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*本文首发于“纳米酶Nanozymes”公众号，2020年5月27日

纳米酶作为中国科学家的原创科研成果，是多学科交叉融合的产物。经过十余年的发展，纳米酶研究已经取得了令人瞩目的研究成果1,2。在纳米酶发展的过程中，我国科学家一直处于领跑地位。尽管如此，纳米酶作为一个新的研究方向还面临诸多挑战，需要多个学科领域（包括生物、物理、化学、材料以及医学等学科）的科学家们的精诚合作，来共同探讨纳米酶的催化机制，更好地建立纳米酶的理论催化体系，并利用其多功能特性实现其在生物医学、环境科学、国家安全等领域的应用。近日，中国科学院生物物理研究所阎锡蕴院士和中国科学院科技战略咨询研究院杜鹏研究员在《中国科学：化学》上发表了题为“纳米酶的发展态势与优先领域分析”的文章，综述了纳米酶的发展现状, 并基于文献计量学的视角, 重点关注自2007年以来纳米酶领域的论文发表数量和被引用情况、研究机构和国家/地区情况、研究主题及其演变规律、国际发展态势比较分析等方面，系统梳理了纳米酶的发展历程，呈现了纳米酶可视化的知识图谱；并结合专家研判，展望了纳米酶领域未来的发展方向3。

为了呈现纳米酶领域可视化的知识图谱和发展态势与规律特点，作者借助文献计量学的研究方法，对纳米酶的论文数据进行了系统研究。首先，通过对纳米酶文章的年份分布研究，可以将纳米酶的发展大致分为三个阶段（图1）。第一阶段：萌芽期。在这一阶段，纳米生物催化领域已经逐渐开始有论文发表，但仅限于纳米催化或者纳米生物催化，尚未上升至酶的层面甚至纳米酶新概念的层面。第二阶段：发展期（2000~2007年）。这一阶段纳米酶相关研究进入缓慢发展、在摸索中曲折前进的时期。这一时期鲜有较大影响力的高被引论文发表，发表的论文一般仅就纳米生物催化的现象本身开展实验研究，较少涉及纳米材料的催化机制，尤其是纳米酶的催化机理。第三阶段：井喷期（2007年以后）。2007年是纳米酶研究的重要转折年。这一年，中国科学家打破传统学科界限，通过生物、化学、材料、物理、医学等领域研究人员的多年精诚合作，首次发现纳米酶，引入酶学方法，提出纳米酶的概念4。2007年以后，纳米酶研究领域的发文量大幅增加（发文量平均每年增加38.27篇），且连续出现了大量高被引论文。

图1 纳米酶领域发文量随时间的变化

除此之外，作者还对纳米酶发表文章中的高产国家和高产机构进行了分析。目前，全世界已有多个国家或地区对纳米酶进行了研究，其中发文量较多的前10个国家的基本情况见表1。研究发现, 中国在纳米酶方面的研究发展迅猛，年均发文量88.27篇。近年来，中国在纳米酶方面的研究已处于世界领先地位，发文量和被引量均远超其他国家或地区。然而，作者也强调，中国论文篇均被引量仍低于美国、日本等科技强国，表明中国纳米酶领域的科技影响力仍有待加强。另外，作者对发表文章的所属机构进行了分析（图2）。可以发现中国科学院系统是目前全球在纳米酶领域贡献最多的机构，其发文量和被引量均居世界第一。

表1 纳米酶领域研究成果前十的高产国家或地区

图2 纳米酶研究机构的合作网络

随后，作者对纳米酶的主要研究主题进行了系统地分析。图3是根据VOSviewer得到的关键词聚类图，可以将纳米酶领域中的热点研究主题归结为如下7个主要的聚类，包括自组装纳米载体与给药、碳基纳米材料及生物成像、纳米电化学生物传感器、过氧化物酶催化机制、铁基纳米酶与免疫检测、纳米酶参与化学发光、癌症检测与肿瘤治疗。

图3 纳米酶领域的7个主要研究主题

作者还对纳米酶研究主题的演变态势进行了分析。根据关键词的平均年份图谱，可以看出研究主题的变化。如图4是基于2007~2018年的关键词共现时序图，环形区域中将每两年划分为一个时间段，并列出该时间段中出现频次较高的关键词，以呈现出研究主题的演变态势。例如, 从2007~2008年的模拟酶、纳米粒子等方向，逐渐演变至2017~2018年的过氧化氢酶样活性、纳米酶、过氧化物酶等方向，体现了本领域研究主题和关注热点的变迁。

图4 纳米酶领域的研究主题演变

最后，在以上分析的基础上，本文以“共识形成”为核心的前瞻性研讨方式，逐步凝聚专家共识，结合文献计量学的研究结果，判断纳米酶领域未来的优先发展方向包括：

(1) 纳米酶新活性及其新材料。当前，对于纳米酶催化活性的研究主要集中在氧化还原酶和水解酶这两大类型，而对于转移酶、异构酶、裂合酶和合成酶类的活性研究及其新材料的发现仍然很少。为了系统深入地理解纳米酶的催化机理，挖掘新型的纳米酶材料并研究其催化特性十分必要。

(2) 纳米酶的催化行为、催化动力学和多酶协同机制。纳米酶的催化机制具有多样性，催化机理因纳米材料的不同而异，因此需要针对多种类型的纳米酶建立完整的催化理论体系。未来，这方面工作的研究思路与方向包括理论计算和实验验证相结合，借鉴能源化学领域的限域效应理论，发展原位、实时、动态的表征技术等。

(3) 纳米酶的优化设计、可控制备与标准化。为减少纳米酶研发中的试错次数、节约研发成本、提升研发效率, 未来关于纳米酶的优化设计、可控制备与标准化仍然是本领域的优先方向。

(4) 纳米酶在生物体内的免疫相容性、代谢规律与量化研究。深入了解纳米材料在生物体内的命运，能够帮助科学家对纳米颗粒的体内行为进行监测, 促进对纳米体系的优化设计，拓展纳米材料与技术在疾病诊断和治疗领域的应用广度。

(5) 纳米酶的应用研究。纳米酶催化的应用早期聚焦于体外检测和环境治理， 近年来逐渐向体内诊断和治疗领域拓展，因此纳米酶具有广阔的生物医学和环境健康应用价值。为贯彻实施健康中国战略，未来该领域应加快发展：生化检测和生物传感，癌症与重大疾病的诊断和治疗，抗菌、抗氧化和消除生物膜，环境监测与治理，纳米酶与基因编辑，纳米机器人等。

参考文献

(1) Wu, J.; Wang, X.; Wang, Q.; Lou, Z.; Li, S.; Zhu, Y.; Qin, L.; Wei, H. Nanomaterials with enzyme-like characteristics (nanozymes): next-generation artificial enzymes (II). Chem. Soc. Rev.2019, 48, 1004-1076.

(2) Huang, Y.; Ren, J.; Qu, X. Nanozymes: Classification, Catalytic Mechanisms, Activity Regulation, and Applications. Chem. Rev.2019, 119, 4357-4412.

(3) 焦健; 范克龙; 胡志刚; 阎锡蕴; 杜鹏. 纳米酶的发展态势与优先领域分析. 中国科学：化学2019, 49, 1442-1453.

(4) Gao, L.; Zhuang, J.; Nie, L.; Zhang, J.; Zhang, Y.; Gu, N.; Wang, T.; Feng, J.; Yang, D.; Perrett, S.; Yan, X. Intrinsic peroxidase-like activity of ferromagnetic nanoparticles. Nat. Nanotechnol.2007, 2, 577-583.

撰稿：王小宇

校审：林世超、徐风梧