Advanced Materials | 超越酶模拟物：工程光响应纳米酶以实现治疗创新

纳米酶因其高稳定性、低成本和可扩展合成性，而受到越来越多的关注。然而，其临床潜力常受限于催化效率有限和底物特异性较差。近期光响应纳米酶的发展通过整合光催化和光协同机制，增强活性和时空控制，提供了有前景的解决方案。这些系统利用光诱导电荷分离、活性氧物质生成以及辅助的光热或光动力效应来改善催化效果。通过利用这些光响应机制，包括等离激元金属、金属氧化物、半导体和金属有机框架的各种纳米酶系统展现出增强的催化功能和在癌症治疗、感染控制、免疫调节和组织修复等方面的卓越治疗效果。本综述总结了光响应纳米酶设计和应用的最新进展，并强调临床转化的挑战，从而将其定位为精准生物催化和疾病干预的下一代策略。

近年来，纳米酶作为一种模拟天然酶催化功能的人工材料，因其高稳定性、低成本及可规模化合成等优势，在生物医学领域受到广泛关注。然而，传统纳米酶的催化效率有限、底物特异性不足等问题，制约了其临床应用。光响应纳米酶的出现，为解决这些挑战提供了新思路。这类材料巧妙地将光催化与光协同效应相结合，通过光诱导的电荷分离、活性氧生成以及光热或光动力辅助作用，显著提升了催化性能与时空控制能力，为疾病精准干预开辟了新路径。

光响应纳米酶主要分为光催化型和光协同型两大类。光催化纳米酶利用光照激发产生电子-空穴对，驱动氧化还原反应并生成活性氧，其性能可通过能带工程、局域表面等离子体共振、氧空位调控、异质结构构建及单/双原子位点设计等策略进行精细调节，从而优化光吸收、电荷分离与底物特异性。光协同纳米酶则进一步整合了光热、光动力等物理或化学效应，与催化活性产生协同，不仅能增强催化效率，还能调控微环境，实现多模式联合治疗。这两类机制的互补融合，使光响应纳米酶在复杂生物体系中展现出优异的催化性能、生物相容性与空间精确性。

在材料设计方面，研究人员通过调控纳米酶的尺寸、形貌、表面性质及配位环境等手段，系统优化其光响应行为与催化活性。例如，减小颗粒尺寸可增加比表面积与活性位点。构建空心或多孔结构能提升光捕获与物质传输效率。表面修饰或原子级催化位点的引入，则可显著改善底物识别与反应动力学。这些结构-活性关系的深入理解，为理性设计高性能光响应纳米酶提供了坚实基础。

在生物医学应用中，光响应纳米酶已展现出广阔前景。在肿瘤治疗领域，它们可通过催化肿瘤微环境中的过氧化氢产生高毒性活性氧，诱导肿瘤细胞凋亡，并同时借助光热或光动力效应实现协同杀伤，还能缓解肿瘤缺氧、调节免疫微环境，增强化疗、放疗及免疫治疗的疗效。在抗感染方面，光响应纳米酶能通过产生活性氧破坏细菌结构，结合光热效应协同杀菌，并对抗生物膜形成，为应对耐药菌感染提供了新策略。此外，在心血管疾病、神经退行性疾病及缺血性损伤等治疗中，光响应纳米酶也能通过清除活性氧、调节免疫极化、促进组织修复等机制发挥治疗作用，并结合光热、声动力等辅助手段提升疗效。

尽管光响应纳米酶发展迅速，但其临床转化仍面临催化效率、生物安全性、靶向递送及体内稳定性等方面的挑战。未来研究需向更高效率、更精准、更智能的方向发展，例如开发可编程的多刺激响应纳米酶、构建纳米酶-生物杂化系统以模拟自然催化环境、利用单原子催化进一步提升原子利用效率、发展可穿戴或植入式装置实现持续体内治疗，以及拓展其在神经科学、衰老相关疾病等新领域的应用。结合人工智能与个性化医疗理念，下一代光响应纳米酶有望成为智能生物催化剂，为精准医学与个性化健康管理带来变革性解决方案。

总之，光响应纳米酶作为融合了纳米技术、催化科学与光医学的创新平台，正逐步展现出其在疾病精准治疗中的独特价值。随着材料设计、机制解析与应用探索的不断深入，这类智能催化材料有望在未来临床实践中发挥越来越重要的作用。

参考消息：

https://www.x-mol.com/paper/1976041723374891008/t?adv