基于MXene的纳米酶因其潜在的环境和生物医学应用而受到了广泛关注。这些材料具有易于调节的催化性能和物理化学特性，使其适合作为具有高选择性/灵敏度和效率的(生物)传感器。具有合适导电性、生物相容性、大表面积、光学/磁性和热/机械特性的MXene基结构，可用于设计具有面积依赖性电催化性能的创新纳米酶。尽管取得了一定的进展，但基于MXene的纳米酶还有待研究，尤其是在医疗和保健应用中，过氧化物酶的活性、敏感性、选择性可能限制了原始MXenes的进一步实际应用。因此，仍需开发有效的表面工程策略来制备具有优异活性的多功能MXene基纳米酶。为了获得具有独特物理化学特性和高稳定性的MXene基纳米酶，必须进行一些关键操作，如杂交和修饰。值得注意的是，(纳米)毒理学和长期生物安全分析以及临床转化研究仍需全面关注。

1. 开发具有比天然酶更低的制造成本、更高的催化稳定性和易于修饰的纳米酶备受关注。

2. MXene基纳米酶由于其独特的催化和物理化学性质，在生物和纳米医学领域引起了广泛关注。

I 生物医学前景

1.1 治疗

MXenes已用于开发基于纳米酶的催化剂，在生物治疗和免疫分析领域性能优异。值得注意的是，具有固有光热活性和适当光稳定性(在激光照射下)的MXenes显示出等离子体增强的光催化特性，这使它们成为有效光响应纳米药物的候选。例如，通过构建由MXenes(Nb₂C)、Pt纳米酶、抗癌药物(阿霉素)和肿瘤细胞膜组成的仿生光诱导等离子体组装体，是基于等离子体增强纳米酶的制备新策略(图1)。在同源靶向并内化到肿瘤细胞中后，在NIR-II激光照射下，热电子可以从MXenes中激发，促进Pt纳米酶的过氧化氢酶和氧化酶性能，以与肿瘤穿透光热纳米治疗协同形成O₂和活性氧(ROS)。此外，在高热和酸性条件下，阿霉素的释放通过抑制P-糖蛋白介导的ROS和O₂引起的药物外排而增强。与原始纳米酶相比，这种基于MXene的纳米酶可以有效降低HeLa细胞的活力(~ 38.67%)，提供了一种具有改进的肿瘤抑制的基于纳米酶的新治疗策略。

为了克服肿瘤微环境中纳米酶的低活性问题，构建了具有光增强双酶性能(促进过氧化氢酶和过氧化物酶)的MXene(Ti₃C₂)/CeO₂聚乙烯吡咯烷酮纳米复合材料，用于协同肿瘤治疗(图2)。可减轻肿瘤微环境中的缺氧，升高氧化应激，还表现出了降解谷胱甘肽以改善肿瘤消融的优异能力。这些纳米酶可以通过肿瘤微环境中过氧化氢(H₂O₂)的催化分解产生大量·OH，导致肿瘤细胞凋亡。光热效应和双酶样功能可以改善肿瘤纳米治疗(肿瘤生长的抑制作用是 ~ 92%)，为高效的纳米酶催化治疗提供了重要参考。类似地，通过加热以及ROS、O₂形成和谷胱甘肽还原的增加，对肿瘤进行光热消融可以缓解肿瘤的缺氧，并促进负载MnO₂纳米酶的MXenes的催化治疗。这些纳米系统可用于双峰光热化学动力学癌症治疗，具有良好的生物相容性和高效的肿瘤消融。

图2. 具有光热效应、强催化活性和谷胱甘肽降解能力的MXene(Ti₃C₂)/CeO₂聚乙烯吡咯烷酮纳米复合材料显示出适用于高温增强肿瘤联合治疗(体内)。DMSO：二甲基亚砜、PTT：光热疗法、GSH：谷胱甘肽、PVP：聚乙烯吡咯烷酮。

图3. A V₂C-MX酶用于治疗ROS介导的损伤，其可以有效催化V₂C-O₂。−· 将H₂O₂分解为O₂和H2O，并消除·OH；B MX酶的超氧化物歧化酶(SOD)样性能的相关机制；C MX酶的过氧化氢酶(CAT)样性能的相关机制；D MX酶谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)样性能的相关机制。POD：过氧化物酶、NADP：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸、GR：谷胱甘肽还酶；GSSG：氧化型谷胱甘苷；GSH：还原型谷胱甘肽。

