【摘要】納米酶作為中國科學家的原創(chuàng)科研成果之一，是多學科交叉融合的產(chǎn)物。這一新興交叉學科領域的發(fā)展既是建設世界科技強國和實現(xiàn)高水平科技自立自強的有益探索，也是從理論突破到技術創(chuàng)新再到產(chǎn)業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的生動實踐。納米酶代表了一類新型人工酶和生物催化劑，打破了傳統(tǒng)意義上無機材料與有機生命的界限，既有納米材料的理化特性，也有獨特的類酶催化活性。作為一種新概念和新材料，納米酶具有非常廣闊的應用前景，與此同時，在催化機制理論建構、定向設計與調(diào)控、相關標準的建立、發(fā)展納米酶獨有應用領域等方面面臨新的挑戰(zhàn)。我國需要集中攻關納米酶關鍵技術，完善相關基礎研究體系建設和儀器設備平臺建設，高度重視政產(chǎn)學研用一體化建設，形成自主創(chuàng)新、富有競爭力的納米酶科研生態(tài)圈以及相應的創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈。

【關鍵詞】納米酶 新材料 催化 理性設計 交叉學科 布局

【中圖分類號】G322/Q55 【文獻標識碼】A

【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2024.14.012

【作者簡介】閻錫蘊，中國科學院生物物理研究所研究員、博導，中國科學院院士，發(fā)展中國家科學院院士，第十四屆全國政協(xié)委員。研究方向為腫瘤免疫學、納米酶催化機制及應用研究。主要著作有《Nanozymology》《納米材料新特性及生物醫(yī)學應用》等。杜鵬，中國科學院科技戰(zhàn)略咨詢研究院研究員、博導。研究方向為科技政策、科學技術與社會、學科政策。主要論文有《納米酶：結(jié)合天然酶和人工催化的力量》《納米生物學學科發(fā)展戰(zhàn)略研究進展》等。

近年來，我國生物科技發(fā)展迅速，從論文和專利的體量上看已進入全球第一方陣，但在發(fā)展質(zhì)量和發(fā)展水平上，尤其是在基礎理論、技術原創(chuàng)和高端儀器設備和制劑方面，與美國還存在一定差距。值得注意的是，我國在一些細分領域已達到世界領先水平，納米酶就是其中的一個重要學科領域。納米酶是由我國科學家首創(chuàng)發(fā)現(xiàn)，并在短短十余年間引領其從新概念發(fā)展為新學科領域，并實現(xiàn)新應用的國際交叉學科新領域（范克龍等，2023）。這一新興交叉學科領域的發(fā)展既是建設世界科技強國和實現(xiàn)高水平科技自立自強的有益探索，也是從理論突破到技術創(chuàng)新再到產(chǎn)業(yè)發(fā)展的創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的生動實踐。

納米酶的發(fā)展沿革及其理論內(nèi)涵

納米酶的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展。納米酶的發(fā)現(xiàn)首先是國家層面鼓勵學科交叉的結(jié)果。本世紀初，國家通過部署“納米研究”重大科學研究計劃，有意識地引領推動納米研究領域形成多學科交叉的局面（解思深，2004）。來自物理、材料、化學、生物和醫(yī)學等不同領域的科學家們通過充分的交流，最終確立了國家第一個納米領域重大研究計劃的目標。在這次跨學科研討中，閻錫蘊吸收了其他學科的相關思想和理念，帶領團隊將研究多年的腫瘤新靶點及其抗體與納米材料結(jié)合，擬創(chuàng)造一種用于腫瘤檢測的免疫探針?；谶@一背景，閻錫蘊團隊發(fā)現(xiàn)了納米酶。

納米酶的發(fā)現(xiàn)可謂“出乎意料”，原本陰性對照組中的納米粒子，竟然與酶的底物反應，并產(chǎn)生如同天然酶一樣的產(chǎn)物。從這個意料之外且不合“常理”的現(xiàn)象出發(fā)，研究人員首次從酶學視角，通過與材料學、化學、物理學和酶學領域?qū)＜艺归_合作，對不同粒徑、不同表面修飾的多種納米材料在不同溫度和pH條件下的催化反應動力學進行了系統(tǒng)研究。經(jīng)過反復驗證，證實這種類似天然酶的催化反應的確來自于無機納米材料本身，即納米材料的催化現(xiàn)象是其固有的類酶催化性質(zhì)使然，該現(xiàn)象的出現(xiàn)不是偶然，而是規(guī)律。納米材料這種奇特的納米生物效應被命名為“納米酶”（Gao et al., 2007）。

