病原微生物是引发传染病的幕后推手，已成为全球公共卫生的重要挑战。 纳米酶作为具有类酶活性的纳米材料，在病原微生物检测领域展现出显著优势。 相较于传统方法（如ELISA、ICA和CRISPR-Cas）依赖天然酶的局限性（高成本、低稳定性），纳米酶通过其可定制的催化活性、高稳定性和低成本特性，为快速、灵敏的检测提供了新思路。 其催化机制包括活性氧（ROS）诱导和电子转移途径，可高效催化显色反应，实现病原体的可视化检测。 本文对纳米酶介导的病原微生物检测方法和机制进行了系统综述，详细讨论了其实际应用的有效策略，并对纳米酶的未来发展提出了一些看法。

图 1. 文献基本信息

研究发现，纳米酶通过ROS诱导途径和电子转移途径实现催化，其中POD-like和OXD-like纳米酶在微生物检测中表现尤为突出。

纳米酶模拟过氧化物酶（POD）反应过程首先是 H₂O₂活化， H₂O₂与POD样纳米酶（如Fe²⁺或Pt纳米晶体）反应，通过电子转移（如Fe²⁺ + H₂O₂ → Fe³⁺ + • OH + OH⁻）生成高活性的**羟基自由基（•OH）。 其次底物氧化，•OH从显色底物（如TMB）中提取氢（H），使其氧化成有色产物（如蓝色的oxTMB）。 该过程无需酶-底物结合，仅依赖•OH的自由扩散。 通常在酸性条件下（pH 3–4）活性最高，H⁺会促进Fenton反应。一些具有POD样活性的纳米酶，特别是贵金属纳米酶，如Au，不遵循Fenton反应机制。 非Fenton型POD样纳米酶的电子转移机制不依赖Fenton反应，不产生•OH自由基。 通过表面吸附-活化-电子转移直接氧化底物（如TMB）。 底物（TMB）吸附在纳米酶表面（如Au NPs），发生电子转移（TMB → Au NPs → H₂O₂）。 H₂O₂直接接受电子被还原为H₂O，同时TMB被氧化为有色产物（如蓝色oxTMB）。

图 2.（a-f）为POD通过ROS诱导途径和电子转移途径的机制图

OXD样纳米酶通过两种主要途径催化底物氧化：赞美诱导途径和电子转移途径。ROS诱导途径首先是溶解氧（O₂）活化，纳米酶（如光敏COFs、金属氧化物）通过表面缺陷或光催化作用激活吸附的O₂，生成活性氧（ROS）中间体，如**超氧自由（•O₂⁻）和单线态氧（¹O₂）。电子转移途径：纳米酶作为电子传递介质， TMB将电子转移至纳米酶（如Co₃O₄），使其价态升高（如Co²⁺→Co³⁺）。 其次，将电子传递给O₂，生成O₂⁻或H₂O₂，自身恢复初始状态。 最后，需满足：TMB的电位 < 纳米酶电位 < O₂的电位，确保电子单向流动。 OXD样纳米酶通过活化O₂或直接电子转移催化底物氧化，突破了传统POD对H₂O₂的依赖，为开发稳定、宽pH适用的检测平台提供了新策略。

图 3.（a-d）为OXD通过ROS诱导途径和电子转移途径的机制图

免疫检测：纳米酶联免疫吸附试验（NLISA）将检测灵敏度提升100倍，同时缩短了时间。 即时检测：纳米酶标记的免疫层析试纸条（ICA）可在15分钟内完成病原体筛查，适用于现场快速诊断。 分子诊断：结合CRISPR-Cas系统，纳米酶实现了基因水平的超灵敏检测，限低至10拷贝/μL。 纳米酶的催化活性可通过材料设计（如金属掺杂、表面修饰）精准调控。 多功能纳米酶兼具氧化酶和过氧化物酶活性，摆脱了对H₂O₂的依赖。 双模式传感器（比色-荧光）将检测限降至4 CFU/mL，显著提升了复杂样本中的抗干扰能力。

图 4.（a-i）ELISA分类与应用突破

纳米酶为病原微生物检测提供了高效、便携且低成本的解决方案。 未来可通过机器学习优化设计，或开发可降解纳米酶材料，有望成为抗击传染病的有力工具，为全球公共卫生安全保驾护航。

文献链接：https://doi.org/10.1016/j.ccr.2025.216578