آنزیم‌های طبیعی بیوماکرومولکول‌هایی با فعالیت‌های کاتالیزوری بسیار انتخابی هستند که مواد اولیه را طی فرآیندهای بیوشیمیایی به محصولات تبدیل می‌کنند. این آنزیم‌ها در مقایسه با کاتالیزورهای مصنوعی، برتری های متعددی از جمله بازدهی بالاتر و اختصاصی بودنِ فرآیندِ کاتالیزوری، فعالیت هم در محیط‌های آبی و هم تحت شرایط محیطی(بدون نیاز به دما و فشار بالا) و قابلیت تنظیم عملکرد دارند. آنزیم‌ها به شکل ساختارهای سه بعدی با هسته‌های آب‌گریز احاطه شده توسط پوسته‌های آب‌دوست، تاخوردگی پیدا کرده‌اند. چنین ساختاری اجازه می‌دهد تا واکنش‌ها درون بخش‌های آب‌گریز آنزیم رخ دهند و این امر به اختصاصت عملکرد آنزیم‌ها منجر می‌شود.
آنزیم‌های طبیعی که عموماً از جنس پروتئین و یا اسید نوکلئیک هستند به دلیل ساختارشان به‌ناچار دارای چندین اشکال ذاتی از جمله به‌راحتی دناتوره شدن، تولید پرزحمت، ذخیره سازی دشوار، هزینه بالای تولید و دشواری بازیافت مواد حاصل از آن‌ها، در فرآیندها هستند.
مقلدهای آنزیمی (یا آنزیم‌های مصنوعی) رفتار شبیه به آنزیم‌های طبیعی هستند، اما فاقد برخی از معایب آنزیم‌های طبیعی هستند. به‌طور کلی، مقلدهای آنزیمی دارای ویژگی‌های زیر هستند: ساختارهای دارای پیچیدگی کمتر نسبت به همتایان طبیعی خود، وزن مولکولی کمتر؛ پایداری بالاتر نسبت به آنزیم‌های طبیعی، به ویژه در دماهای بالا و حلالیت بهتر در طیف وسیعی از حلال‌ها.
در واقع نانوزیم‌ها نسل جدیدی از آنزیم‌های مصنوعی هستند که مزایای قابل‌توجهی مانند فعالیت بیوکاتالیستی باثبات، پایداری فوق‌العاده بالا در شرایط محیطی به عنوان مواد معدنی که آن‌ها را تحت تأثیر فعالیت‌های تخریب کننده ساختارهای بیولوژیکی قرار نمی‌دهد، استحکام عالی، سنتز و عامل‌سازی آسان و تولید کم‌هزینه را نشان می‌دهند.
انواع و ویژگی‌های نانوزیم‌ها
در حال حاضر، نانوزیم‌ها عمدتاً از فلز و اکسیدهای فلزی تشکیل شده‌اند، زیرا مرکز فعال فلزی می‌تواند به‌طور مؤثر فرآیند ردوکس الکترونیکی کاتالیزوری که توسط آنزیم‌های طبیعی ممکن می‌شود را تقلید کند. به‌طور خاص، فعالیت‌های شبه آنزیمی تحت تأثیر عوامل مختلفی مانند حالت‌های اکسیداسیون مرکز فلزی، عامل احیاکننده، دما و pH محیط اطراف قرار می‌گیرند.
دسته بندی نانوزیم‌ها را می‌توان بر اساس واکنش کاتالیز شده توسط آن‌ها، ابعاد ساختاری آن‌ها (صفر بعدی، یک بعدی، دو بعدی یا سه بعدی)، مرکز فعال کاتالیتیکی شان(به‌طور ویژه در مورد نانوزیم‌های حاوی اتم‌های فلزی) و نیز کاربردهایشان دسته بندی کرد.
1. نانوزیم‌هاشبه اکسیدازها OXDs
اکسیدازهای طبیعی آنزیم‌هایی هستند که واکنش اکسیداسیون-احیا را کاتالیز می‌کنند، تولید H2O2 و رادیکال‌های سوپراکسید توسط این آنزیم‌ها می‌تواند به اکسیداسیون مؤثر سوبستراهای فاقد رنگ و تبدیل آن‌ها به محصولات رنگی منجر شود. از این رو این آنزیم‌ها در زیست حسگرها و نیز سنجش‌های زیستی برای تولید سیگنال به کار گرفته می‌شوند.