自2007年納米材料的類酶催化活性被首次報道以來，迄今已有來自50余個國家的400余家研究機構報道了1200多種納米酶。閻錫蘊團隊與材料、化學、醫(yī)學等領域的科學家合作，通過系統(tǒng)性研究，系統(tǒng)建立了納米酶學（Yan and Gao, 2020），撰寫了多部納米酶學著作，并建立了相關國家標準，納米酶這一概念也被《中國大百科全書》（第三版）收錄。近年來，納米酶研究得到了多項國家重大科研項目的支持。為促進納米酶的轉(zhuǎn)化應用，中國科學院與河南省先后設立了中國科學院納米酶工程實驗室和中原納米酶實驗室。2022年，納米酶被科睿唯安-中國科學院前沿報告列為“重點熱點前沿”，該報告指出中國科學家是國際納米酶領域的引領者。同年，國際純粹和應用化學聯(lián)合會（International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC）將納米酶遴選為化學領域十大新興技術之一。納米酶在醫(yī)學、制藥、分析檢驗、環(huán)境治理、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、新能源等多種行業(yè)的廣泛應用潛能，是其交叉學科特性在應用端的體現(xiàn)。

納米酶的理論內(nèi)涵和應用研究。納米酶是指具有類酶催化活性的納米材料。隨著納米酶理論和應用研究的深入，其內(nèi)涵和外延也不斷深入和擴展，如今納米酶被認為是一類新型生物催化劑。此前，納米材料的納米效應是指因其納米尺度而表現(xiàn)出的電、磁、光、聲等物理特性方面的效應。例如，量子點因其納米尺度賦予的光學效應而具有發(fā)光特性，被應用于生物檢測、醫(yī)學成像和顯示器，并在光伏發(fā)電等領域具有應用潛能，為量子點的發(fā)現(xiàn)和應用作出重要貢獻的三位科學家因此獲得2023年諾貝爾化學獎（Manna, 2023）。而納米材料在納米尺度下表現(xiàn)出類酶催化功能，則是納米材料生物學效應的首次發(fā)現(xiàn)，其創(chuàng)新性和社會意義不言而喻。

納米酶作為一類新型生物催化劑具有廣泛的應用潛能。此前已被應用的具有催化活性的物質(zhì)包括酶和化學催化劑。酶是生物體內(nèi)發(fā)揮催化功能的生物大分子，具有催化效率高、專一性強、反應條件溫和等特點。但是由于酶容易受到多種物理、化學因素的影響而失活，因此，盡管已有近萬種酶被發(fā)現(xiàn)，但其中能夠開發(fā)為酶制劑應用的只有不足1%，其應用領域包括食品加工、紡織、造紙、皮革、生物醫(yī)藥等（袁勤生，2012），而更多的工業(yè)過程依賴于化學催化劑的使用。催化劑種類繁多，其化學性質(zhì)多為金屬、過渡金屬的氧化物及硫化物、非過渡元素氧化物等，在各行各業(yè)廣泛應用。但是由于催化劑的專一性不足，仍然不能替代酶的用途。如何將酶的特點和催化劑的優(yōu)越性相結(jié)合，是酶和催化劑領域共同面臨的挑戰(zhàn)。酶的定向進化、人工模擬酶、不對稱催化等研究是這個方向的重要突破，其中手性催化劑和不對稱有機催化的研究分獲2001年和2021年諾貝爾化學獎，酶的定向進化研究獲得2018年諾貝爾化學獎（O'Connell et al., 2024）。

納米酶具有類似酶的結(jié)構和催化機制以及類似化學催化劑的材料屬性，因此兼具酶和化學催化劑的可應用性。正如國際純粹和應用化學聯(lián)合會在2022年將納米酶遴選為化學領域十大新興技術的理由——“集天然催化和人工催化之大成”，納米酶因此有望成為開發(fā)新型催化劑的新途徑（Gomollón-Bel, 2022）。不僅如此，納米酶還具有不同于酶和金屬離子催化劑的獨特性能，例如納米酶的催化活性可被聲、光、電、熱、pH等理化條件調(diào)控，同一納米酶可能兼具多種可被調(diào)控的酶活，使納米酶具有比酶和催化劑更廣泛的用途（Jiang et al., 2019）。目前，納米酶的應用研究已涉及生物醫(yī)學、環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)及新能源等領域，其中在病原檢測、痕跡鑒定、農(nóng)作物固氮增產(chǎn)等方面的納米酶技術已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)品化和實際應用。

