纳米酶在食品检测中的应用研究进展

李芙蓉，向发椿，曹丽萍，邵 勇，佘永新，郑鹭飞，金茂俊，金 芬，王 静，李崇瑛*，王珊珊,*

（1.中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，北京 100081；2.成都理工大学材料与化学化工学院，四川 成都 610059）

食品安全问题已成为全世界共同面临的重大挑战，其不仅会对人类健康造成巨大危害，还会严重制约进出口贸易及工业发展[1-2]。因此，开发高效的食品安全精准检测技术对保障食品安全至关重要。气相色谱、高效液相色谱、气相色谱-质谱联用和高效液相色谱-质谱联用等色谱方法是当前食品安全监测中最常用的检测技术[2-4]。虽然其具有灵敏度高、准确性好等优点，但也存在设备较为昂贵、耗时长、操作相对复杂、对技术人员专业要求高等缺点，无法满足食品生产、加工、流通和销售全链条实时有效监控的需求[1]。因此，开发简单、准确、经济的现场快速检测技术成为研究热点。

天然酶具有催化活性高、底物特异性强等优点，作为核心识别材料或标记物在酶抑制法和免疫分析法等常用快速检测技术中发挥着重要作用。但受其本身的局限性，诸如难以制备和提纯、成本高、稳定性差、贮存条件苛刻等的影响，限制了其应用和推广[5]。鉴于此，部分环糊精、金属复合物、聚合物、超分子化合物、纳米酶等人工模拟酶相继被开发出来。纳米酶是一类具有类酶催化活性的纳米材料[1]。自2007年研究人员发现磁性Fe3O4纳米材料本身具有类似辣根过氧化物酶（peroxidase horseradish，HRP）的催化活性[6]，可催化H2O2氧化四甲基联苯胺（tetramethylbenzidine，TMB）和邻苯二胺（o-phenylenediamine，OPD）等显色底物显色后，纳米酶备受瞩目，已成为分析传感、生物医学、环境修复等领域的研究热点[7-8]。金属（单金属及合金）纳米材料[8]、碳纳米管[9]、石墨烯及其衍生物[10]、铈氧化物[11]、钒氧化物[12]、钴氧化物[13]等一系列纳米材料被发现具有类酶活性。与天然酶相比，纳米酶除具有稳定性高、成本低、可批量生产、贮存期长等优点外，其表面易修饰和功能可裁剪的特性为实现不同场景的应用提供了可能[14]。

近年来，随着纳米科学、传感技术、理论计算等领域的发展，纳米酶在食品安全领域取得了突飞猛进的发展，展现出极具潜力的应用前景[1,15-16]。本文结合近年来国内外的相关研究成果，详述贵金属、金属氧化物、碳材料、金属有机框架材料等常见纳米酶材料的模拟酶特性及其催化机理，纳米酶传感器的原理及其在农药、兽药、无机离子、真菌毒素、食源性病原体、违禁添加物、酚类化合物等食品污染物快速检测领域中最新应用进展，最后在此基础上，展望了纳米酶应用面临的挑战和未来发展趋势，以期为新型纳米模拟酶传感器的设计、性能提升及应用提供理论依据。

1 纳米酶类型及催化机理

纳米酶是一类具有类酶活性的纳米材料。由于其独特的物理化学性质，已成为最具前景的天然酶替代材料之一，在分析传感、疾病诊断和治疗、环境保护、抗菌等方面展示出巨大的应用前景[7-8,15-16]。依据催化活性，可将纳米酶分为类过氧化物酶、类过氧化氢酶、类超氧化物歧化酶、类氧化酶和类水解酶等[7]。纳米酶催化活性主要取决于表面电子转移过程。为设计新型纳米酶材料、提高其催化活性、拓宽其应用范围，近年来，研究者利用电子自旋共振技术（electron spin resonance，ESR）、密度泛函理论（density functional theory，DFT）计算、X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）、电子顺磁共振（electron paramagnetic resonance，EPR）、酶稳态动力学表征等多种技术对纳米酶的催化机理开展了理论研究。目前，研究人员已发现金属、金属氧化物/硫化物、碳纳米材料、金属有机框架材料等纳米材料具有模拟酶活性，并对其催化活性和催化机理进行了分析探索。

1.1 贵金属纳米酶

常见的贵金属纳米酶主要包括金（Au）、银（Ag）、铂（Pt）、钯（Pd）等及其所形成的合金材料。这些纳米酶大多具有类氧化酶、类过氧化物酶、类过氧化氢酶、类超氧化物歧化酶以及类水解酶等多种催化活性，其中以其作为过氧化物酶和氧化酶在分析传感领域的应用最为广泛。贵金属纳米酶的催化活性缘于其表面对底物的吸附、活化和电子转移，受材料尺寸、形貌、表面修饰物、pH值等因素影响。Shen Xiaomei等[8]通过DFT计算和辅助实验对贵金属Au、Ag、Pt、Pd及其合金的类氧化酶和类超氧化物歧化酶活性进行研究。结果表明，贵金属可通过催化氧气分子分解为氧原子进而吸附TMB、抗坏血酸等有机底物中的氢原子，从而实现氧气对底物的氧化（方程（1）、（2）），且其活性取决于金属组成和晶面暴露程度，催化活性从高到低依次为Pd（111）＞Pt（111）＞＞Au（111）、Ag（111）。当作为超氧化歧化酶时，其催化机理如方程（3）～（4）所示，O2-·可与水反应生成HO2·，而HO2·极易被吸附在重金属表面重排生成H2O2和O2（图1）。

图1 HO2·在Au（111）（A）和Pt（111）（B）晶面上重排机理[8]Fig.1 Rearrangements of two HO2· groups on (111) facets of Au (A)and Pt (B)[8]

此外，研究者也对贵金属的类过氧化物酶活性和类过氧化氢酶活性也进行了探讨。相关研究表明贵金属对过氧化氢的催化机理主要受pH值影响，在低pH值条件下H2O2在金属表面发生碱性分解，贵金属（Au、Ag、Pd和Pt）表现出类过氧化物酶活性，而在高pH值条件下，H2O2在金属表面发生酸性分解，表现出类过氧化氢酶活性[17]。

1.2 金属氧化物

金属氧化物基纳米酶主要指过渡金属氧化物，包括铁氧化物、铈氧化物、锰氧化物、铜氧化物、钴氧化物、钒氧化物等。与贵金属基纳米酶不同，金属元素价态的改变对其催化活性起着决定作用。