نانوزیم‌های مبتنی بر طلا و مس، نمایندگان خوبی برای آنزیم‌های مقلد اکسیداز هستند. مکانیسم پیشنهادی فعالسازی مولکولی برای کاتالیز گلوکز توسط AuNP و فعالیت گلوکز اکسیدازی این آنزیم به‌طور خلاصه اینگونه است.
توجه به این نکته مهم است که رفتار کاتالیزوری نانوذرات به اندازه، شکل، ترکیب و شیمی سطح نانوذرات بستگی دارد. تغییر این پارامترها می‌تواند منجر به فعالیت‌های مطلوب یا غیرمنتظره نانوآنزیم شود. به عنوان مثال، نانوذرات آنتی اکسیدانی سریا (CeNPs) بسته به تغییرات نسبت Ce+3/Ce+4 ، توانایی نشان دادن فعالیت شبه کاتالازی و شبه سوپراکسیددیسموتازی (SOD) را دارند. با این حال، اصلاح سطحی CeNP ها با دکستران زیست سازگار منجر به نمایش فعالیت مشابه اکسیداز شده است.
در توافق با مطالعه سینتیکی مشخص شد که فعالیت نانوزیم‌ها به شدت به pH، اندازه و ضخامت پوشش سطح CeNPs بستگی دارد و هرچه pH اسیدی‌تر، اندازه کوچک‌تر و پوشش سطح نازک‌تر باشد، فعالیت شبه اکسیدازی با سرعت سریع‌تر در مقایسه با HRP انجام می‌شود.
در ادامه از همین دسته از مقلدهای اکسیدازی (CeNP ها) به وسیله کونژوگه کردن ذرات با پلی اکریلیک اسید(PAA) و سپس عامل‌دارکردن با اسید فولیک برای تشخیص سلول‌های توموری استفاده کردند.
در گزارشی دیگر، آلیاژ Fe-Pt با استفاده از پلی اکسی اتیلن کلستریل اتر تهیه شد که فعالیت مشابه اکسیداز ذاتی و قوی با سرعت واکنش 10 برابری در مقایسه با سایر نانومواد اکسید کننده گزارش شده از خود نشان می‌دهد. علاوه بر این، دنگ و همکاران فعالیت کاتالیزی افزایش یافته سوبسترای TMB توسط نانوذرات پلاتین پایدارشده با کیتوزان را گزارش کردند که با حضور اسید فسفاتاز(ACP) این فعالیت تشدید می‌شد. همین امر موجب برجسته شدن پتانسیل آن‌ها به عنوان مقلدهای اکسیداز برای تشخیص نشانگرهای زیستی شد.
2. نانوزیم‌های شبه پراکسیدازها PODs
PODهـای طبیعـی خانـواده بزرگـی از آنزیم‌ها هسـتند کـه می‌توانند بـه پراکسـیدها حمله کننـد. ایـن آنزیم‌ها معمولاً در حضور H2O2، سوبسترا را اکسید می‌کنند. آنزیم‌های پراکسیداز در سم‌زدایی رادیکال‌های آزاد و دفاع در برابر پاتوژن‌های مهاجم بسیار خوب عمل می‌کنند. علاوه بر این پراکسیدازها به‌طور گسترده در زمینه شیمی بالینی و بیوآنالیتیک برای کاتالیز آنزیمی سوبستراهای رنگ‌سنجی که منجر به تولید سیگنال‌هایی برای تشخیص آنالیت‌های هدف می‌شود، مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
پذیرفته شده ترین مکانیسم برای فعالیت شبه پراکسیدازی نانومواد در شرایط اسیدی اتخاذ شده است، به گونه‌ای که H2O2 فعال شده به عنوان دهنده الکترون عمل می‌کند و در سطح نانو مواد متحمل تجزیه قلیایی می‌شود که به تولید OH و آنیون سوپراکسید اکسیژن کمک می‌کند. رادیکال‌های OH– و O2– باعث اکسیداسیون بعدی سوبستراهای پراکسیداز و در نهایت منجر به تشکیل مواد رنگی می‌شوند.