納米酶研究的方法論創(chuàng)新。納米酶研究的方法論融合了多學科的知識和技術，包括酶學、材料科學、化學、合成生物學和醫(yī)學（杜鵬等，2024）。傳統(tǒng)的酶學研究依賴于生物技術手段，而納米酶研究則需要綜合應用納米技術、合成化學和先進的分析技術。這種方法論的創(chuàng)新不僅使納米酶研究成為新興學科的重要組成部分，也促進了不同學科之間的深度交叉融合。例如，納米技術的發(fā)展為納米酶的研究提供了強大的工具和平臺。通過調(diào)控納米材料的尺寸、形貌、元素組成和表面性質(zhì)，研究人員可以設計和合成具有特定催化功能的納米酶，并實現(xiàn)對其催化活性和選擇性的精準調(diào)控。同時，高分辨率顯微技術和先進的表征手段使得研究人員能夠深入了解納米酶的結(jié)構和功能關系，從而為優(yōu)化其催化性能提供科學依據(jù)。

納米酶學科領域的創(chuàng)立、發(fā)展和應用研究歷程集中體現(xiàn)了我國科研工作者實事求是、堅持不懈、合作開放和敢想敢干的科學精神。納米酶的發(fā)現(xiàn)最初始于一個意料之外、不合“常理”的實驗現(xiàn)象，即通常被認為是惰性的納米材料表現(xiàn)出類似于酶的催化活性。正是由于研究人員沒有被“常理”束縛，在實事求是的基礎上，追根求源，探索現(xiàn)象背后的本質(zhì)，才能發(fā)現(xiàn)偶然背后的必然性，提出納米尺度效應賦予納米材料類酶生物學效應這一新理論。在新概念提出之初，面對來自國外某些權威的質(zhì)疑，研究人員不氣餒不放棄，將質(zhì)疑化作動力，用更多的研究成果夯實新理論，有力回應質(zhì)疑，最終使納米酶成為國際公認的新興交叉學科。

納米酶發(fā)展的前景與挑戰(zhàn)

新理論。盡管納米酶的發(fā)現(xiàn)是基于人工合成的納米材料，但越來越多的研究提示，生物體內(nèi)存在天然納米酶。例如，趨磁細菌胞內(nèi)合成的磁性納米粒子被稱為磁小體，成分為四氧化三鐵或四硫化三鐵，其功能被認為是“響應地磁的磁場感應器”。近年來有研究表明，磁小體具有過氧化物酶活性（Li et al., 2015）。從古細菌到人類等多物種體內(nèi)存在的鐵蛋白，是原核生物與真核生物用于儲存鐵離子的主要蛋白質(zhì)，能夠?qū)⒂卸镜挠坞x亞鐵離子轉(zhuǎn)化成內(nèi)部的以水鐵礦形式為主的鐵核，從而減少對生物體的傷害，而有研究表明其內(nèi)部的鐵核具有超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase, SOD）活性，在細胞內(nèi)發(fā)揮了抗氧化的作用（Ma et al., 2024）。這些發(fā)現(xiàn)提示生物體內(nèi)存在可能參與生命活動的天然納米酶。天然納米酶還被發(fā)現(xiàn)參與某些疾病。例如，蛋白質(zhì)和多肽組裝成淀粉樣纖維的行為已被認為與神經(jīng)退行性疾病密切聯(lián)系。閻錫蘊團隊在研究中發(fā)現(xiàn)組氨酸調(diào)控蛋白和多肽的淀粉樣組裝，賦予組裝體納米酶的類過氧化物酶活性，會產(chǎn)生活性氧，造成神經(jīng)細胞損傷（Yuan et al., 2023）。這一發(fā)現(xiàn)從納米酶角度提示了阿爾茨海默病發(fā)病新機制，不但證實了生物體內(nèi)存在天然納米酶，更說明了天然納米酶與疾病的重要關系。