铁氧化物纳米酶包括Fe3O4、Fe2O3、MFe2O4（M为钴（Co）、锰（Mn）、锌（Zn））等，可模拟过氧化物酶、氧化酶和过氧化氢酶等天然酶的催化活性。其中，Fe3O4纳米粒子自被发现可催化H2O2-TMB显色反应以来，由其生物相容性好、易于修饰且具有独特的磁学特性，在H2O2、葡萄糖、有机污染物等传感分析检测方面取得了广泛的应用[18]。稳态动力学和催化实验表明，其催化H2O2-TMB反应的机理为乒乓机理，与HRP相比，其对H2O2亲和力减弱，对TMB亲和力增强，温度和酸碱耐受性更强[6]。分子机理研究表明，Fe2+和Fe3+之间的转化是其呈现高过氧化物酶活性的关键。其催化反应动力学曲线也基本符合米氏动力学规律。

铈氧化物纳米粒子由于同时存成Ce3+和Ce4+两种价态，且具有氧空位结构，因而具备了多种酶活性，比如过氧化物酶、过氧化氢酶、氧化酶和超氧化物歧化酶[11]。氧化铈中Ce3+/Ce4+比例以及溶液pH值对其类酶活性具有重要影响。Asati等[19]发现氧化铈可在无外加氧化剂的情况下使有机底物显色，证明其具有氧化酶活性，并将其作为HRP酶的替代物用于酶联免疫吸附测定（enzyme linked immunosorbent assay，ELISA）中。研究结果表明，酸性条件和减小粒径尺寸有利于提高其氧化酶活性。Heckert等[20]的研究表明Ce3+/Ce4+也能发生类芬顿反应，催化H2O2产生羟自由基，其催化机理如方程（5）～（7）。随后，Jiao Xue等[21]证明了氧化铈纳米粒子具有类过氧化物酶活性，并采用比色法实现了葡萄糖的快速测定。Pirmohamed等[22]研究发现氧化铈还具有类过氧化氢酶活性和类超氧化物歧化酶活性，并通过EPR分析证明当氧化铈纳米粒子Ce3+/Ce4+比例相对较低时，类过氧化氢酶活性占主导地位，反之，类超氧化物歧化酶活性占主导地位。当其作为超氧化物歧化酶时，催化机理如方程（8）～（9）所示；当其作为过氧化氢酶时，通过两个半反应催化H2O2，一个H2O2分子与Ce4+通过氧化还原反应生成质子、氧气和Ce3+；另一个H2O2分子结合在氧空位上，将Ce3+氧化为Ce4+并释放出H2O分子[23]。

除铁氧化物和铈氧化物外，研究者也开发了GeO2、V2O5以及Co3O4等金属氧化物纳米酶。Liang Xin等[15]采用水热法合成了只具有类过氧化物酶活性而不具备氧化酶活性GeO2纳米酶。稳态动力学和·OH荧光测试结果表明，与HRP和Fe3O4等不同，其催化H2O2氧化TMB过程中，不产生·OH和O2-·等自由基，而是生成GeO2-H2O2-TMB三元复合物中间体。V2O5纳米颗粒具有类卤素过氧化物酶、类谷胱甘肽过氧化物酶和类氧化酶活性，可在H2O2存在下催化卤离子生成次卤酸、催化谷胱甘肽生成氧化型谷胱甘肽，也可在不加H2O2条件下催化TMB显色，用于谷胱甘肽的比色法测定[12]。Mu Jianshuai等[24]发现Co3O4纳米粒子具有类过氧化物酶和类过氧化氢酶活性。稳态动力学实验表明，其对底物TMB的亲和力高于HRP，对底物H2O2的亲和力低于HRP，其类过氧化物酶活性缘于Co3O4纳米酶加速TMB与H2O2间转移电子，而不是因为羟自由基的生成。Qin Wenjie等[13]发现Co3O4具有氧化酶活性，研究表明，Co3O4的类氧化酶催化活性并非源自·OH或O2-·自由基的产生，而是来源于Co3O4纳米酶加速TMB和吸附在其表面的氧气间的电子转移。

1.3 碳基纳米材料的催化机理

碳基纳米材料主要包括富勒烯、石墨烯、碳纳米管及它们的衍生物等，因其独特的物理化学和电化学性质引起了科学家们对其作为模拟酶的研究兴趣。目前碳基纳米材料已被证实具有类过氧化物酶、类超氧化物歧化酶和类水解酶活性[25]，其中以其作为过氧化物酶模拟酶的机理研究和应用最为广泛。

Li Ruimin等[10]发现富勒烯的衍生物C60[C(COOH)2]2具有类过氧化物模拟酶活性。研究表明，C60[C(COOH)2]2类过氧化酶活性主要与C60独特的电子共轭结构有关，TMB通过π-π相互作用吸附在碳笼表面，其分子内氨基的孤对电子转移至碳笼，使碳笼的电子密度和迁移率得以提高，进而加速了碳笼到H2O2的电子转移。Sun Hanjun等[26]通过对其表面—C＝O、—O＝CO—、—C—OH等不同官能团进行消除，结合实验数据和理论计算对GODs的类过氧化物酶催化机理进行了探索。结果表明，—C＝O和—O＝CO—分别作为催化活性位点和底物结合位点，对石墨烯量子点（graphene quantum dots，GODs）纳米酶活性具有促进作用，而—C—OH的存在会抑制GODs的催化活性。Zhao Ruisheng等[9]利用DFT进一步从分子层面揭示了纳米碳氧化物的类过氧化物酶催化机理。结果表明，共轭大π键的存在对其类过氧化物酶活性至关重要，—COOH可辅助H2O2产生·OH进而氧化TMB。此外，单壁碳纳米管、螺旋状碳纳米管、光致发光氮化碳点、多色发光碳纳米颗粒和碳量子点也都被证明具有过氧化物酶的活性[10]。

为进一步提高碳基纳米酶的催化活性、赋予材料新的性能，研究者们采用掺杂技术和杂化技术，开发了Co、Cu、Fe等金属或非金属掺杂碳基纳米材料以及血红素/石墨烯、纳米金/石墨烯、普鲁士蓝/碳纳米管等纳米杂化材料，拓展了碳基纳米材料作为纳米酶在生物传感等方面的应用。例如，Mu Jianshuai等[27]制备了Co掺杂的类石墨相碳化氮（Co-g-C3N4），并发现Co掺杂有利于TMB-g-C3N4-H2O2间的电子转移，可显著提升g-C3N4的类过氧化物酶活性。Qiu Na等[28]设计合成了三维石墨烯磁性纳米材料（three-dimensional graphene/mesoporous Fe3O4，3D GF/M-Fe3O4），并发现由于3D GF和M-Fe3O4的协同作用，复合材料类过氧化酶活性远高于3D GF和M-Fe3O4。