1.2 诊断

MXenes(Ti₃C₂Tᵪ)与碱性磷酸酶的组合可以利用1-萘基磷酸盐作为底物提供级联催化放大技术，从而实现高效的电化学信号放大(图4)。在2D平面上，MXenes(Ti₃C₂Tᵪ)显示出合适的面积依赖性苯酚吸附，以高效催化电化学氧化(如酚类化合物的氧化)。此外，在具有生物传感应用的电极上，MXene被进一步用金(Au)纳米颗粒(NP)修饰以固定DNA捕获探针。基于该技术设计的电化学生物传感器被进一步用于检测BCR/ABL融合基因，从而获得了极高的灵敏度(~ 0.2 fM-20 nM)，检测限(LOD)降至~ 0.05 fM。该生物传感器在特异性检测融合基因以初步识别急性淋巴细胞性白血病和慢性粒细胞性白血病方面表现出优异的潜力。此外，利用钯(Pd)、铂、非金属元素(硼和磷)、MXenes和CuCl₂纳米线制作了无酶电化学免疫传感器，用于特异性检测尿液中的肾损伤分子1。这些具有大表面积和优异的过氧化物酶样催化性能的基于MXene的纳米复合材料在H₂O₂存在下表现出较好的分析活性。值得注意的是，将CuCl₂纳米线与生物相容的Au NP结合以改变玻璃碳电极，并制备了具有良好线性响应(0.5–100 ng mL⁻1)的出色电化学性能的夹心型电化学免疫传感器， 检测限为86 pg mL⁻1，从而为临床诊断提供具有高特异性/选择性的生物传感器。

图4. 由6-巯基己醇(MCH)、Au-NPs、MXene(Ti₃C₂Tᵪ)和玻碳电极(GCE)构建的电化学生物传感器的工作原理。

MXene基纳米复合催化剂被设计用于细胞内生物传感。在一项研究中，使用Au、Pt和Ti₃C₂Cl₂组装基于MXene的纳米复合材料，提供了过氧化物酶和氧化酶模拟活性。它们作为比率型检测平台，用于原位检测HeLa细胞释放的H₂O₂(检测范围 = 50–10000 μM，LOD = 10.24 μM)和谷胱甘肽的比色识别(检测范围 = 0.1–20 μM，LOD = 0.07 μM)。此外，基于MXene(Ti₃C₂Tᵪ)衍生的TiO₂/碳量子点的纳米系统是通过水热处理微小且很少分层的MXene纳米片来制备的，用于特定的基于纳米酶的比色法。碳基体表面TiO₂中的氧空位促进了溶液中O₂的吸附，并产生ROS，在不存在H₂O₂的情况下快速氧化3，3′，5，5′-四甲基联苯胺。在插入谷胱甘肽后，氧化形式的3，3′，5，5′-四甲基联苯胺能够恢复为3，3’，5，5'-四甲基联苯胺，导致UV/Vis吸光度值降低(在652 nm处)。这种基于纳米酶的测定显示出改进的特异性和优异的灵敏度，LOD为~ 0.2 μM，从而为生物培养基(如人血清)中谷胱甘肽的特异性检测打开了新的窗口。

图5. 基于CRISPR-Cas12a的比色生物传感器的原理设计用于使用具有催化性能的MXene探针DNA Ag/Pt纳米杂交物特异性检测乙型肝炎病毒(HBV)DNA。TMB:3,3ʹ，5,5 \697-四甲基联苯胺。

氮和硫共掺杂的MXene(Ti₃C₂)纳米片具有优异的过氧化物酶样活性和电化学活性，用于构建用于尿酸敏感检测的比色和电化学联合传感平台。结果表明，氮和硫掺杂提供了额外的活性位点，提高了电子传输效率，提供了具有良好分析性能的平台。尿酸的特异性检测范围为2-400 μM，检测限为~ 0.19 μM。此外，MXenes的猝灭性能通过其与UiO-66金属-有机框架中的单原子点钴(Co)催化剂的组合使用来说明，该催化剂用于在免疫色谱测试条平台上开发心肌肌钙蛋白I的免疫测定技术。这些Co单原子点催化剂对鲁米诺化学发光有显著的增强作用。结果，心肌肌钙蛋白I定量的动态范围为~ 1.0–100 pg mL⁻1，LOD为~ 0.33 pg mL⁻1。

1.3 治疗诊断学

构建了基于MXene(V₂C)的纳米酶，具有治疗缺血性中风的治疗潜力；这些纳米酶表现出了通过清除ROS对缺血性中风产生神经保护作用的优异能力(图6)。通过蚀刻和分层工艺制造的MXenes展示了固有的多酶模拟特性和优异的抗氧化能力，以催化有毒/有害的O₂⋅−转化为无毒的水和氧分子，并清除剧毒的·OH，显著抑制ROS的升高。这些基于MXene的纳米酶通过抗炎、抗凋亡和抗氧化作用保护中枢神经系统免受缺血性中风损伤，但没有明显的毒性或副作用。另一方面，它们可以作为体外/体内磁共振成像(MRI)的造影剂，提供基于MXene的治疗纳米酶，对ROS相关的脑疾病或其他ROS相关炎性疾病具有优异的治疗效果。Zhu等人在MXene(Ti₃C₂)纳米片上修饰Pt人工纳米酶，以获得用于光热应用的纳米复合材料。Pt NPs在肿瘤微环境中表现出过氧化物酶样活性，以催化(原位)H₂O₂生成羟基自由基(·OH)，刺激细胞凋亡和坏死。值得注意的是，这些纳米复合材料在低功率密度(0.75 W cm⁻2)的NIR-II光照射下显示了合适的光热效应。由于Ti₃C₂Tᵪ的光热效应导致温度升高，过氧化物酶样活性得到了高度提高，从而提供了具有光声成像益处的协同光热/酶治疗。

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