上述天然納米酶的存在及其生理病理功能提示我們，納米酶有可能是生物體內(nèi)除蛋白和核酸外的另一種生物催化劑形式。不僅如此，納米酶作為無機材料與有機生命之間的橋梁，有可能在生命起源過程中扮演重要的角色。關于生命從哪里起源有不同的假說，而無論是火山口、深海“黑煙囪”還是地外隕石，都發(fā)現(xiàn)有納米礦物的存在。而且有研究表明，鐵鎳合金納米酶在25℃可催化CO2固定化，從無機物生成有機物，且反應產(chǎn)物和古細菌逆三羧酸循環(huán)中CO2固定的反應產(chǎn)物類似（Beyazay et al., 2023; Steffens et al., 2021），而古菌中催化該反應的酶也是以鐵、鎳為酶活中心。由此，筆者團隊提出納米酶生命起源假說：（1）納米酶可能是生命起源中的酶前催化劑；（2）生物體內(nèi)的無機納米酶顆粒可能與金屬酶系統(tǒng)進化存在聯(lián)系（Yuan et al., 2023；杜鵬等，2024）。這一假說不僅為生命起源提供了新的注解，也豐富了酶的含義。

新應用。納米酶催化醫(yī)學將是未來納米酶重要的應用領域（Zhang et al., 2024）。天然酶作為生物催化藥物，在解決與氧化還原失衡、代謝紊亂和免疫失調(diào)相關的疾病方面具有良好應用前景。然而，由于酶的活性不可控、穩(wěn)定性有限、免疫原性強等性質(zhì)，其臨床應用遇到了挑戰(zhàn)。盡管酶多種多樣，但只有有限數(shù)量的酶，如呋喃果糖苷酶、尿酸水解酶和亞氨基葡萄糖酶等被開發(fā)成藥物（Meghwanshi et al., 2020）。納米酶作為一類新型生物催化劑，為克服這些局限提供了新的途徑。

天然酶按照其催化類型可分為7大類，即氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、異構酶、裂合酶、連接酶和轉(zhuǎn)位酶。目前已發(fā)現(xiàn)和制造的納米酶催化類型覆蓋了其中的6種，即類氧化還原酶、類水解酶、類異構酶、類裂合酶、轉(zhuǎn)移酶和連接酶，其中絕大部分為類氧化還原酶，例如類過氧化物酶、類氧化酶、類超氧化物歧化酶、類過氧化氫酶和類谷胱甘肽過氧化物酶納米酶等。納米酶在催化醫(yī)學中的應用主要集中在調(diào)節(jié)體內(nèi)的活性氧平衡（Singh et al., 2023）。根據(jù)其總體催化效果，納米酶可分為抗氧化納米酶和促氧化納米酶兩大類?？寡趸{米酶主要用于治療與活性氧相關的病理情況，如輻射損傷、動脈粥樣硬化、缺血性中風和炎癥性腸病等。這些納米酶主要具有類超氧化物歧化酶或類過氧化氫酶（Catalase）活性，能夠通過接受或捐贈電子來催化活性氧的轉(zhuǎn)換，從而在體內(nèi)發(fā)揮抗氧化作用（Xu et al., 2024）。促氧化納米酶主要用于抗腫瘤和抗微生物的應用。通過催化過氧化氫的分解，促氧化納米酶能夠生成羥基自由基，從而氧化有機底物并殺死腫瘤細胞和病原體（Zhou et al., 2024）。

納米酶抗菌將是納米酶催化醫(yī)學的另一重要應用。例如，硫化鐵納米酶一方面可誘導細菌發(fā)生鐵死亡，另一方面其催化脂質(zhì)氧化的活性可破壞細菌形成的生物膜，從而發(fā)揮殺菌效應，特別是針對耐藥致病菌有獨特的抗耐藥機制（Shen et al., 2020）。

此外，納米酶還可用于生物檢測和診斷領域，如檢測生物標志物、監(jiān)測疾病進程等（Wang et al., 2018）。通過設計具有特定識別功能的納米酶，可以實現(xiàn)對生物分子的高靈敏度和高特異性檢測。