1.4 金属有机框架材料的催化机理

金属有机框架化合物（metal organic frameworks，MOFs）是由无机金属离子和有机配体通过配位键自组装得到的具有特定孔径结构的多孔纳米材料。由于其具有比表面积大、易于修饰、孔道多样、功能可调、富含不饱和金属中心等特点，已成为纳米酶领域的研究热点。

Fe、Co、Cu是常用的构建MOFs基纳米酶的金属中心。据报道，MIL-53(Fe)、MIL-68、MIL-100、MIL-101、Fe-MIL-88NH2等MIL系列MOFs、Cu-MOFs、Co-MOFs以及Co/2Fe-MOFs均具有类过氧化物酶活性[14]，其催化机理为芬顿/类芬顿反应，催化H2O2生成·OH。此外，Ce-MOFs可作为氧化酶的模拟酶[29]。与CeO2相比，Ce-MOFs具有更高的类氧化酶活性，这可能是其具有较大的比表面积且与TMB间有较强的π-π相互作用引起的。除MOFs自身具有模拟酶活性外，还可通过对MOFs进行化学修饰或者制备MOFs复合物提高催化性能。Chen Weihai等[30]首先以2,2-二吡啶-5,5-二羧酸为有机配体，以Zr4+为金属中心制备了UiO（University of Oslo）型MOFs，再通过Cu2+与联吡啶配位获得了Cu2+后修饰的MOFs基纳米酶Cu2+-NMOFs。研究表明，与Cu2+单独使用或Cu2+与联吡啶混合使用相比，Cu2+-NMOFs对H2O2-多巴胺的催化效率显著提高，说明Cu2+-NMOFs的催化活性缘于Cu2+-双吡啶复合物和MOFs的协同作用。此外，Cu2+-NMOFs还可催化H2O2-Amplex红、H2O2-鲁米诺、H2O2-NADH等反应体系，有利于实现多目标的多模式检测。He Li等[31]采用原位合成法制备了AuNPs/MOFs纳米复合物，结果表明，该法制备的AuNPs/MOFs对H2O2-TMB的催化效率远高于物理混合物制备的AuNPs/MOFs以及AuNPs或MOFs单独使用，推测其较高的催化活性是AuNPs和MOFs的协同作用加速了自由基·OH、O2-·、O2的生成导致的。

除MOFs外，MOFs衍生物也被发现具有类酶活性[32]。例如，Li Siqi等[33]以ZIF-67为前驱体，通过热解一步制备了具有氧化酶活性的Co、N共掺杂的多孔碳纳米杂化物（Co,N co-doped hierarchically porous carbon，Co,NHPC），可有效催化O2氧化TMB、1,2-二氨基苯和2,2’-叠氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐等显色剂显色。活性氧测试结果表明，在催化反应中主要生成了O2和O2·自由基。Co,N-HPC的高比表面积和多孔结构使溶解氧得以快速扩散到催化活性位点。

2 纳米酶在食品检测中的应用

纳米酶由于具有活性可调、功能可控、易于修饰、成本低、易于批量生产、环境耐受性好、稳定性高等独特优势，近年来，作为天然酶的新兴替代物，在食品安全领域展现出广阔的应用前景。研究者利用污染物与纳米酶的相互作用、污染物对纳米酶催化体系的调控作用、或将纳米酶作为标记物，开发出大量基于纳米酶的高性能光学、电化学、质量型传感器，用于食品中农药、兽药、真菌毒素、病原体、重金属、违禁添加物等污染物的检测（表1）。

表1 纳米酶在食品检测中的应用Table 1 Applications of nanozymes in food safety detection

续表1

2.1 农药残留检测

农药在防治农作物病虫害、提高农作物品质方面发挥着重要作用，是农业生产中不可或缺的投入品。然而随着农药的广泛使用，尤其是其过量和不合理使用，所造成的农产品、水、土壤和空气中农药残留污染问题日益突出。由于大多数农药难以降解，且具有一定的毒性，残留在食品和环境中的农药通过食物链、呼吸和皮肤接触进入人体后，会导致慢/极性中毒，对人体造成较大危害。为实现农药残留的快速、准确、灵敏检测，研究者们开发出一系列基于纳米酶的农药残留快速分析方法并取得了较好的应用效果。

Fe3O4纳米酶首先被开发应用于农药残留分析。Guan Guijian等[34]将Fe3O4作为过氧化物酶模拟酶催化鲁米诺化学发光反应，在乙醇存在的情况下，超氧阴离子被清除，化学发光反应被显著抑制，进而通过灭线磷和乙醇与Fe3O4纳米粒子的竞争结合作用，建立了turn-on模式的有机磷化学发光检测方法。随后，研究者们报道了基于CeO2

[35]、GeO2[15]、NiO[36]等金属氧化物纳米酶的农药残留速测方法。Wei Jinchao等[35]研究发现CeO2具有类磷酸水解酶活性，可催化甲基对氧磷水解生成黄色的对硝基苯酚，进而以荧光碳点为探针，通过对硝基苯酚对碳点荧光的猝灭作用，实现了花旗参和饮用水中甲基对氧磷的荧光速测，检出限为3.75×10-2nmol/L。Liang Xin等[15]合成了具有类过氧化物酶活性的GeO2纳米颗粒，可在H2O2存在下催化TMB显色，进一步将其与酶抑制法联用，构建了GeO2-乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase，AChE）反应体系用于有机磷农药的检测。其检测机理为乙酰硫代胆碱在AChE作用下水解生成可降解GeO2的硫代胆碱，抑制显色反应发生；而当体系中存在对氧磷时，AChE活性被抑制，显色反应得以进行。结果表明，所制备的GeO2纳米酶在pH 4～7条件下均具有较高催化活性，热稳定性和化学稳定性均优于HRP，此外，与Fe3O4、NiFe2O4、Co3O4、CuO等类过氧化物酶相比，具有更高的催化速率（vm＝23.4×10-8mol/（L·s））和底物亲和力，且极易被硫代胆碱降解；同时，由于其只具备过氧化物酶活性、不具备氧化酶活性，且为白色，显著消除了纳米粒子自身颜色和内在氧化活性对比色检测的干扰，因此大大提高了结果的准确度和灵敏度。该法线性范围为1×10-13～5×10-11mol/L，检测限为1.4×10-5nmol/L，为实现水和果汁中有机磷农药残留量的精准测定提供了新途径。Khairy等[36]开发了一种简单灵敏的基于NiO纳米酶修饰的丝网印刷电极。由于NiO对对硫磷具有较强的吸附作用，该电化学传感器检测限为24 nmol/L，灵敏度高、抗干扰能力强，可实现对水、尿液和蔬菜等多种样品中有机磷残留量的快速测定。

