1.通过团簇约束生长实现区域电子转移和能带调节以增强普鲁士蓝复合纳米酶催化效应：
普鲁士蓝纳米酶（PBNZs）因其高效和丰富的类酶催化能力已经广泛地应用于生物医学领域。随着PBNZs应用范围的不断扩大和生物医学研究的不断进步，单一的PBNZs往往难以满足多因素疾病的有效治疗。同时，尽管PBNZs表现出优异的类酶活性和生物相容性，但其催化效率与天然酶相比仍存在一定差距。而作为外源物质，过高的PBNZs剂量可能导致生物体系产生不良反应，因此，提高PBNZs的类酶活性至关重要。越来越多的普鲁士蓝复合纳米酶（PB C-NZs）被设计用于提高催化活性，以推进基础研究和临床应用研究。然而，由于其多种结构的复杂性，PB C-NZs的催化机理仍有待完全阐明，目前还未有相对清晰的PB C-NZs构建设计理念被提出。
作者鉴于PBNZs固有的电子转移催化机理和氧化还原特性，提出了一种基于电子转移和能带调控的新颖设计理念来提高复合纳米酶的催化活性和氧化性能。在该工作中，作者成功设计了一种新型的PB C-NZs--MoO3/PB，其不仅保留了PB固有的电子转移机制，还表现出增强的多酶活性。简而言之，通过在PB结构中原位引入MoO3，不仅可以控制PBNZs的尺寸，而且构建的复合结构还提供了有效的界面电子转移途径。MoO3和PB的能带重叠区域可用于降低带隙以提高电子转移效率，而复合结构的能带位置变动可调控氧化还原能力。其氧化型类酶性能结果表明，具有更高价带的复合结构可实现氧化性能的提升，这证实了能带调控氧化还原性能的可行性。该设计理念明确了MoO3/PB纳米酶类酶活性增强的因素，延展了PBNZs的电子转移机制，提出了复合纳米酶的设计新方向，为后续氧化还原纳米酶的设计提供了宝贵的框架。
该工作已被Small接收并在线发表，题为“Regional electron transfer and band regulation by cluster-constrained nanozyme growth for enhanced catalytic effect” （http://doi.org/10.1002/smll.202508011）。
论文第一作者为江苏省生物材料与器件重点实验室在读博士生卢堃，通讯作者为顾宁教授和李艳副教授。该工作获国家重点研发计划（2024YFF0508600），国家自然科学基金（61821002, 62394312）和江苏省自然科学基金（BK20222002）资助。
图1.（a）MoO3/PB的合成示意图；（b）能带调节以及电子转移示意图。
2. 具有自增强氧化还原调节功能的普鲁士蓝纳米酶功能化水凝胶用于加速伤口愈合：
伤口愈合是一个高度复杂的生物学过程，涵盖凝血、炎症、增殖和重塑阶段。这些阶段通常同时发生，增加了其复杂性。在愈合过程中，伤口表面的炎症会阻碍伤口及时闭合，增加感染的风险。在严重的情况下，炎症会引发局部炎症，进而延长愈合过程。因此，伤口环境的炎症反应在整个伤口愈合过程中起着关键作用。在炎症阶段，活性氧（ROS）的参与至关重要。适量的 ROS 作为各种免疫细胞的氧化还原调节剂，调控伤口新生血管的形成和血管功能。然而，ROS 的过度表达会覆盖和影响正常的信号通路，导致生物分子的损伤和局部免疫系统的紊乱，从而阻碍细胞增殖和伤口组织再生。因此，ROS的积累和炎症微环境是阻碍伤口修复的关键问题。为解决这一问题，纳米酶功能化水凝胶已被广泛应用于不同类型的伤口愈合模式以调控ROS。然而，由于伤口愈合是一个长期过程，因此水凝胶的类酶活性的长期有效性甚至增强性能对促进伤口愈合至关重要。
综上所述，论文基于普鲁士蓝纳米酶（PBNZs）的电子转移催化机理和类酶活性增强效果，以经典水凝胶材料为载体，PBNZs作为功能化纳米酶，构建了一种具有类酶活性增强的伤口敷料，并成功地验证了其类酶活性（CAT-like/POD-like）自增强效果的可行性以及对皮肤缺损模型愈合的良好促进作用。在其结构中，利用PBNZs独特的催化机理，电子在Fe2+-C≡N-Fe3+的催化结构单元中循环，可实现长期的类酶活性表达。其类酶活性增强效果来自于在催化过程H2O2介导PBNZs表面的价态分布，从而提高电子传输效率。本文所提出的具有类酶活性自增强的伤口敷料将为该领域的材料构建提供新视角。
该工作发表在ACS Applied Materials & Interfaces的“Nanozymes: Design, Mechanisms and Applications”专刊，题为“ Prussian blue nanozyme-functionalized hydrogel with self-enhanced redox regulation for accelerated wound healing” （https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.5c07229）.