納米酶在醫(yī)學中的發(fā)展?jié)摿Σ豢珊鲆?，但要實現(xiàn)其在臨床上的廣泛應用，還需克服諸多挑戰(zhàn)。首先，納米酶的生物相容性和安全性是其臨床應用的前提。盡管目前的研究顯示許多納米酶具有良好的生物相容性，但對其在體內(nèi)長期使用的潛在毒性和副作用仍需進一步研究。其次，納米酶的制備工藝和穩(wěn)定性也是影響其臨床應用的重要因素。高效、可控的合成方法和穩(wěn)定的制劑形式是確保納米酶在實際應用中表現(xiàn)優(yōu)異的關鍵。此外，納米酶在體內(nèi)的靶向輸送和精準調(diào)控也是未來研究的重點。納米酶的靶向性可以通過表面修飾特定的靶向配體或利用納米載體進行包封和傳遞來實現(xiàn)，從而提高其在疾病治療中的有效性和安全性。

除了醫(yī)學中的應用，納米酶所具有的獨特屬性，如可調(diào)控的多酶活性、低溫催化等特性，賦予納米酶獨有的應用潛能，這是其他酶或催化劑未涉及的。例如，利用低溫納米酶在零度以下仍然能發(fā)揮催化活性的特性，研究人員正在研究將其應用于秸稈的在田降解，特別是北方秋收作物的秸稈還田，在秋冬低溫條件下將秸稈中的纖維素和半纖維素降解為小分子。該項技術的應用將有助于我國的土壤保護和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

納米酶化工將是納米酶作為新型人工酶最具潛力的應用領域。以合成氨為例，合成氨技術是在催化劑和高溫高壓條件下以氮氣和氫氣制備氨的技術，合成氨是化肥工業(yè)和有機化工的基本原料，其中90%用作氮肥。作為農(nóng)業(yè)大國，我國的合成氨產(chǎn)量位居世界第一。由于現(xiàn)有合成氨工藝依賴于高溫高壓，高耗能和高排放成為行業(yè)面臨的最大問題。為進一步加大節(jié)能降碳工作力度，2024年6月7日，國家發(fā)展改革委等5部門聯(lián)合發(fā)布包括合成氨在內(nèi)的4個行業(yè)的節(jié)能降碳專項行動計劃，以期為積極穩(wěn)妥推進碳達峰碳中和、加快發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型提供有力支撐。固氮納米酶是發(fā)展綠色合成氨技術的潛在途徑。研究人員根據(jù)與固氮植物共生的固氮菌的固氮酶的結(jié)構特點仿生合成了固氮納米酶，將其以噴施的方式應用于農(nóng)作物，可實現(xiàn)農(nóng)作物增產(chǎn)。在20萬畝150余種作物上的試驗結(jié)果表明，其增產(chǎn)率達到20%～30%。除代替化肥施用于農(nóng)作物之外，研究人員正在探索利用固氮納米酶合成氨的可行性，以常溫常壓的反應條件替代催化劑高溫高壓工藝，解決合成氨高耗能和高排放的問題。

新挑戰(zhàn)。納米酶發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)主要表現(xiàn)在以下四個方面。其一，催化機制理論建構。盡管已經(jīng)有1200多種納米酶被發(fā)現(xiàn)和報道，但是當前納米酶的催化機制研究還不成熟，納米酶尚需發(fā)展統(tǒng)一的催化理論模型。未來研究中需著力解決的問題包括：某些納米酶表現(xiàn)出與酶相似的符合米氏方程的反應動力學，是否存在不符合米氏方程動力學，甚至不同于酶動力學的納米酶？納米酶是否具有類似于酶的柔性及誘導契合機制來決定納米酶的底物特異性？納米酶結(jié)構中催化活性位點之外的結(jié)構對其特異性和催化活性有怎樣的影響？如何表征及定量納米酶表面的活性位點？

其二，納米酶的定向設計與調(diào)控。關于納米酶的定向設計具體包括：在建立催化理論模型及確定的構效關系的基礎上，開展納米酶的定向設計和按需調(diào)控；運用人工智能指導的納米酶定向設計為納米酶的應用提供保障；通過多策略指導高效（高活性與高選擇性）納米酶的設計與合成，如基于理論計算及催化構效關系指導的設計與合成、基于仿生策略的設計與合成、基于人工智能的設計與合成、基于自動化的高通量篩選與合成等。實現(xiàn)納米酶按需調(diào)控的關鍵問題包括：如何設計新催化類型納米酶？如何研究納米酶在復雜環(huán)境（如體內(nèi)）中的催化行為？如何調(diào)控納米酶在體內(nèi)的代謝與催化？