除金属氧化物外，贵金属、碳纳米材料也作为模拟酶广泛应用于农药残留的快速测定。Singh等[37]利用马拉硫磷对Pd-Au纳米棒类过氧化物酶活性的抑制作用，以邻苯二胺为显色底物，基于Pd-Au纳米棒催化H2O2氧化邻苯二胺显色，提出了一种简单、灵敏、无标记的马拉硫磷比色测定法，检出限为1.8×102nmol/L，低于我国GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》规定饮用水中马拉硫磷的限量值（0.05 mg/L）。研究结果表明，所制备的Pd-Au纳米酶在酸性条件（pH 2.0～6.0）具有较高催化活性，在碱性条件下，活性较低，动力学参数Km和Kcat均优于HRP，且由于其对马拉硫磷分子中R—S—R’基团较强的亲和力，使得马拉硫磷对其催化位点具有较强的吸附抑制作用，从而使该法对巴拉松、毒死蜱等有机磷以及硫酸锌等金属盐无交叉反应，具有超高的选择性。为进一步提高特异性，Weerathunge等[38]以核酸适配体为识别元件，利用银纳米粒子的类过氧化物酶活性，对毒死蜱进行了比色法测定。该法检测原理为当核酸适配体吸附在Ag表面时，可有效抑制Ag纳米酶活性，从而减弱H2O2-TMB显色反应程度；当体系中加入毒死蜱，适配体从纳米酶表面解离，纳米酶活性得以恢复，显色反应增强。结果表明，与敌敌畏等其他有机磷及噻虫嗪等非有机磷农药相比，该法对毒死蜱具有较好的特异性和选择性，检出限为3.2×104nmol/L，低于GB 5749—2006规定饮用水中毒死蜱的限量值（0.03 mg/L），可满足检测需求。本课题组以分子印迹聚合物为识别材料，以半抗原修饰的PtNPs为三唑磷竞争物，利用PtNPs的类过氧化物酶活性催化H2O2氧化TMB生成具有较强拉曼信号的蓝色氧化产物TMB2+，实现了水和梨中三唑磷的比色法和表面拉曼增强光谱法双模式测定，检出限为3.2 nmol/L[7]，低于欧盟标准（EU）2017/626《欧盟农药数据库-农药残留和最大残留水平》规定的梨中三唑磷的最大残留限量（0.01 mg/kg）。Zhu Yunyao等[16]制备了具有类过氧化物酶活性的氮掺杂石墨烯、氮/硫掺杂石墨烯和石墨烯氧化物3 种纳米酶材料，并用其构建了检测芳香族农药的比色纳米酶传感器阵列（图2）。3 种杂原子掺杂的石墨烯纳米酶可催化H2O2氧化TMB，发生明显的显色反应；当芳香族农药被石墨烯吸附时，纳米酶的活性位点被掩盖，导致其类过氧化物酶活性降低，显色程度减弱。由于不同的芳香族农药对3 种纳米酶的抑制作用不同，所制备的纳米酶传感器阵列可成功分辨出5×103～5×105nmol/L的5 种农药，并区分每种农药的不同浓度以及两种混合农药的不同比例。该研究提供了一种交叉响应且成本经济的速测方法，为农药的残留测定提供了新思路。

图2 基于杂原子掺杂的石墨烯纳米酶农药阵列检测示意图[16]Fig.2 Schematic diagram of nanozyme sensor arrays based on heteroatom-doped graphene for detecting pesticides[16]

纳米酶的活性对检测灵敏度和准确度具有重要影响，设计合成杂化材料是提高纳米酶活性的有效手段。Chang Yachu等[39]合成了CuO/MWCNTs纳米杂化材料。结果表明，CuO/MWCNTs比MWCNTs具有更高的类过氧化物酶催化活性，可通过加速电子转移过程有效催化H2O2氧化荧光红燃料，进而通过草甘膦对其活性的吸附抑制作用，构建了水中草甘膦的荧光速测方法。该法不仅灵敏度高（检出限为4.0 nmol/L，低于GB 5749—2006规定的饮用水中草甘膦的限量值0.7 mg/L），且对草甘磷具有良好的选择性，在快速筛查草甘磷方面具有较好的应用前景。Bagheri等[40]开发了一种具有类过氧化物酶活性的Fe3O4@ZIF-8纳米酶，并结合AChE和胆碱氧化酶（choline oxidase，CHO），以对苯二甲酸为荧光底物，通过Fe3O4@ZIF-8对H2O2-对苯二甲酸的催化反应和二嗪农对AChE的抑制作用构建了二嗪农的荧光传感器。研究表明，所制备的Fe3O4@ZIF-8较Fe3O4和ZIF-8具有更高的类过氧化物酶活性，且具有优异的磁性和稳定性，至少可重复回收利用10 次。该法线性范围为0.5～500.0 nmol/L，检测限为0.2 nmol/L，可实现水和果汁中有机磷农药的准确快速测定。

2.2 金属离子检测

重金属离子难以生物降解，且极易通过食物链大量蓄积在人体内，对人体消化系统、生殖系统、神经系统、心血管系统造成不可逆的伤害，危害极大。因此，开发灵敏、快速、简便的重金属检测方法，一直是食品安全监测领域的研究热点。

