纳米酶作为新一代的人工酶,具有成本低、稳定性好、易于制备与储存等优点。由于同时具有类天然酶的催化活性以及纳米材料的独特理化性质,纳米酶已成为连接纳米技术与生物化学等多交叉学科的桥梁,目前已被成功应用于生物传感、疾病诊断与治疗、环境科学等多个前沿领域。尽管如此,纳米酶仍面临本征活性较低、特异性较差的问题,这严重影响了纳米酶的进一步发展和实际应用。为解决上述问题,研究人员通常是从尺寸、形貌、组成和表面改性等方面来设计开发高性能纳米酶,而通过缺陷来调控纳米酶性能的研究则较少。迄今为止,材料领域中关于缺陷的研究日渐发展成熟,我们认为将缺陷调控引入纳米酶体系来提高纳米酶的本征活性并优化其底物选择性,这一策略是很具有发展潜力的。基于此,本文设计合成了一系列缺陷型纳米酶,验证了其类酶活性,初步探讨了其催化机理,并基于缺陷型纳米酶构建了多个比色生物传感器用于生物活性分子的检测。主要研究内容如下:1.通过晶相调控合成了具有不同晶相结构和类过氧化物酶活性的RuTe2纳米棒,该策略为深入了解晶相结构与纳米酶催化活性之间的构效关系提供了模型。非晶相是由大量无序原子组成的,这使得非晶态RuTe2纳米棒具有丰富的缺陷位点和可调制的电子结构,进而其催化活性有望得到提高。经研究发现非晶态RuTe2纳米棒的类过氧化物酶活性是晶态RuTe2纳米棒的4.77倍。此外,由于许多具有类过氧化物酶活性的纳米酶也同时具有类氧化酶活性,不需要过氧化氢就可以直接催化环境中的氧气将底物氧化变色,因此在基于它们构建比色传感器时会受到氧气的干扰而导致检测灵敏度降低。而我们所合成的非晶态RuTe2纳米棒基本不具有的类氧化酶活性,这将很好的解决氧气干扰实验结果的问题。基于此,我们将非晶态RuTe2纳米棒与标记抗体复合制备了用于免疫分析的信号标记物,构建了比色免疫传感器用于检测前列腺特异性抗原。通过与商品化酶联免疫吸附测定方法对比,该方法的检测范围更宽、灵敏度更高,检出限为32.6 pgmL-1,比商品化方法的检出限低一个数量级。这项工作为基于晶相调控策略设计高性能纳米酶提供了新思路。2.采用表面活性剂导向法一步还原制备了双贵金属PdPt介孔纳米球并发现其具有本征的类过氧化物酶活性。通过在合成过程中加入少量的金属铋前驱体,成功制备了微量铋掺杂的PdPt介孔纳米球。通过一系列表征发现PdPt介孔纳米球在铋掺杂前后形貌一致、尺寸均一,推断微量的铋是掺杂在介孔纳米球表面Pt的晶格中,这种微量异原子掺杂策略有利于产生金属阳离子缺陷,加快电子转移,达到提高催化剂活性的目的。此外,介孔纳米球本身的多孔特质也有利于微量铋的锚定及其在催化过程中的传质。通过类酶活性评价发现在微量铋掺杂前后PdPt介孔纳米球的类过氧化物酶活性提高了 152%,同时,发现PdPt介孔纳米球的本征类氧化酶活性很弱,且在铋掺杂后也没有明显增强,这一特点可以帮助消除在基于其构建比色传感时氧气的干扰。基于此,我们利用微量铋掺杂的PdPt介孔纳米球构建了比色免疫传感器用于前列腺特异性抗原的检测。该方法的检测灵敏度高,检测范围从0.5到2000 pg mL-1,检出限低至0.23 pgmL-1。此外,该传感器具有很好的选择性和稳定性并且在实际样品检测中表现出优异的性能,在临床诊断中具有很大的应用前景。3.以多巴胺作为引发剂,通过一步还原法合成了原子级铋掺杂的金（BiSA@Au）水凝胶,通过原子尺度上的精准调控选择性地提升了金水凝胶的类过氧化物酶活性,这种原子级的调控策略有利于活性位点的确定以及对催化机理的深入了解。研究发现,由于原子级铋的掺杂,BiSA@Au水凝胶的类过氧化物酶活性得到明显的提升,而其他类氧化还原酶（氧化酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶）活性的增强幅度很小,可忽略不计。通过密度泛函理论计算,我们证实了单原子铋的引入不仅增强了 Au（111）晶面对底物过氧化氢的吸附,而且降低了反应中间体吸附态OOH产生的能垒,从而增强了金水凝胶的类过氧化物酶活性。同时,我们利用BiSA@Au水凝胶独特的分级多孔纳米线三维结构和水凝胶表面聚多巴胺衍生的良好生物相容性,制备了纳米酶（BiSA@Au水凝胶）与天然酶（葡萄糖氧化酶）杂交的级联反应体系,这种杂交方式可以实现反应物的自由扩散,减少中间体分解,从而提高整体催化活性。基于此,开发了一种高灵敏的葡萄糖比色生物传感器,检出限为43.2 μM。这项工作为在原子尺度上合理设计功能化纳米酶开辟了 一条新的道路,并且实现了对纳米酶类酶活性的特异性调控。4.由于碳材料具有类似天然酶的催化活性,其作为纳米酶在生物应用领域得到了广泛的研究。氮掺杂是一种很有潜力的提高碳基纳米酶活性的方法。然而,受阻于氮掺杂物种的多样性,目前对于氮掺杂碳基纳米酶的确切催化活性位点的研究较少,不利于进一步设计开发高性能的氮掺杂碳基纳米酶。以二氧化硅为硬模板,通过高温退火以及二次退火掺氮的策略制备了一系列吡啶氮含量可微调的多孔氮掺杂碳纳米酶,发现纳米酶中吡啶氮含量升高时,其类过氧化物酶活性也相应增强,二者之间呈正相关的关系。通过密度泛函理论计算,揭示了吡啶氮的掺杂是增强碳纳米酶的本征类过氧化物酶活性的关键原因。与石墨氮和吡咯氮的掺杂相比,吡啶氮的掺杂能有效促进氮掺杂碳基纳米酶类过氧化物酶催化过程中的关键吸热步骤,即第一分子H2O的解吸过程。基于制备的高性能氮掺杂碳纳米酶的类过氧化物酶活性,我们成功建立了总抗氧化能力的比色传感平台。该方法具有优异的选择性和灵敏度,同时经过实际样品检测发现该方法在评价抗氧化药片和食品的质量方面展现出广阔的应用前景。