其三，相關標準的建立。納米酶是從無到有建立的新興交叉學科，其表征方法，酶活的定義、測定方法和標準，以及一系列學術和行業(yè)術語的定義等也需要從無到有逐步建立。在初步建立了納米酶術語和部分納米酶活性測量方法的國際標準和國家標準的基礎上，仍有以下標準問題亟待解決：如何建立完善的納米酶分類標準？具有不同于天然酶生物催化活性的納米酶如何命名與活性評價？如何定量評價和比較納米酶的催化活性？

其四，發(fā)展納米酶獨有的應用領域。納米酶是不同于酶和化學催化劑的新型生物催化劑。除了替代一部分酶和化學催化劑的應用場景以外，發(fā)現(xiàn)納米酶獨有的不可替代的應用領域是更具價值的探索方向。除已經(jīng)實現(xiàn)的應用以外，納米酶還在以下領域表現(xiàn)出獨特的應用價值：催化醫(yī)學（氧化還原相關疾病治療）、農(nóng)業(yè)（抗逆、增產(chǎn)、秸稈降解）、畜牧業(yè)（飼料殺菌）、食品加工（冷鏈消毒）及綠色化工（精細化學品的合成）等。未來仍需繼續(xù)開拓納米酶的應用領域。

我國納米酶及相關產(chǎn)業(yè)的布局方向與對策建議

當前，我國正處于建設世界科技強國和實現(xiàn)高水平科技自立自強的關鍵時期，在緊迫形勢下，我國需要集中攻關納米酶共性關鍵技術，完善相關基礎研究體系建設和儀器設備平臺建設，高度重視政產(chǎn)學研用一體化建設，形成自主創(chuàng)新、富有競爭力的納米酶科研生態(tài)圈以及相應的創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈。

我國納米酶及相關產(chǎn)業(yè)的布局方向。第一，突出重點，加強研究。根據(jù)目前相關專家對前沿突破和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略研判情況來看，今后一段時期，我國納米酶在基礎研究與應用研究領域應重點布局以下五個方向（焦健等，2019）：納米酶新活性及其新材料，納米酶的催化行為、催化動力學和多酶協(xié)同機制，納米酶的優(yōu)化設計、可控制備與標準化，納米酶在生物體內(nèi)的免疫相容性、代謝規(guī)律與量化研究，以及納米酶的應用研究。

第二，強化科研、產(chǎn)業(yè)、政策“三位一體”協(xié)同發(fā)展，加強與轉(zhuǎn)化醫(yī)學的結(jié)合。優(yōu)化納米酶配套政策的頂層設計、學科發(fā)展戰(zhàn)略和社會效應評估等政策研究布局，重視產(chǎn)業(yè)和市場的需求。對于納米酶研究中的關鍵科學問題，堅持“從需求中來，到產(chǎn)業(yè)中去”，推動納米酶技術創(chuàng)新上、中、下游緊密對接與耦合，促進研發(fā)、產(chǎn)業(yè)、政策協(xié)同發(fā)展。特別是在納米酶基礎研究與臨床醫(yī)療之間建立更為直接的聯(lián)系，倡導實驗室與臨床研究雙向轉(zhuǎn)化的模式。

第三，提升“納米＋”的潛能。納米尺度展現(xiàn)出許多物質(zhì)的新性質(zhì)，納米科技也成為越來越多行業(yè)領域的共性技術或關鍵技術。當前，“納米＋”的平臺效應日益凸顯，并且正在對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構的改造升級與新興產(chǎn)業(yè)的培育發(fā)展產(chǎn)生廣泛而深遠的影響。納米酶兼具天然酶與人工催化特性，應充分發(fā)揮其在經(jīng)濟社會和國家安全等諸多方面的作用和潛能。因此，需重點布局納米酶的技術研發(fā)平臺，鼓勵其朝著多樣性、適用性、創(chuàng)新性方向發(fā)展，促進跨界融合、形成更廣泛的以納米酶為關鍵工具和通用技術的新質(zhì)生產(chǎn)力。通過科技創(chuàng)新引領產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，不斷培育新產(chǎn)業(yè)、催生新模式、形成新動能。