研究表明，金属粒子可增强或抑制纳米酶的催化活性。据此，Gao Zhuangqiang等[41]设计了一种具有类过氧化物酶活性的聚乙烯吡咯烷酮（polyvinylpyrrolidone，PVP）修饰的铂纳米立方颗粒（Pt@PVP），通过Ag+对其表面活性位点的吸附占据所导致的模拟酶活性减弱，H2O2-TMB显色反应程度降低，构建了一种检测水中Ag+的比色传感器（图3）。该传感器线性范围为10-5～10-7mol/L，与其他基于纳米金的比色法相比，具有灵敏度高（检测限为8×10-2nmol/L）、响应速度快（6 min）等优势，且由于Ag+和Pt@PVP间面心立方晶格和PVP的协同相互作用，对Ag+显示出较强的特异性，抗干扰能力强，可满足我国对自来水中Ag的检测需求（限量值为0.05 mg/L）。氨基酸对纳米酶反应催化体系具有一定调控作，基于纳米酶-氨基酸-金属离子三者相互作用，研究人员开发了系列检测方法。Zhang Wenchi等[42]采用组氨酸（His）对钯纳米粒子（Pd nanoparticles，PdNPs）的类过氧化物酶活性进行调控。His修饰可改变PdNPs的粒径大小、元素价态和表面性质，与纯PdNPs相比，His-Pd纳米酶尺寸更小、Pd0（零价态Pd）含量更高、亲水性更好，因而其对H2O2-TMB显色反应的催化能力得以显著提高。而当体系中存在Ag+时，Ag+与His间的强相互作用可将His改性剂从纳米酶表面剥落，从而降低其催化活性。利用该原理在可在30～300 nmol/L的线性范围内实现了对水中Ag+的准确特异性测定，检测限为4.7 nmol/L。基于Hg2+和半胱氨酸（Cys）的相互作用，Mohammadpour等[43]以碳点（carbon dots，CDs）作为过氧化物酶模拟酶开发了比色传感器，Hg2+检出限为23 nmol/L。半胱氨酸作为一种强大的抗自由基生物分子，当其加入反应体系后，能够成功抑制阳离子自由基的生成，阻止底物TMB的蓝色氧化产物出现。而Hg2+对半胱氨酸具有较强的亲和力，使得显色产物蓝色阳离子正常生成，显色程度随Hg2+浓度增加而增强。聚集诱导发光增强效应在传感分析领域展现出广阔的应用前景，因此，研究者们开始探索聚集效应对纳米酶活性的影响。Liao Hong等[44]研究发现Pb2+可通过诱导谷胱甘肽修饰的AuNCs聚集从而极大地提高AuNPs的类过氧化物酶活性（对H2O2-TMB反应的催化活性提高了近10 倍）。在此基础上，建立了一种简便、可靠的比色法用于Pb2+检测，线性范围为2.0×103～2.5×105nmol/L，检测限为2×103nmol/L，在环境和食品样品中重金属离子速测方面具有较好的潜在应用价值。Jiang Cuifeng等[45]证明了Hg2+对壳聚糖修饰的AuNPs类过氧化物酶活性具有聚集诱导增强效应，并据此建立了一种免标记、简单、快速的Hg2+可视化检测方法。

图3 基于PVP修饰的Pt纳米酶的Ag＋比色法检测原理[41]Fig.3 Schematic illustration of the principle of the PVP-capped Pt nanozyme assay for colorimetric detection of Ag+[41]

K+、Fe2+等虽然是人体必需的金属离子，但其摄入过量也会对人体健康造成较大威胁，因此，建立该类离子的速测方法对保障人体健康也具有重要意义。Chen Zhengbo等[46]研究表明在AuNPs表面修饰K+的核酸适配体可通过提高AuNPs负电荷密度增强AuNPs与带正电的TMB的亲和力，进而提高电子转移速度，增强AuNPs的类过氧化物酶活性；而当目标离子K+存在时，适配体与K+特异性结合并离开AuNPs表面，导致AuNPs催化活性下降。Chen Zhengbo等利用该原理制备了一种简单灵敏的比色传感器，用于K+测定，该法检测限为6×10-2nmol/L，灵敏度比其他光学检测方法提高了2～9 个数量级，且具有较好的选择性。与目标物抑制纳米酶催化活性不同。有研究表明Fe2+可以显著提高MoS2纳米片类过氧化物酶的活性[47-48]。研究者基于这种协同增强效应分别构建了免标记的比色和荧光传感器，用于测定水中Fe2+，检出限分别为7 nmol/L和3.5 nmol/L。

2.3 兽药残留检测

随着畜牧业的快速发展，兽药被广泛应用于动物疾病的预防、控制和治疗以及动物生理机能的调节。然而过量残留在肉、蛋、奶等动物源性食品中的兽药及其代谢物将通过食物链累积，对人类健康造成威胁。因此，建立快速、有效、可靠的兽药残留检测方法，对保障国民安全具有重大意义。近年来，研究人员已基于纳米酶开发出灵敏、经济、可靠、便捷的兽药检测方法，并成功用于牛奶[50,52-53]、蜂蜜[50-51]、鸡蛋[50]等样品的检测。

抗生物分子可直接与纳米酶发生相互作用进而调节其催化活性，基于此，Wang Yilin等[49]构建了基于Fe3O4NPs的比色传感器，用于测定四环素类抗生素。四环素类抗生素分子对Fe3O4表面的Fe2+和Fe3+具有很强的亲和力，所形成的Fe3O4-四环素复合物可通过芬顿反应催化H2O2氧化TMB，且对H2O2-TMB的催化反应效率优于Fe3O4NPs。该方法对土霉素、四环霉素、强力霉素的检出限分别为26、45、48 nmol/L。

兽药残留具有浓度低、残留种类多样以及所处于的样品基质复杂、干扰物质多等特点。如将纳米酶与特异性识别元件相结合，将有效提高检测灵敏度、准确度和特异性，解决痕量兽药难以精准定量的问题。抗体可有效识别目标物，提高检测精准度。Chang Honghong等[50]制备了壳聚糖修饰的AgI/TiO2纳米粒子，该复合材料在pH 3下具有优异的光催化活性。由于AgI和TiO2能级匹配，AgI/TiO2异质结有利于光生电子和空穴的分离，光生空穴可促使TMB氧化，光生电子可通过还原O2生成超氧阴离子自由基从而氧化TMB，进而将抗体偶联在AgI/TiO2上，Chang Honghong等[50]通过磁珠标记氯霉素和氯霉素对抗体的竞争结合作用，开发了氯霉素的光响应比色法免疫分析法。结果表明，由于复合材料的光催化活性优于AgI和TiO2自身，基于AgI/TiO2构建的比色传感器灵敏度优于基于AgI和TiO2构建的比色传感器，此外，该传感器仅需加入底物TMB，无需使用H2O2，灵敏度高（检出限为3×10-2nmol/L）、特异性好、重复性好、稳定性高，可成功应用于牛奶、蜂蜜、鸡蛋等多种复杂基质；同时其提出的光响应策略为纳米酶在食品安全领域的应用提供了新方向。核酸适配体不但与目标分子具有高亲和力和特异性结合作用，还可调控纳米酶活性。将核酸适配体与纳米酶结合，既能对目标物实现特异性捕获，有效避免干扰，还有利于基于纳米酶-适配体-目标物三者相互作用发展新的传感基元和检测模式。Wang Chunshuai等[51]基于适配体对AuNPs类过氧化物酶活性的抑制作用和目标物诱导适配体置换机理，实现了卡那霉素的超灵敏电化学检测。AuNPs可催化H2O2与硫氨酸反应生成氧化硫氨酸，适配体的修饰使AuNPs催化活性被抑制。当体系中存在卡那霉素时，由于其与适配体高的亲和力特异性识别作用形成卡那霉素-适配体复合物，使得适配体从AuNPs表面脱落，AuNPs类过氧化物酶活性得以恢复，观测到明显的电化学信号。该法线性范围为0.1～60.0 nmol/L，检测限为6×10-2nmol/L，灵敏度优于GB/T 22995—2008《蜂蜜中链霉素、双氢链霉素和卡那霉素残留量的测定 液相色谱-串联质谱法》限量（0.005 mg/kg），可成功应用于蜂蜜中卡那霉素的检测。Yan Jiao等[52]基于磺胺地索辛适配体对AuNPs类过氧化物酶活性的抑制作用，以TMB为显色底物，采用比色法测定了牛奶样品中的磺胺地索辛残留量。该法线性检测限为32 nmol/L，可在15 min内完成。类似的，Zhao Jing等[53]以链霉素适配体为特异性识别元件，以2,2’-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid，ABTS）为显色底物，建立了基于AuNPs类过氧化物酶活性的比色传感器，实现了牛奶样品中链霉素的快速测定，检出限为86 nmol/L，低于GB/T 22969—2008《奶粉和牛奶中链霉素、双氢链霉素和卡那霉素残留量的测定 液相色谱-串联质谱法》规定的牛奶中链霉素的最大残留限量（0.02 mg/kg）。上述基于适配体-纳米酶构建的传感检测方法具有简选择性好、抗干扰能力强、灵敏度高、响应速度快等优点，且无需依赖大型仪器，在动物源性食品中痕量兽药残留日常检测方面具有较大潜力。

