纳米酶作为新一代人工模拟酶,是指在生理条件下,能够催化酶底物转化为产物并遵循酶动力学的纳米材料。它的优点是可规模化生产、成本低、稳定性高等。同时,活性较低、选择性较差、催化活性位点不明确等问题也不能被忽视。针对碳材料活性低以及金属材料原子利用率低、催化活性位点不明确等缺点,本文从限域效应、含氧官能团以及单原子的角度出发,制备了三种新型高效的纳米酶,初步探讨了其结构特征、类酶活性及催化机理等,并将其成功地应用于各种生物小分子和疾病标志物的简单、灵敏、可视化识别与检测中,主要研究内容如下:1.首先从限域效应的角度出发,针对碳点易团聚、类酶活性不高等问题,在液相中将葡萄糖分子填充到ZIF-8的孔径中后,经过两步碳化得到了限域在氮掺杂碳中的碳点（CDs@NC）。与碳点（CDs）、氮掺杂碳（NC）及两者的机械混合物（CDs+NC）相比,CDs@NC的类过氧化物酶活性明显提高,说明限域效应是其类酶活性提高的关键因素。此外,可以通过调节前驱体葡萄糖的量来精确调控CDs@NC的类酶活性。早期胃癌患者的唾液中D-Pro和D-Ala两种D-氨基酸的含量明显高于健康人,而这两种氨基酸在D氨基酸氧化酶的作用下可以产生H2O2,H2O2在CDs@NC的作用下可以产生活性氧将无色的TMB氧化为蓝色的氧化态TMB。我们利用酶的级联反应,通过观察溶液的颜色变化,仅仅利用唾液便实现了对早期胃癌患者的可视化诊断。2.在探究了材料结构对类酶活性的影响以后,我们将目光聚焦到材料表面,从官能团的角度出发探究含氧官能团调控的碳纳米管（O-CNTs）的类过氧化物酶活性。碳纳米管在经过浓硝酸和氯酸钠简单的“揉面团法”氧化处理以后,其氧化程度不同,含氧官能团的含量也不相同。而这几种含氧官能团对碳材料类过氧化物酶活性的影响各不相同,其中,羧基可以作为双氧水与底物的结合位点,羰基可以作为将双氧水转化为活性氧的催化活性位点,羟基的存在则会抑制其类酶活性。基于此,我们对比了不同氧化程度的碳纳米管的类过氧化物酶活性,然后将其成功地应用于果汁、商业饮料以及维生素片中总抗的测定,并取得了令人满意的结果。3.虽然从材料结构以及表面入手可以提高类酶活性,但催化活性位点不明确的问题仍然不可忽视。由于单原子纳米酶具有与天然酶相似的催化活性位点以及极高的催化效率,它的出现仿佛让人们看到了一丝曙光。钯基催化剂一直以来都被列为最高效的催化剂之一,以往通过改变结构、组分、尺寸或晶面等的调控手段虽然在一定程度上降低了成本、提高了催化效率,但是这类传统的催化剂往往只能利用其表面的一部分钯。因此,我们采用主客体策略合成了一种负载在氮掺杂碳上的Pd单原子纳米酶（SA-Pd/NC）。得益于最大的原子利用率以及钯基材料固有的类酶活性,其催化常数以及催化效率相比于天然酶分别提升了625倍以及4837倍。进一步通过理论与实验相结合的方法,系统地探究了其催化机理,明确了其催化活性位点,并进一步阐明了其催化机制为:溶解O2在Pd-N4位点上的吸附与裂解以及溶液中电子质子对的转移两种机制相共存。最后,我们将SA-Pd/NC成功地应用于果汁和饮料中总抗的测定,血清中酸性磷酸酶含量的测定,并且在此基础上建立了一个NAND与非比色逻辑门,进一步拓展了纳米酶的应用。