همچنین از نانو مواد مغناطیسی Fe3O4 که دارای خواص POD ذاتی هستند، برای تشخیص H2O2 و گلوگز به کار می‌روند. با استفاده از مزیت‌های این مواد که شامل تولید رادیکال‌های آزاد و خواص مغناطیسی اکسید آهن (امکان جداسازی ذرات از محیط توسط نیروی مغناطیسی را ممکن می‌کند) برای تخریب آلاینده‌های آلی استفاده کرد.
3. نانوزیم‌های شبه کاتالاز‌ها (CATs)
CAT ها در محیط سلولی اهمیت زیادی دارند زیرا تجزیه پراکسید هیدروژن به آب و اکسیژن مولکولی را کاتالیز می‌کنند. تغییر شکل رادیکال سوپراکسید توسط آنزیم‌های طبیعی سوپراکسیددیسموتاز موجود در سلول به تولید H2O2 اضافی در سلول منجر می‌شود. علاوه بر این، H2O2 یک مولکول تقریبا پایدار و کمتر فعال است، از این رو می‌تواند نقش دوگانه‌ای را در سیستم‌های بیولوژیکی به عنوان یک عامل سیگنال‌دهی و به عنوان یک گونه اکسیژن فعال غیررادیکالی ایفا کند.
مزایای متعدد نانوزیم‌های پلاتین تقلیدکننده کاتالاز به آن‌ها اجازه می‌دهد تا برای درمان فتودینامیک(PDT) و کاربردهای زیست حسگری مختلفی مورد بهره‌برداری قرار گیرند. به عنوان مثال، نانوذرات هسته طلا/پوسته پلاتین برای کاهش هیپوکسی تومور و افزایش سمیت سلولی با واسطه سلول‌های ایمنی استفاده شده است.
4. نانوزیم‌هاشبه سوپراکسیددیسموتاز(SOD)
آنزیم‌های طبیعی SOD نقش مهمی در زمینه حفاظت سلولی پستانداران ایفا می‌کنند زیرا می‌توانند آنیون‌های سوپراکسید O2– را که یکی از گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) است را از طریق تولید H2O2 و O2 از بین ببرند. SOD آنزیمی است که به‌طور متناوب تغییر (یا تقسیم) رادیکال سوپراکسید(O2–) را به O2 یا پراکسید هیدروژن H2O2 کاتالیز می‌کند.
اختلال در تنظیم تولید گونه‌های فعال اکسیژن(ROS) در سطح سلولی می‌تواند منجر به افزایش استرس اکسیداتیو و اثرات نامطلوب برای بدن موجود زنده شود. با توجه به عدم پایداری و هزینه بالای تولید آنزیم‌های طبیعی SOD، در چند سال گذشته تلاش‌های زیادی برای ایجاد یک جایگزین موثر به عنوان شبیه‌ساز SOD انجام شده است.
از آنجایی که ROS می‌تواند به اسیدهای نوکلئیک، پروتئین‌ها، پلی ساکاریدها، لیپیدها و سایر مولکول‌های بیولوژیکی حمله کند، نانوزیم‌های آزاد کننده ROS می‌توانند خواص ضد میکروبی عالی داشته باشند. علاوه بر این، نانوزیم‌های تقلید کننده POD می‌توانند رادیکال‌های هیدروکسیل با خواص اکسیداتیو تولید کنند. با توجه به این ویژگی‌ها، نانوزیم‌ها به‌طور گستردهای برای از بین بردن مشکلات زیست محیطی استفاده شده‌اند. نانوزیم‌ها می‌توانند در تشخیص برخی آلاینده‌ها و همچنین برای از بین بردن موثر آن‌ها مورد استفاده قرار گیرند.
