综述：纳米酶构建策略及其在环境分析中应用的全面综述

本综述系统阐述了纳米酶（NZs）的构建策略与环境分析应用，重点介绍了金属基、碳基、MOFs及MIPs等纳米酶类型，强调了绿色合成（如植物提取物法）与GAC原则的融合。文章详述了多种酶模拟活性（POD、OXD、CAT、SOD等）及其催化机制（如Michaelis-Menten模型），并展示了其在污染物检测（重金属、农药等）中的多模式传感应用（比色、荧光、电化学等），为开发高性能、低成本的环境监测技术提供了重要参考。

　　

催化机制

纳米酶可模拟多种天然酶活性，包括过氧化物酶（POD）、氧化酶（OXD）、过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、水解酶和漆酶等。其催化行为遵循Michaelis-Menten动力学模型，通过Lineweaver-Burk图可计算关键参数如Km（米氏常数）和V_max（最大反应速率），其中Km反映底物亲和力，V_max代表催化效率。例如，POD样活性纳米酶（如Fe₃O₄ NPs）在酸性条件下催化H₂O₂氧化底物（如TMB生成蓝色oxTMB）；OXD样纳米酶（如NiO）则利用分子氧直接氧化底物；而CAT样纳米酶可分解H₂O₂生成水和氧气。部分纳米酶还具备双酶或多酶活性，其行为受pH、温度等环境因素调控。

检测模式

纳米酶在传感应用中支持多模式检测：

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  比色与荧光检测：基于催化显色反应（如TMB氧化）或荧光信号变化（如比率荧光），具有操作简便、成本低廉的优势，可结合智能手机平台实现现场分析。
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  电化学检测：通过电信号转换实现高灵敏度检测，如Au@PdNi纳米酶对抗坏血酸（AA）的检测限达0.13 μM。
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  化学发光检测：利用发光反应（如luminol-H₂O₂体系）实现高灵敏度，如CoMoO₄纳米棒检测多巴胺的检测限为1.98 nM。
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  光热检测：利用oxTMB在近红外区的光热效应，通过温度变化定量分析物，如CoFeCe-氢氧化物检测谷胱甘肽（GSH）的检测限为0.092 μM。

纳米酶构建材料

纳米酶构建材料多样，包括：

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  金属基纳米酶：过渡金属（Fe、Co、Cu等）及其氧化物、合金，如单原子纳米酶（SANs）通过M-N_x位点模拟天然酶活性。
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  双/多金属纳米酶：通过协同效应增强催化性能，如Fe-Cu双金属纳米酶用于检测诺氟沙星（NOR）。
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  非金属材料：碳基材料（如石墨烯、CQDs）通过表面功能化获得酶样活性。
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  杂化系统：纳米酶与载体（如MOFs、MIPs）复合提升选择性和稳定性。例如，MOFs的高比表面积和可调孔结构利于酶固定，而MIPs提供分子识别能力，二者结合可构建高选择性传感器（如Fe-MOF@MIP检测己烯雌酚DES）。

合成方法

纳米酶合成涵盖自上而下和自下而上策略：

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  水热/溶剂热法、微波辅助法、共沉淀法、化学还原法（常用植物提取物作还原剂）及溶胶-凝胶法是主流化学方法。
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  绿色合成利用生物源（植物、微生物）减少环境冲击，但需优化条件以控制粒径和形貌。
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  超声化学、机器学习（ML）辅助设计等新兴方法正提升合成效率与可预测性。

环境分析应用

纳米酶已广泛应用于环境污染物检测：

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  重金属离子：如AuNPs/ZnO/Fe₃O₄检测Hg²⁺（检测限28.1 nM）。
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  农药/ herbicides：如ZIF-8@CuNCs水解酶样活性检测芬杀松（FEN）。
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  有机污染物：如MOF-MIP系统检测双酚A、三氯生等。
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  多项研究实现了在实际样本（水、食品、土壤）中的高灵敏度、高选择性检测，回收率良好（90–105%），验证了其实际应用潜力。

结论与展望

纳米酶作为天然酶的稳健替代品，在环境监测中展现出巨大潜力。未来需聚焦以下方向：开发二维MOFs、COFs等新材料以提升催化效率；融合机器学习优化设计；简化合成工艺并推动便携式设备开发，以实现纳米酶技术在真实环境中的大规模应用。