近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所蒋长龙团队在纳米酶催化领域取得重要进展，制备出一种具有二维六边形超薄纳米片结构的铜掺杂的钴铝层状双氧化物（CoAlCu-LDO）纳米酶，用于汗液多代谢物的高灵敏检测，为设计高效纳米酶材料提供了新思路。相关研究成果以“Cascade-amplified 2D ultrathin hexagonal Cu-doped LDO nanozyme for multiplexed wearable monitoring of sweat metabolites”为题发表在国际生物信息领域著名期刊Biosensors and Bioelectronics (Biosens. Bioelectron. 2026, 309, 118826)。

    天然酶作为生物体内高效的催化物质，在生物传感、疾病诊断等多领域应用广泛。然而，天然酶自身存在稳定性差、提纯成本高、难以回收利用等固有缺陷，这在很大程度上限制了其实际推广应用。纳米酶是一类具有类酶催化活性的功能纳米材料，凭借高稳定性、可规模化制备、成本低廉等优势，近年来成为人工模拟酶领域的研究热点。然而，目前已报道的大多数纳米酶仍面临催化效率偏低、对底物亲和力不足等瓶颈，进而导致级联检测灵敏度难以进一步提升。

    鉴于此，研究人员从材料结构设计出发，通过构建钴-铝-铜（Co-Al-Cu）三金属协同的层状多金属氧化物，成功破解了传统纳米酶亲和力与催化速率难以兼顾的难题。该材料呈现规整的二维六边形纳米片形貌，厚度仅为数纳米。这种超薄结构赋予其高比表面积和快速传质两大优势，使催化活性位点得以充分暴露，底物分子能够迅速抵达反应界面。与此同时，钴、铝、铜三种金属之间存在强烈的协同效应，从电子结构层面优化了级联反应关键底物H2O2的活化与电荷转移过程，大幅提升了催化效率。得益于这一精巧的结构设计，CoAlCu-LDO展现出高催化速率、强底物亲和力以及专一的类过氧化物酶活性，其催化效率达到天然酶的数十倍，有效破解了传统纳米酶催化效率偏低、副反应干扰严重的共性难题。

    在此基础上，团队将该纳米酶与天然氧化酶联用，构建了高效级联比色传感体系，成功实现了对血液及汗液中胆固醇、尿酸和葡萄糖的高灵敏检测。考虑到实际应用的便利性需求，团队进一步研发出以此为核心的级联比色海绵，实现了对汗液中多代谢物的实时检测，且三项指标均能在10分钟内完成响应。同时，结合智能手机成像和卷积神经网络（CNN）分析，团队开发出用于非侵入性汗液分析的便携式平台和概念腕表，在真实运动场景中成功实现了三种靶标的同步原位监测。

    该研究为高性能纳米酶的设计提供了新的结构范式，并扩展了其在精确医疗诊断和生物传感方面的应用。

    上述工作得到了国家自然科学基金（22406188, U23A20265, 22274158）、国家重点研发计划（2021YFD2000202）、安徽省自然科学基金（2208085MB30）的资助支持。合肥物质院为第一完成单位与通讯单位，固体所蒋若瑄为第一作者，张淑东研究员、蒋长龙研究员为通讯作者。

    文章链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2026.118826

图1. 酶-纳米酶级联系统的结构设计及其实际应用。

图2. LDO@Enzyme级联比色海绵应用于汗液多代谢物同步监测。