院董琼珠团队合作，在《Advanced Functional Materials》期刊发表了题为“Rational Design of Single-Atom Nanozymes for Combination Cancer Immunotherapy”的研究论文。该研究提出了一种将理性设计的压电响应的单原子纳米酶（SAzymes）与免疫检查点阻断（ICB）疗法相结合的新策略（图2）。通过从25种过渡金属中筛选，发现单钼原子纳米酶（Mo SAs）具有最佳的压电催化性能。Mo SAs在ICB耐药肿瘤中发挥了强效治疗作用，通过诱导肿瘤免疫原性细胞死亡、缓解肿瘤缺氧并调节肿瘤趋化因子表达，有效重塑了肿瘤免疫微环境，进一步与抗程序性死亡蛋白-1（aPD-1）抗体联合使用，显著增强了抗肿瘤疗效，展现出治疗ICB耐药肿瘤的巨大潜力。

图1 机器学习辅助高通量筛选多功能纳米酶策略

图2 压电响应单原子纳米酶的理性设计

在分析与环境领域，我校隋凝/朱之灵/白强团队在《Angewandte Chemie International Edition》期刊上发表了题为“sp Carbon Disrupting Axial Symmetry of Local Electric Field for Biomimetic Construction of Three-Dimensional Geometric and Electronic Structure in Nanozyme for Sensing and Microplastic Degradation”的研究论文。该研究首次提出了一种通用的多尺度仿生空间工程策略（图3），采用二维石墨炔替代传统分子配体，诱导铜纳米颗粒与石墨炔之间的d-π轨道杂化，从而形成不对称电子分布，精准模拟漆酶的酶内电场。同时，石墨炔中的多重sp键可有效锚定铜纳米颗粒，促进类漆酶三维几何结构的构建。该策略突破了传统单原子纳米酶在结构复杂性和可控构筑方面的瓶颈，实现了对纳米酶的三维几何结构与局域电场环境的精准调控，在环境污染检测与微塑料降解方面展现出巨大的应用潜力。

图3 多尺度纳米酶通用仿生设计

在海洋生态保护方面，我校朱之灵/王丽娜团队在《Nano Letters》期刊上发表了题为“Multi-Family Nanozymes for Sustainable and Eco-Friendly Marine Antifouling”的研究论文（DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c06675）。该研究开发了一种多酶家族纳米酶，硒化锰纳米花（MnSe NFs），能够模拟磷酸酯酶、氧化酶和过氧化物酶的催化活性（图4）。研究结果表明，MnSe NFs对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌形成的生物被膜具有强效抑制作用，抗菌率超过99.999%。海洋实测数据显示，涂覆MnSe NFs的船体涂层在90天内能有效抑制生物被膜的形成，同时展现出环保、可持续、经济高效的优势。

图4 多酶家族纳米酶的海洋抗污应用

以上研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金及山东省泰山学者项目的资助与支持。

文章链接：

[1] Machine Learning-Assisted High-Throughput Screening of Nanozymes for Ulcerative Colitis, Advanced Materials, 2025, 37(9), 2417536https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202417536

[2] Rational Design of Single-Atom Nanozymes for Combination Cancer Immunotherapy, Advanced Functional Materials, 2025, 35(10), 2416563https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202416563

[3] sp Carbon Disrupting Axial Symmetry of Local Electric Field for Biomimetic Construction of Three-Dimensional Geometric and Electronic Structure in Nanozyme for Sensing and Microplastic Degradation, Angewandte Chemie International Edition, 2025, 64(6), e202418707https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202418707

[4] Multi-Family Nanozymes for Sustainable and Eco-Friendly Marine Antifouling, Nano Letters, 2025, DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c06675https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c06675