5. نانوزیم‌های فلزی و اکسید فلزی
نانوزیم‌های فلزی و اکسیدفلزی موجود را می‌توان از نظر ویژگی‌های ساختاری تقریباً به نانومواد مونوفلز، آلیاژ فلز، اکسید فلز، نانوساختار هسته/پوسته فلزی و هیبرید تقسیم کرد. نانوآنزیم‌های مونو فلزی دارای پایداری شیمیایی بالایی در شرایط طبیعی هستند. آن‌ها معمولاً دارای مکان‌هایی برای کونژوگاسیون سریع، خواص قابل توجه رزونانس پلاسمون سطحی(SPR) و خواص برتر نوری و تبدیل فتوترمال هستند. با این حال تمایل این نانوذرات به تجمع به شکل نانوخوشه‌ها منجر به کاهش فعالیت کاتالیزوری آن‌ها می‌شود. به علاوه بیشتر نانوآنزیم‌های ساخته شده از فلزات نجیب دارای سمیت بیولوژیکی هستند.
نشان داده شده است که نانومواد فلزی(مانند طلا، نقره، پالادیم، پلاتین و غیره) می‌توانند فعالیت آنزیم‌های اکسیداز، SOD ، کاتالاز، پراکسیداز و غیره را تقلید کنند. این نانوزیم‌ها از چندین جنبه منحصربه‌فرد هستند.
- جنبه اول اینکه اکثر آن‌ها چندین فعالیت شبه آنزیمی دارند که به ریزمحیطی که در آن فعالیت دارند وابسته است.
- دوم اینکه فعالیت‌های شبه آنزیمی آن‌ها را می‌توان با تشکیل آلیاژ با فلزات دیگر یا از طریق در معرض قراردادن وجوه یا سیمای خاصی از ساختار آن‌ها تنظیم کرد.
- سوم اینکه، فعالیت‌های کاتالیزوری را می‌توان با کاوش و بررسی خواص پلاسمونیک نانومواد فلزات نجیب افزایش داد. نانومواد اکسید فلزی(مانند اکسید سریم و اکسید آهن) در بسیاری از زمینه‌ها، از شناسایی و آنالیزهای زیستی گرفته تا درمان بیماری‌ها کاربردهای گستردهای پیدا کرده‌اند.
- آن‌ها همچنین به‌طور گسترده برای تقلید آنزیم‌های طبیعی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. نانوسریایی که ظرفیت‌های خالی‌اش مهندسی شده می‌تواند از سلول‌های طبیعی اما نه سلول‌های تومور در برابر آسیب ناشی از تشعشع محافظت کند.
به دلیل فعالیت سوپراکسید دیسموتازی نانوسریا، از آن برای کاربردهای مختلفی مانند محافظت نورون‌ها، محافظت قلب، درمان سرطان و به عنوان ترکیب ضد التهابی و آنتی اکسیدانی استفاده کرده‌اند. همچنین مطالعات نشان داده‌اند که نانوسریا می‌تواند فعالیت شبه ،SOD کاتالاز، اکسیداز، پراکسیداز، فسفاتاز و غیره داشته باشد.
از نانواکسید‌های آهن در حوزه‌های مختلفی مانند حسگرهای شناسایی کننده ،H2O2 گلوکز، DNA و سنجش‌های ایمنی استفاده شده است.
6. نانوزیم‌هامبتنی بر چارچوب‌های فلز-آلی
چارچوب‌های فلزی-آلی(MOFs) دست‌های از مواد هستند که از لیگاندهای آلی و یون‌ها یا هسته‌های فلزی تشکیل شده‌اند. برهم کنش کوردیناسیونی قوی بین یون‌های فلزی و لیگاندهای آلی مربوطه، ساختارهای چارچوب منحصر به فرد با ویژگی‌های بسیار عالی را می‌سازد. این ساختارها بسیار متخلخل هستند و اندازه منافذ ویژه‌ای دارند. لیگاندهای آلی آن‌ها ویژگی‌های نوری، الکتریکی و حرارتی جذاب و همچنین گروه‌های عاملی فراوانی برای اصلاح شیمیایی ارائه می‌دهند و وجود یون یا خوشه فلزی می‌تواند مکانی مناسب برای کاتالیز باشد. به دلیل این ویژگی‌ها این چارچوب‌ها به‌طور گسترده در زمینه‌های مختلفی از جمله جداسازی گاز، حذف مواد از طریق جذب سطحی، کاتالیز شیمیایی، رسانش دارو و تجزیه و تحلیل بیوشیمیایی استفاده می شوند.