實施布局需要的政策支撐。第一，成立納米酶專門管理機構。建議在中央科技委員會或科技部下設專門機構，開展納米酶的技術預警、需求論證、組織研發(fā)、應用推動等工作。主動跟蹤國際納米酶關鍵技術的研發(fā)動向，組織開展納米酶核心技術的研發(fā)布局，重點關注納米酶在國家科技專項中的前瞻性部署，加強納米酶領域相關高校、科研院所與產(chǎn)業(yè)機構合作的政策引導，加強標準化建設，積極主導該技術的國際規(guī)則與標準制定，引領國際納米酶領域的發(fā)展。

第二，搭建納米酶共性技術研發(fā)平臺。建議依托相關研究機構搭建納米生物酶共性技術研發(fā)平臺，并將上文提及的五個相關重點布局方向作為主要研發(fā)方向和關鍵突破口。作為一個匯聚平臺，納米酶共性技術研發(fā)平臺需要在納米尺度上突出新興科學技術的整體發(fā)展觀，重點關注納米酶高新技術專用設備的研發(fā)，強化納米酶產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈相關機構的合作伙伴關系，開展納米酶核心技術、共性技術、重大顛覆性技術研發(fā)，滿足國民經(jīng)濟、社會發(fā)展和國家安全的需求。

第三，推動學科交叉融合。建議通過設立專項基金來支持納米酶及其交叉學科的關鍵科學問題研究，加強納米酶與機器學習、深度學習等人工智能應用的深度結(jié)合，發(fā)展數(shù)據(jù)驅(qū)動型科學研究的基礎算法模型、復雜系統(tǒng)的計算機模擬以及相應的通用技術方法。完善學科交叉融合研究的資助體系，建立跨領域、跨專業(yè)青年人才聯(lián)合培養(yǎng)模式和機制。建立不同高校和科研院所之間常態(tài)化的合作機制和協(xié)作網(wǎng)絡，鼓勵開展跨部門、跨行業(yè)、跨學科的交叉合作研究。

第四，完善以企業(yè)為主體的納米酶技術創(chuàng)新體系。建議由國家發(fā)展改革委牽頭研究制定《納米酶高新技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項政策》，推動納米酶政產(chǎn)學研用一體化建設。深入調(diào)研、全面了解醫(yī)院和藥企的實際問題和實際需求，進一步創(chuàng)新完善支持政策，鼓勵納米酶產(chǎn)業(yè)的領軍企業(yè)牽頭承擔國家相關科技重大任務，引導企業(yè)開展基礎性、前沿性、實用性創(chuàng)新研究，在技術創(chuàng)新決策、研發(fā)投入、科研組織和成果轉(zhuǎn)化等方面，強化企業(yè)的主導作用。同時，引導創(chuàng)新組織方式，鼓勵地方和社會力量參與，聚焦納米酶技術的標志性成果，設置成果轉(zhuǎn)化基金以加快成果應用和轉(zhuǎn)化。

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Nanozyme: Theoretical Connotation, Development Prospect and Policy Suggestions

Yan Xiyun Du Peng

Abstracts: As one of the original scientific research achievements of Chinese scientists, nanozyme is the product of interdisciplinary integration. The development of this emerging interdisciplinary scientific field not only explores beneficial pathways for building great power in science and technology and achieving fast-tracking progress toward greater self-reliance and strength in S&T, but also a vibrant practice of innovation-driven development from theoretical breakthrough to technological innovation to industrial development. Nanozyme represents a new type of artificial enzyme and biocatalyst, which breaks the traditional boundary between inorganic materials and organic life. It not only has the physical and chemical properties of nanomaterials, but also has unique enzyme-like catalytic activity. As a new concept and material, nanozymes have vast application prospects. Simultaneously, they face new challenges in catalytic mechanism theory construction, targeted design and regulation, establishment of relevant standards, and development of unique application fields for nanozymes. China needs to concentrate on key technologies of nanozymes, improve related basic research system construction and instrument equipment platform, attach great importance to the integration of government, industry, academia, and research, form an innovative ecosystem for nanozyme research with competitiveness, and develop corresponding innovation chains, industry chains, and value chains.

Keywords: nanozymes, new materials, catalysis, rational design, interdiscipline, layout