2.4 真菌毒素检测

真菌毒素是真菌在适宜条件下产生的次级代谢产物，是食品和饲料的主要污染物之一。由于真菌的广泛存在，虽然可在农作物生长、采后贮藏及加工过程中加以控制减少真菌毒素污染，但不能完全将其消除。相关研究表明，即使是低剂量真菌毒素的摄入，也可能会造成肝脏、肾脏或神经毒性甚至死亡。为保障人体健康，近年来，研究者们开发了基于纳米酶传感器用于真菌毒素的检测，与传统分析方法相比，具有操作简单、检测成本低、灵敏、快速、可实现现场检测等优点。

比色法由于具有可视化、成本低、便捷等独特优势，受到了人们广泛关注。Lai Wenqiang等[54]采用酶串联催化放大策略，构建了一种灵敏度有效提高的新型黄曲霉毒素B1（aflatoxin B1，AFB1）比色免疫传感器。研究表明，二维结构MnO2纳米片的超高比表面积使得其对TMB的吸附能力较强，进而对TMB氧化具有优异的类氧化酶催化活性，抗坏血酸可以溶解MnO2生成Mn2+，催化反应终止，反应体系显色程度减弱，而抗坏血酸氧化酶的存在可有效减弱这一过程，显色程度随抗坏血酸氧化酶浓度增加而增强。基于此，研究者利用抗坏血酸氧化酶/AFB1标记的纳米金和磁珠偶联AFB1-牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA），采用竞争反应模式，结合MnO2-TMB显色体系，成功测定了花生中AFB1的浓度，检出限为2×10-2nmol/L，远低于GB 2763—2021《食品安全国家标准 食品中农药最大残留限量》对食品中AFB1的限量（0.005～0.020 mg/kg）。该法耦合天然酶-模拟酶催化反应，具有灵敏度高、重复性和稳定性好等优点，对基于纳米酶传感器的痕量目标物分析提供了新途径。除抗体外，研究者也开发基于适配体识别作用的纳米酶传感器用于真菌毒素的检测。Huang Lunjie等[55]设计了具有类氧化酶活性的MnCo2O4纳米酶，结果表明，MnCo2O4可作为氧化酶催化TMB显色，且由于晶体表面Co3+/Co2+和Mn3+/Mn2+氧化还原催化循环的协同作用，MnCo2O4催化活性优于Co3O4、Mn3O4、MnO2、CeO2、MnFe2O4等金属氧化物。赭曲霉素A（ochratoxin A，OTA）适配体的加入使得MnCo2O4表面活性位点被屏蔽，抑制了MnCo2O4-TMB间的电子转移效率，使显色反应程度减弱；加入OTA后，适配体与OTA形成复合物，从纳米酶表面脱落，MnCo2O4活性恢复。依据该原理，Huang Lunjie等[55]构建了玉米样品中OTA的高灵敏、高选择性比色检测方法，检测限0.19 nmol/L，赭曲霉素B、赭曲霉素C、玉米赤霉烯酮和黄曲霉毒素B1均无干扰，因此该方法可用于食品中OTA的风险监测（OTA限量值0.005～0.010 mg/kg）。类似的，Sun Shumin等[56]利用玉米赤霉烯酮（zearalenone，ZEN）适配体对AuNPs-H2O2-TMB催化体系的抑制作用，实现了玉米和玉米油中ZEN的测定，该方法法检出限为31 nmol/L。Tian Fengyu等[57]报道了碱性磷酸酶-MnO2类氧化酶串联催化放大体系用于果汁中痕量OTA测定的方法，检测限为6.9×10-2nmol/L。该法以适配体作为识别元素，实现了OTA的高效捕获；通过生物素-链霉亲和素反应和寡核苷酸杂交策略，设计制备了亲和素修饰磁珠-生物素标记适配体-生物素标记互补DNA-亲和素标记碱性磷酸酶复合物，既避免了复杂的共价偶联过程，也有利于分离富集；以碱性磷酸酶-抗坏血酸-2-磷酸体系通过抗坏血酸磷酸酯水解产物抗坏血酸还原MnO2生成Mn2+调控MnO2-TMB反应程度进行信号多级放大，对构建基于适配体的纳米酶传感器具有较好的通用性。

除比色传感器外，研究者们也探索了电化学、荧光等传感检测方法。Shu Jian等[58]设计合成了一种PtNPs/CoTPP/rGO纳米复合材料，并以其作为HRP酶替代物标记AFB1抗体，建立了高灵敏的竞争型电化学免疫传感器，成功用于花生样品中AFB1的测定。该方法不但检测限（1.6×10-2nmol/L，5 pg/mL）远低于GB 2761—2017《食品安全国家标准 食品中真菌毒素限量》规定的花生中最大残留限量（0.02 mg/ kg），准确度和精密度也可媲美商业试剂盒，且具有更快速便捷的优势，在食品中AFB1的日常检测中具有较广的应用前景。Bagheri等[59]报道了一种应用分子印迹聚合物（molecular imprintedpolymer，MIP）提高纳米酶传感器灵敏度和特异性的方法。其以展青霉素为模板分子、以具有类过氧化物酶活性的基于银锌纳米颗粒的金属有机框架（Ag nanoparticle/Zn-based MOF nanocomposite，AgNPs/Znbased MOF）为载体，通过溶胶-凝胶印迹技术制备AgNPs@ZnMOF@MIP纳米复合材料，通过分子印迹薄层对展青霉素的特异性吸附以及展青霉素对AgNPs/Znbased MOF催化位点的屏蔽抑制作用，以对苯二甲酸为荧光催化底物，设计了一种灵敏可靠的展青霉素的荧光传感器。该法检测限为60 nmol/L、特异性好，可成功应用于环境水和苹果汁中展青霉素的测定。