به عنوان مثال، برخی از MOF های حاوی Zr می‌توانند به عنوان هیدرولاز ارگانوفسفره برای تخریب عوامل جنگی ارگانوفسفره عمل کنند. همچنین مشتق MOF آماده شده با ساختار پورفیرین مانند خود که اتم روی(Zn) در مرکز آن قرار دارد به نام PMCS نه تنها به عنوان یک حساس کننده به نور عمل می‌کند، بلکه فعالیت شبه پراکسیدازی را نیز نشان می‌دهد.
علاوه بر این، کارایی باکتری‌کشی این نانوزیم با استفاده از مدل زخم عفونی شده با باکتری سودوموناس آئروژینوزا در موش‌ها نشان داده شد که طی 6 روز درمان بدون نشان دادن سمیت زیستی سیستمیک آشکار، کارایی بهبود زخم را افزایش می‌دهد.
7. نانوزیم‌ها مبتنی بر پلیمرهای قالب مولکولی
نانوزیم‌ها مبتنی بر پلیمر قالب مولکولی(MIP) از طریق پلیمریزاسیون مونومرها در اطراف یک مولکول الگو تولید می‌شوند. در این روش پس از پلیمریزاسیون و در ادامه حذف مولکول الگو از مجموعه پلیمریزه شده، مکان‌های فعالی برای واکنش واقعی ایجاد می‌شود. هدف اصلی این تکنیک یا همان چاپ مولکولی افزایش اختصاصیت و گزینش‌پذیری نانوزیم‌ها همراه با افزایش فعالیت است. مقاومت در برابر عوامل خارجی مانند دمای بالا، تنش مکانیکی و مواد شیمیایی از امتیازات MIP است. جایگاه‌های ایجاد شده در پلیمر در واقع گیرنده‌های مصنوعی حک شده بر روی سطح پلیمر هستند که می‌توان بدون توجه به شرایط نگه‌داری، آن‌ها را بازتولید کرد و دوباره مورد استفاده قرار داد و از این رو یک جایگزین خوب برای گیرنده‌های طبیعی در نظر گرفته شده‌اند.
8. نانوزیم‌هامبتنی بر مواد کربنی
فولرن(C60) و مشتقات آن جزو اولین نانوموادی بودند که برای تقلید عملکرد آنزیم‌های طبیعی مورد بررسی قرار گرفتند. در اوایل دهه 1990 ، برش اکسیداتیو ناشی از نور روی DNA با یکی از مشتقات فولرن یعنی 1- C60 مورد مطالعه قرار گرفت، که نشان داد فولرن می‌تواند عملکرد نوکلئاز طبیعی را تقلید کند. چند سال بعد، فعالیت شبه سوپراکسید دیسموتازی (SOD) یکی از مشتقات C60 مورد بررسی قرار گرفت.
از آنجایی که گرافن به خودی خود در آب انحلال پذیر نیست از مشتقات گرافن برای بررسی ویژگی‌های شبه آنزیمی آن استفاده شده است. به علاوه مشتقات گرافن و بسیاری دیگر از نانومواد مبتنی بر کربن دارای گروه‌های عاملی غنی از اکسیژن هستند. این گروه‌های عاملی می‌توانند نقش کلیدی در فعالیت‌های شبه آنزیمی داشته باشند.
کربن نانوتیوب‌ها(CNTs) و همچنین CNT هایی که عوامل دیگری روی آن‌ها سوار شده‌اند عمدتاً برای تقلید فعالیت پراکسیدازی به کاررفته‌اند، اگرچه دیگر فعالیت‌های شبه آنزیمی مانند شبه سوپراکسیددیسموتازی نیز برای CNT ها نیز گزارش شده است.
همچنین نشان داده شده است که نانونقاط کربنی دوپ شده با نیتروژن فعالیت شبه سوپراکسید دیسموتازی دارند و افزودن آن‌ها به سلول‌های تیمارشده با H2O2 موجب افزایش بقای سلول‌ها به شیوه‌های وابسته به غلظت می‌شود.
