有机纳米酶在食品农业和生物医药领域有着广泛的应用

纳米酶是模仿天然酶催化特性的微小工程物质，在生物医学、化学工程和环境应用领域有多种用途。它们通常由无机材料制成，包括金属基元素，由于毒性大且生产成本高，因此不适合用于许多用途。

有机纳米酶部分克服了这些问题，并具有更广泛的应用潜力，包括食品和农业，但它们仍处于发展的早期阶段。伊利诺伊大学香槟分校的一篇新论文概述了有机纳米酶的现状及其未来的潜力。

该论文“基于有机材料的纳米酶在更广泛应用方面的进展”发表在《化学趋势》上。

“无机纳米酶自 2007 年才出现，当时研究人员发现氧化铁纳米粒子可以发挥与过氧化物酶等天然酶类似的催化活性。它们的应用发展迅速，但也存在一些重大缺点。

“它们由昂贵的材料制成，制造过程需要耗时且繁重的工程工艺。它们对人类和环境具有潜在毒性，而且不能自然降解，因此会造成废物管理问题，”该研究的主要作者、伊利诺伊大学农业、消费者和环境科学学院及格兰杰工程学院农业与生物工程系 (ABE) 的博士生 Dong Hoon Lee 说道。

ABE 助理教授、该研究的共同作者 Mohammed Kamruzzaman 表示，这些问题导致了几年前有机纳米酶的出现。

“有机纳米酶成本低、无毒、环保。制造过程不太复杂，几个小时就可以生产出来，而无机纳米酶则需要几天时间。”他说。

“它们的价格也便宜得多。用于无机纳米酶的贵金属每克价格约为 400 美元，而有机材料和过渡金属成分每克价格不到 50 美分。这使得它们在实验室外的实际应用中更容易使用，”他补充道。

此外，有机纳米酶是可持续的，其中一些是可生物降解的。它们仍然含有少量金属成分，如铁或铜，这是形成酶样催化活性的“活性位点”所必需的，但毒性水平要低得多。

在论文中，研究人员根据用于制造有机纳米酶的有机材料，确定了四种主要类型的有机纳米酶，包括聚合物、生物大分子(主要是纤维素)、有机化合物以及 DNA 和肽等生物材料。他们概述了每种类型的化学结构、成分、功能和催化活性，为其他科学家提供了基本信息。他们还说明了从农业、食品和环境到生物医药的相应应用。

Kamruzzaman 指出，无机纳米酶起源于生物医学领域，约 80% 的研究都发生在该领域。例如，它们用于诊断医学、成像、治疗和生物传感。然而，人们担心其固有毒性及其在治疗应用中对细胞活力的影响。有机纳米酶可以缓解这些担忧，并将其应用扩展到食品和农业领域。

在之前的一项研究中，Kamruzzaman 和 Lee 率先使用以农业为中心的有机纳米酶，并结合分子传感工具，可以检测食品中是否存在农业农药。最终目标是创建一个简单的测试套件，人们可以在任何地方使用，并使用手机应用程序扫描结果，以获得指示食品中农药浓度的颜色读数。还推出了几种由可持续材料制成的额外有机纳米酶，并且正在开发更先进的分子传感系统。

Kamruzzaman 说：“有机纳米酶与无机纳米酶相比具有许多优势，但它们仍处于早期开发阶段，要将它们应用于食品和农业领域，我们还需要克服许多挑战。”

一个障碍是适合生产的有机材料种类有限。研究人员指出，脂质或氨基酸是未来原型的有前途的材料，可以在开发下一代纳米酶方面发挥关键作用。