省重实验室在读博士生卢堃和丁訸为论文共同第一作者，顾宁教授和李艳副教授为论文通讯作者。该工作获国家自然科学基金（51832001, 62394312），江苏省自然科学基金（BK20222002）和南京市生命健康科技专项（202205066）资助。
图2. (A) PBNZs合成示意图。(B) PB凝胶制备示意图。(C) PB凝胶治疗皮肤缺损损伤示意图。
3. 综述：铁基纳米酶在生物医学应用中的成药性优化路径
铁基纳米酶因其结构可塑性强、催化功能多样，在肿瘤治疗、感染控制、神经保护及诊疗一体化成像等领域展现出广阔前景。与天然酶相比，其具备合成条件温和、环境响应灵敏、稳定性优良等优势。然而，其在走向临床应用过程中仍面临合成可控性差、结构均一性不足、生物安全性与药代行为研究缺失等一系列“成药性”挑战。为破解上述难题，论文以“成药性优化”为核心主线，从结构构建到应用落地，系统梳理了铁基纳米酶的关键研发路径（图3）。
图3：铁基纳米酶在生物医学应用中的成药性优化路径概览
一、结构设计与合成策略：提升可控性与放大潜力
论文系统总结了多种铁基纳米酶的构建方法及其在成药性导向下的演进路径。一锅法合成因其工艺简洁、易于规模化被广泛采用，通过调控反应温度、前驱体组成和气氛，可实现活性中心精准构建与粒径均一性调节。缺陷工程与多金属掺杂技术可有效调整催化电子结构，增强多酶活性协同效应。仿生合成策略利用如血红蛋白、细胞膜等天然模板构建高密度活性中心，在保持催化性能的同时提高生物相容性。此外，非热处理的湿法浸渍与超分子自组装策略也为实现结构精控与GMP级生产提供了新方向，构建出催化活性强、结构稳定、工艺可控的候选材料体系。
二、催化机制解析：构-效关系指导活性调控
论文深入探讨了铁基纳米酶的POD、CAT、OXD、SOD等类酶催化机制，并结合结构-功能关系展开分析。研究发现，Fe-N₄、Fe-N₅等配位环境在调控•OH生成、H₂O₂分解及脂质过氧化等过程中具有显著差异性。单原子催化与双金属中心构建显著增强了ROS调控能力。催化活性不仅与配位结构密切相关，还受微环境pH、电荷分布和底物选择性等因素共同影响。论文进一步总结了多种“级联反应系统”的构建方法（如GOx-POD、SOD-POD），可在ROS富集环境中实现反应自放大，有效提升治疗靶向性与反应效率。
三、生物医学应用拓展：多模式精准干预
在生物医学应用方面，铁基纳米酶在多个疾病模型中均展现出显著治疗潜力。在肿瘤治疗中，其可在酸性微环境下诱导铁死亡（ferroptosis），并通过联合光热治疗、免疫调节等方式实现协同抗癌；在感染和炎症治疗中，铁基纳米酶可通过POD活性产生活性氧杀菌，同时发挥CAT/SOD功能调节免疫反应，一些新设计还结合了银离子释放、热响应等机制以提升疗效；在神经系统疾病如帕金森病模型中，研究展示了表面修饰的MOF纳米酶穿越血脑屏障、清除ROS的能力。此外，铁基纳米酶也广泛应用于比色、电化学及多模态成像领域，构建了集诊断、治疗与疗效评估于一体的智能纳米诊疗平台。
四、成药性挑战与优化路径：从可行性到可应用
针对铁基纳米酶在临床转化中面临的关键障碍，论文提出了成药性提升的系统策略。当前，其制备工艺缺乏批间一致性、结构不均一是阻碍规模放大的核心问题；药代行为、代谢路径及长期毒性研究不足，亦制约了安全性评估与监管对接；此外，尚缺乏统一的CMC（化学、制造与控制）质量标准，限制其走向临床的合规性。为此，论文建议从构-效关系建模出发，结合AI智能筛选优化结构与功能设计；在制造端推动低温、高通量、绿色工艺的标准化落地；在生物评价体系方面，构建涵盖稳定性、免疫原性及体内代谢的成药性评价体系，推进铁基纳米酶材料向“可评估、可制造、可监管”的临床级平台演进。
该综述为铁基纳米酶的成药性研究提供了系统的理论支撑和技术路线，特别是在结构工程与临床需求之间建立了清晰的逻辑桥梁。未来，铁基纳米酶有望发展成为具有环境响应能力、良好药代特性与可控安全性的高性能智能治疗平台，在复杂疾病的精准干预与个体化治疗中发挥重要作用。
论文发表在《ACS Applied Nano Materials》纳米酶专题特刊中：Ran Yan, Yan Li*, Ning Gu*, From Rational Design to Druggability Optimization: A Review of Iron-based Nanozymes for Biomedical Applications, ACS Applied Nano Materials, 2025, DOI: 10.1021/acsanm.5c02305
论文第一作者为南京大学在职博后、中国药科大学严然副研究员，通讯作者为顾宁教授和李艳副教授。该工作获国家自然科学基金（61821002）和江苏省自然科学基金（BK20222002）资助。
研究进展