کاربردها
با توجه به پتانسیل‌هایی که تا کنون در زمینه فعالیت‌های آنزیمی نانوزیم‌ها بیان شد در این بخش به کاربردهای آن‌ها در حوزه‌های مختلف می‌پردازیم. یکی از مهم‌ترین زمینه‌های کاربری نانوزیم‌ها را می‌توان در حوزه شناسایی مواد و ترکیبات دانست. این ترکیبات می‌توانند شامل یون‌ها، مولکول‌های کوچک و حتی ماکرومولکول‌های زیستی باشند که این امر به طراحی حسگر یا زیست حسگر وابسته است. عمدتاً از نانوزیم‌ها برای تولید سیگنال‌های قابل ردیابی توسط مبدل‌های حسگر استفاده می‌شود و ویژگی آنزیمی این مواد موجب می‌شود عملکرد تقویت سیگنال را نیز انجام دهند. کاری که آنزیم‌هایی مانند HRP در سنجش‌های ایمنی و سایر آنزیم‌ها در حسگرها بر عهده داشتند.
از نانوزیم‌ها نه تنها برای تشخیص آنالیت‌ها به صورت برون تنی و در شرایط آزمایشگاهی بلکه برای شناسایی در درون بدن نیز استفاده شده است. علاوه بر این در تصویربرداری‌های پزشکی نیز از نانوزیم‌ها مستعد استفاده شده است. از نانوزیم‌هایی حاوی عناصری که ویژگی‌های مغناطیسی مانند Fe و یا توانایی جذب اشعه X مانند Ir و یا جذب نور مانند Au را داشته باشند، در تکنیک‌های تصویربرداریCT ،MRI و تصویربرداری نوری برای ردیابی نانوزیم‌ها و رفتار آن‌ها در شرایط درون تنی استفاده شده است.
توانایی نانوزیم‌ها در حذف رادیکال‌های آزاد از طریق ویژگی سوپراکسیددیسموتازی شان و نیز آنتی اکسیدانی شان موجب شده است که در حوزه درمان نیز مورد توجه قرار گیرند. برای مثال استفاده از مشتق فولرن C60-C3 در درمان بیماری پارکینسون در نخستی‌های غیرانسان مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج به دست آمده حاکی از بهبود عملکرد حرکتی در این حیوانات در کنار عدم مشاهده اثرات جانبی این ترکیب بوده است. یکی دیگر از مثال‌های قابل طرح استفاده از نانوسریا در حذف ROS ها و کمک به حفاظت نورونی است. لی و همکارانش از نانوسریا برای کمک به جلوگیری از آسیب سکته مغزی ایسکمیک در حیوانات مدل استفاده کردند و در بهینه به دست آمده 5/ 0 و 7/ 0 میلی گرم به ازای هر کیلوگرم از وزن بدن بود.(شکل 2)
همانگونه که پیشتر نیز اشاره شد از نانوزیم‌ها به عنوان عوامل حمایتگر سلولی در برابر ایجاد کننده رادیکال‌های آزاد، به عنوان آنتی اکسیدان و نیز عوامل ضدالتهاب استفاده شده است. نانوزیم‌هایی که ویژگی اکسیدازی و یا پراکسیدازی دارند می‌توانند برای تبدیل اکسیژن مولکولی یا پراکسید هیدروژن به ROS استفاده شوند که این امر می‌تواند ویژگی آنتی باکتریال به این مواد دهد. لازم به ذکر است ROS می‌تواند به سلول‌های سرطانی نیز آسیب وارد کند از این رو می‌توانند در درمان سرطان نیز به کار گرفته شوند. البته در این مورد علاوه بر دو فعالیت آنزیمی ذکر شده فعالیت کاتالازی نانوزیم‌ها نیز به یاری درمان می‌آید. در این حالت ROS های تولید شده تحت تابش نور در حضور حساس کننده‌های به نور و نانوزیم‌هاشبه کاتالازی اکسیژن زیادی در محل ایجاد می‌کند که برای افزایش بازده فوتودینامیک تراپی(PDT) به کار گرفته می‌شود.