2.5 食源性病原体检测

食源性病原体是指引发食源性疾病的细菌、病毒、寄生虫和部分真菌，主要包括大肠杆菌O157:H7、李斯特菌、绿脓杆菌、阪崎肠杆菌、痢疾杆菌、沙门氏菌和诺如病毒等，由其造成的食品污染已在全世界范围内引起了广泛的关注。酶联免疫法是该类污染物检测中最常用的方法之一。采用纳米酶代替天然生物酶，可有效避免生物酶应用面临的缺陷，提高检测灵敏度、稳定性和效率并降低成本。

大肠杆菌O157:H7是一种严重危害人类健康的致病菌。Han Jiaojiao等[60]以Pd-PtNPs纳米酶标记抗体，基于双抗夹心建立了大肠杆菌O157:H7的侧向免疫层析法，用于牛奶中大肠杆菌O157:H7的测定。结果表明，制备的Pd-Pt纳米酶具有优异的类过氧化物酶活性，可有效催化H2O2-TMB显色反应，显著提高了灵敏度，检出限为9×102CFU/mL。采用同样的双抗夹心原理，Jiang Ta等[61]以Pt-AuNPs纳米酶为抗体标记物，通过其催化H2O2氧化TMB，实现了大肠杆菌O157:H7的免疫层析可视化测定，检出限为102CFU/mL，远优于胶体金试纸条和商业试纸条（105～107CFU/mL）。Wang Zonghan等[62]制备了甘露糖修饰的普鲁士蓝纳米酶，以其作为H2O2-TMB显色信号催化放大探针和大肠杆菌O157:H7特异性识别材料，通过形成抗体-大肠杆菌O157:H7-纳米酶夹心结构，实现了水、西瓜汁、牛奶和紫甘蓝中大肠杆菌O157:H7的可视化分析，检出限为102CFU/mL。上述检测方法操作简便，无需细菌培养、核酸提取等预处理，可实现病原体的快速现场筛查，对其他食源性病原体的检测具有较好的通用性和借鉴意义。单核细胞增生李斯特菌是最常见、最致命的食源性病原体之一，可引起神经和免疫系统感染。Zhang Lisha等[63]设计制备了一种具有类过氧化物酶活性的Fe3O4磁纳米粒子团簇（Fe3O4nanoparticle cluster，Fe3O4NPC），并将其偶联适配体，利用对李斯特菌识别位点与适配体不同的万古霉素，采用比色夹心法测定了牛奶样品中李斯特菌的含量。研究结果表明，由于Fe3O4NPs间的群体协同效应，Fe3O4NPC对H2O2-TMB的催化活性远优于Fe3O4NPs，以其作为信号放大探针，有效提高了灵敏度，检出限为5.4×103CFU/mL，同时由于采用三明治夹心法，该方法具有较好的特异性。Liu Yushen等[64]开发了一种基于Ag纳米酶调控AuNPs聚集形态的比色传感器。邻苯二胺可诱发羧基修饰的AuNPs聚集，而AgNCs催化邻苯二胺氧化，使聚集体解聚，溶液由蓝色变为红色。基于这一原理，利用适配体修饰的磁珠和抗体修饰的AgNCs捕获李斯特菌形成三明治结构，结合磁分离技术，实现了猪肉中李斯特菌的准确测定，同时灵敏度得以提升，检测限为10 CFU/mL。阪崎肠杆细菌对免疫力较低者及婴幼儿具有较大危害，感染严重可引起败血症、脑膜炎等。Zhang Li等[65]报道了一种基于生物酶-纳米酶串联催化和双抗夹心法的试纸条，用于阪崎肠杆细菌活菌的检测。该法采用单叠氮溴化丙啶区分阪崎肠杆细菌活菌和死菌、环介导等温扩增技术进行信号放大及DNA定量、Fe3O4类过氧化物酶纳米酶催化H2O2氧化二氨基联苯胺显色，灵敏度与胶体金试纸条相比显著提高（检测限为2 CFU/mL），为开发快速、高灵敏的活菌现场检测提供了有利的工具。Weerathunge等[66]利用诺如病毒与其核酸适配体的高亲和力和核酸适配体对AuNPs类过氧化物酶催化活性的吸附抑制作用实现了诺如病毒的检测。该法抗干扰能力强、可适用多种检测场景，且与常规ELISA试纸条、石墨烯/纳米金标记抗体ELISA等现有方法相比在灵敏度（30 MNV/mL）和响应时间（10 min）上均展现出较大优势，对其他病原体的实时现场快速检测具有较好的借鉴意义。

2.6 其他污染物的检测

除上述物质外，纳米酶还可用于食品中其他污染物的检测中，如苏丹红I、三聚氰胺、克伦特罗、莱克多巴胺等违禁添加物、对苯二酚、对硝基苯酚等有机污染物、NO2-、CN-等无机物。

