纳米酶是具有酶样性质的催化纳米材料，具有成本低、稳定性高、催化活性可调、易于大规模生产等优点。由于这些原因，它们被广泛应用于生物传感、治疗和环境保护。然而，与天然酶相比，纳米酶活性位点的低密度与催化活性低有关。
此外，它们的不均匀元素组成和小面结构衍生的复杂催化机制严重限制了传统纳米酶的广泛应用。中国科学院长春应用化学研究所董绍俊院士领导的研究团队发现了一类新单原子纳米酶。
它将最先进的单原子技术与固有的酶样活性位点结合起来。研究人员利用碳纳米束约束的轴向n -配位的FeN5中心(FeN5 SA/CNF)合成了单原子纳米酶。理论计算和实验研究表明，芬5 SA/CNF的类氧化活性最高是由酶样活性位点和催化机理决定。原子分散的金属中心最大程度地提高了原子利用效率和活性位点的密度。
良好的协调结构为机理研究提供了一个清晰的实验模型。目前研究结果表明，单原子纳米酶克服了传统纳米酶的关键缺陷。此外，模拟天然酶的活性位点似乎是合成单原子纳米酶的一种有效方法，具有较高的活性和清晰的机理。
模拟细胞crome P450活性中心的原子分散Fe位点示意图、原子结构表征以及单原子纳米酶类氧化物活性的实验和理论研究。图片：DONG Shaojun
此外，单原子纳米酶的催化性能和机理主要取决于活性中心的空间构型，而不是载体的大小、结构或表面。因此，通过改变所支持的纳米材料，某些类型的活性位点可以扩展到具有明确酶样机制的一般应用。这项发表在《科学进展》上的研究表明，单原子纳米酶的定义为纳米酶的催化机理和合理设计提供了一个新视角，也显示出成为下一代纳米酶的巨大潜力。传统纳米酶技术面临着复杂的尺寸、组成和表面依赖的催化作用以及固有低活性位点密度的巨大挑战。
发现的一类新单原子纳米酶，它在纳米材料中具有原子分散的酶样活性位点，显著提高了催化性能，并揭示了其作用机理。以氧化酶催化为模型反应，实验研究和理论计算表明，单原子纳米酶与碳纳米纤维限制的FeN5活性中心(FeN5 SA/CNF)催化行为类似于细胞色素P450的轴向配体配位血红素。芬5 SA/CNF具有明确的活性基团和关键协同作用，使其具有清晰的电子推挤作用机制，并在其他纳米酶中具有最高的类氧化活性(速率常数是商用Pt/C的70倍)和广泛抗菌应用。