نانوزیم‌ها در حفاظت از محیط زیست نیز کاربردهای متعددی یافته‌اند. شناسایی فلزات سنگین و سمی مانند نقره و جیوه، سموم شیمیایی و آفت‌کش‌ها نمونه‌هایی از کاربرد نانوزیم‌ها در محیط زیست هستند. نانوزیم‌ها مبتنی بر Fe با ویژگی‌های پراکسیدازی در پالایش آب و تصفیه آن به کار گرفته شده‌اند. همچنین نانوزیم‌هایی که قابلیت تخریب آلاینده‌های آلی و سمی مانند رنگ‌های صنعتی را دارا باشند در این زمینه کاربردهای بسیاری خواهند یافت به ویژه اینکه قابل بازیابی نیز باشند. ویژگی آنتی باکتریال نانوزیم‌ها موجب می‌شود از این مواد برای محافظت از آسیب ناشی از اتصال میکرواورگانیسم‌ها به سازه‌ها استفاده نمود.
نتیجه گیری، چالش‌ها و دورنمای آینده
همانگونه که در این مقاله بیان شد نانوزیم‌ها به دلیل پتانسیل‌هایی که از خود در زمینه تقلید فعالیت‌های آنزیمی نشان داده‌اند بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند و تحقیقات بسیاری در این حوزه در حال انجام است. محققان سعی می‌کنند مکانیسم عمل این آنزیم‌های مصنوعی را مشخص کنند و راه‌هایی را برای تنظیم فعالیت آن‌ها بیابند. این مواد در حوزه‌های مختلفی از تشخیص‌های پزشکی، درمان بیماری‌ها و نیز از بین بردن آلودگی‌های محیطی به کار رفته‌اند. علی رغم مطالعات انجام شده است چالش‌هایی در حوزه نانوزیم‌ها وجود دارد. برای مثال در حال حاضر ساخت نانوزیم‌ها به صورت سعی و خطا انجام می‌شود و برای ساخت نانوزیم‌های مبتنی بر طراحی منطقی لازم است مکانیسم عملکرد آن‌ها روشن شود و در کنار مطالعات تجربی از محاسبات و شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نیز کمک گرفت. مفهوم نانوزیم‌های تک اتمی که تقلیدی از جایگاه‌های فعال آنزیم‌های طبیعی هستند لازم است با جدیت بیشتری بررسی شود. در کنار تمامی این موارد می‌توان از تکنیک‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشین برای یافتن کاندیداهای بهتر نانوزیمی بهره برد. هر چه طراحی نانوزیم به جایگاه‌های اتصال و کاتالیتیکی آنزیم‌های طبیعی نزدیک‌تر باشد بیشتر می‌توان امید داشت که واکنش با اختصاصیت و بازدهی بالاتری انجام شود. متاسفانه در این زمینه نیاز به مطالعات بیشتری وجود دارد. اینکه نانوزیم‌ها به صورت چندکاره عمل می‌کنند در مواردی ممکن است مطلوب باشد اما امکان کنترل واکنش و نیز اختصاصیت واکنش نیز لازم است مورد توجه قرار گیرد. همانطور که در این مقاله بیان شد عمده فعالیت‌های تقلید شده توسط نانوزیم‌ها به هیدرولازها و نیز اکسیدوردوکتازها محدود می‌شود در حالیکه انواع دیگری از آنزیم‌ها نیز وجود دارند که فعالیت آن‌ها را می‌توان الگوبرداری و تقلید کرد. در این زمینه الگوبرداری از جایگاه فعال این آنزیم‌ها و الحاق آن‌ها در نانوساختارهایی مانند چارچوب‌های آلی-فلزی می‌تواند راهکاری برای آیند باشد.
تحقیقات در زمینه آنزیم‌های مصنوعی نشان داده‌اند که آنزیم‌های سنتزی مصنوعی می‌توانند نقش مهمی در زمینه شیمی بیومیمتیک ایفا کنند، و پتانسیل‌هایی را در بیونیک، حسگرهای زیستی و کاربردهای زیست پزشکی نشان می‌دهند.