滥用禁用添加物所造成的食品安全问题屡见报道。苏丹红I具有强烈的致癌作用，已被国家癌症研究机构列为三类致癌物，严禁在食品中添加。然而由于其颜色鲜艳、不易褪色、价格低廉，仍然被不法分子大量使用在食品生产加工过程中。Palanisamy等[67]首次制备了Graphene/β-CD/PtNPs复合材料，并通过其开发出一种灵敏可靠的新型电化学传感器，用于测定食品中的苏丹红I。循坏伏安法实验结果表明，将PtNPs沉积在Graphene/β-CD表面，有利于增加苏丹红I的吸附位点并加快电极和苏丹红I间的电子转移，因此，与Graphene/β-CD和PtNPs单独修饰的电极相比，Graphene/β-CD/PtNPs修饰的电极对苏丹红I的电催化活性较强，可显著提高检测灵敏度。该法可实现辣椒粉、辣椒酱、番茄酱和番茄沙司中苏丹红I的测定，检测限为1.6 nmol/L。三聚氰胺可提高蛋白质检测值，然而其长期摄入会导致泌尿系统中膀胱、肾产生结石甚至诱发膀胱癌，因此，国家严格限制其作为食品添加剂使用，并规定了食品中三聚氰胺的限量值（婴幼儿配方食品：1 mg/kg；其他食品：2.5 mg/kg，参考GB/T 22388—2008《原料乳与乳制品中三聚氰胺检测方法》）。Ni Pengjuan等[68]发现三聚氰胺可通过诱导AuNPs聚集提高其类过氧化物酶活性，并利用该原理偶联TMB-H2O2反应，开发了比色传感器，紫外-可见光谱的检出限为0.2 nmol/L，肉眼观察的检出限为5×102nmol/L，可成功应用于牛奶、奶粉中三聚氰胺的检测。盐酸克伦特罗和莱克多巴胺作为β-受体激动剂，可有效增加肌肉蛋白含量并减低肌肉脂肪组织含量、提高动物生长速度。然而其在动物组织尤其是内脏中残留风险较高，会引起头晕、头疼、恶心、呕吐等症状，严重的可导致死亡，我国已禁止其作为兽药和饲料添加剂使用。Zhang Lihui等[69]以具有超高比表面积的氧化锆为载体制备了(NH4)5PV8Mo4O40/ZrO2纳米复合物。研究表明，由于(NH4)5PV8Mo4O40和ZrO2的协同作用，该复合材料修饰的电极具有稳定性好、响应快速、电催化活性高等优点，可用于猪肉样品中克伦特罗和莱克多巴胺的灵敏、快速检测，检出限分别为5.03 nmol/L和9.3×102nmol/L。

据报道，外源性酚类化合物在食品、环境样品中均有检出，部分被列为3 类致癌物，对人体危害不容忽视。Yang Haiguan等[70]首次证明了CeVO4同时具有类过氧化物酶和氧化酶活性，可催化TMB显色，其催化H2O2氧化TMB主要因为H2O2分解生成羟自由基，其类氧化物活性主要与活性氧物质的生成有关。由于对苯二酚是一种较强的抗自由基化合物，可抑制CeVO4-TMB催化氧化过程，而间苯二酚和邻苯二酚不能影响TMB显色反应发生，故该比色法可成功区别对苯二酚和邻/间二苯酚，具有较好的选择性、特异性和灵敏度（检出限为40 nmol/L）。4-氨基安替比林与邻苯二酚、对苯二酚、间苯二酚可在氧化剂存在下生成不同颜色的苯二氮卓类化合物。利用这一原理，Sun Ruiling等[71]开发了基于血红素-石墨烯杂化纳米片类过氧化物酶活性的比色传感器，实现了水中邻苯二酚、对苯二酚、间苯二酚的同时测定，检出限分别为1.6×106、8.3×105、2.5×106nmol/L。

亚硝酸盐广泛存在于自然界中，其也可作为防腐剂和肉制品护色剂用于食品生产中，然而食用亚硝盐含量较高的食品，会引起呼吸衰竭甚至诱发癌症。Zhuang Zhenjing等[72]通过在碳点表面原位还原氯金酸制备了C/AuNPs纳米杂化物，并将该杂化物沉积在玻碳电极（glassy carbon electrode，GCE）上用于亚硝酸盐的电化学检测。实验结果表明，由于碳点和AuNPs的协同作用，C/AuNPs修饰的GCE对亚硝酸盐的氧化展现了良好的电催化活性，可实现水样中亚硝酸盐的快速高灵敏检测（检测限为60 nmol/L），且方法准确度可与GB/T 7493—1987《水质 亚硝酸盐氮的测定 分光光度法》相媲美。碘是人体的必需微量元素，其过多或者不足摄入都会引起人体健康风险。He Shaobin等[73]制备了羧基壳聚糖修饰的PdNPs，I-可与Pd0形成Pd-I键从而占据PdNPs催化活性位点并诱导其聚沉，导致PdNPs对H2O2-TMB反应的催化活性下降，显色减弱。利用这一原理，He Shaobin等[73]采用比色法实现了水中I-的分析，检出限为0.19 nmol/L。

3 结 语

纳米酶由于兼具天然酶的催化活性以及易于修饰、可裁剪性强、制备简单、可适用于极端环境、便于贮存运输等纳米材料的独特优势，已在食品安全检测领域取得了突飞猛进的发展。虽然其应用有效克服了传统检测方法的不足，具备一定的优点，促进了食品安全检测技术的发展，但仍面临着诸多挑战（表2）。

表2 纳米酶应用优势与挑战Table 2 Main advantages and disadvantages of peroxidase-like nanozymes

首先，与天然酶相比，纳米酶种类有限且大部分纳米酶活性较低，且目前对纳米酶的研究主要集中在氧化还原酶模拟酶上，对其他类模拟酶的关注相对较少。因此，通过材料设计、形貌、粒径、结构和组成调控、表面修饰、元素掺杂、材料复合等技术，模拟天然酶活性中心结构和微环境、精准控制催化位点、发挥复合材料协同效应，以丰富纳米酶种类并提高其自身催化性能是未来重要的研究方向之一。

其次，与天然酶可催化特定底物不同，纳米酶底物选择性和特异性较差，如何提升纳米酶体系的特异性和选择性是亟待解决的技术瓶颈之一。虽然将天然酶与纳米酶整合可提高反应体系选择性，但天然酶的引入也带了天然酶应用时所面临的局限性。发挥纳米酶易修饰的特点，引入分子印迹技术和核酸适配体等识别技术等是可尝试的研究方向。

再次，纳米酶的催化机理研究还较为浅显，导致当前纳米酶的定向设计较为困难。利用理论模拟和实验分析，结合物理化学表征手段和人工智能学习，深入探索纳米酶催化机理，对研究纳米酶结构组成和其功能构效关系，依据应用场景合理设计纳米酶功能、调控纳米酶活性，开发新型多功能纳米酶材料，实现复杂食品基质中的痕量污染物分析具有重要意义，是未来的研究热点。

此外，尽管纳米酶已在食品安全领域取得了瞩目的研究进展，但目标物仍局限在少数污染物。研究污染物与纳米酶相互作用机理，开发新的传感策略是拓展纳米酶在食品检测领域应用的重点研究方向之一。

最后，当前基于纳米酶的分析方法多为比色法，虽然比色法具有操作简单、成本低等优势，但其灵敏度相对较低、易受杂质干扰，导致复杂基质中痕量污染物检测不准确。如何利用纳米酶自身独特的物理化学性质（磁性、荧光、热等），将纳米酶和化学发光、荧光光谱、电化学、拉曼光谱等技术相结合，构建多模式、实时、灵敏、准确的智能检测技术是未来的研究趋势。