纳米酶在环境抗菌防污中的应用

以下文章来源于纳米酶 Nanozymes ，作者Nanozymes

背景介绍

耐药菌和耐药基因已经成为环境主要污染物之一，对人类健康和生态平衡造成严重威胁。此外，因细菌生物膜所致的工业污垢造成的经济损失也正在逐年增加。因此，迫切需要开发新型高效抗菌防污策略。纳米酶是一种具有类天然酶活性的纳米材料，因其高稳定性、优异的环境适应性以及可回收性，引起了环境领域研究者极大的兴趣。目前，纳米酶已被报道在污染物检测与处理、抗菌防污和空气净化等领域具有广阔的应用前景。然而，针对环境应用，特别是抗菌防污方面，对于纳米酶的系统探讨和全面认识还比较缺乏，这些使其在催化效率的优化与实际应用方面均面临挑战。

近日，苏州大学葛翠翠教授团队在《Nano Today》杂志上发表了题为“Insight into Nanozymes for Their Environmental Applications as Antimicrobial and Antifouling Agents: Progress, Challenges and Prospects”的综述型文章。该文综述首先概述了纳米酶在环境领域的应用，主要涉及酶活性种类及其催化机制；然后分别从纳米材料的理化性质和环境因素两个方面来系统介绍了纳米酶活性的调控策略；接着总结了纳米酶在环境抗菌防污方面的研究进展并对其环境应用进行了可行性分析；最后，提出了纳米酶现阶段面临的挑战，并对其未来发展进行了展望，旨在推动高性能纳米酶的设计及其在环境抗菌防污领域的应用。该论文第一作者为苏州大学放射医学与防护学院副研究员方舸，通讯作者为苏州大学葛翠翠教授。

1 概括纳米酶用于环境抗菌防污的种类及其机制

基于催化机理，纳米材料主要是通过氧化酶（oxidase, OXD）、过氧化物酶（peroxidase, POD）和水解酶（phosphodiesterase, PDE）这三种类酶活性来实现抗菌防污效果。

图 1 (a)纳米酶模拟POD活性的反应机理图；(b)纳米酶模拟氧化物酶活性的反应机理图; (c)纳米酶模拟DNA水解酶活性的反应机理图。

2 系统介绍纳米酶的活性抗菌策略

纳米酶的活性抗菌策略包括纳米材料的理化性质（尺寸、形貌、组成、表面修饰和价态等）和环境因素（pH、光和环境介质等）。

图 2 晶面调控纳米酶活性。

图 3 组成调控纳米酶活性。

3 介绍纳米酶在环境应用领域的研究进展

介绍纳米酶在抗菌抗生物膜、海洋防污、膜抗污染和清除耐药基因等环境应用领域的研究进展，并总结其作用机理。重点讨论了纳米酶在实际应用中的难点，包括真实抗菌防污性能下降、如何将纳米酶整合成兼具功能性和适用性的功能材料和选择性高效杀菌等。

图 4  典型纳米酶用于抗菌防污及其作用机制。

图 5 纳米酶的抗菌防污应用。

4  总结纳米酶在环境抗菌防污中的瓶颈问题和未来的应用前景

主要包括四个方面：（1）通过优化纳米酶的催化活性来提高抗菌防污效果；（2）针对特定微生物实现选择性抗菌；（3）全面评估纳米酶的环境生物安全性；（4）筛选简单高效纳米酶并开发大规模生产制备工艺技术，同时积极推动纳米酶相关标准和法律法规的制定修订。

转自：“NANO学术”微信公众号

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