wereldwijd, het systeem aarde heeft duizenden terragrammen (Tg) (1 Tg =10 ¹² g) van minerale nanodeeltjes die elk jaar over de planeet bewegen. Deze minerale nanodeeltjes zijn overal in de atmosfeer verspreid, oceanen, wateren, bodems, in en/of op de meeste levende organismen, en zelfs in eiwitten zoals ferritine. In natuurlijke omgevingen, minerale nanozymen kunnen op twee manieren worden geproduceerd:'top-down'- en 'bottom-up'-processen. specifiek, de verwering of door de mens veroorzaakte afbraak van bulkmaterialen kan direct resulteren in nanomaterialen (een top-down proces), of nanomaterialen kunnen door kristallisatie uit voorlopers groeien, reactie, of biologische rollen (een bottom-up proces).

Deze minerale nanodeeltjes kunnen meerdere enzymachtige eigenschappen hebben, bijv. oxidase, peroxidase, katalase, en superoxide-dismutase, afhankelijk van de lokale omgeving. IJzerhoudende mineralen, bijv. ferrihydriet, hematiet, en magnetiet, zijn alomtegenwoordig in aardse systemen en bezitten peroxidase-achtige activiteit. Onder deze ijzer(oxyhydr)oxiden, ferrihydriet vertoonde de hoogste peroxidase-achtige activiteit, vanwege de kleinste deeltjesgrootte en het grootste specifieke oppervlak. Door de aanwezigheid van ijzerhoudend magnetiet heeft een aanzienlijk hoge peroxidase-achtige activiteit.

Vergeleken met natuurlijke enzymen, minerale nanozymen vertonen verschillende voordelen, zoals lage kosten, verhoogde stabiliteit, duurzame katalytische activiteit, en robuustheid voor ruwe omgevingen. Door hun grotere specifieke oppervlakte, hoge verhoudingen van oppervlakte-atomen, brede bandkloof, en sterke katalytische activiteiten, minerale nanozymen spelen een essentiële rol in biogeochemische cycli van elementen in ecosystemen.

Schimmels en bacteriën dragen ongeveer 70 Gt koolstof (C) bij (1 Gt =10 ⁹ t) en 120 Gt C voor wereldwijde biomassa, respectievelijk. Aangezien schimmeldraden zich cumulatief honderden kilometers in de bodem kunnen uitstrekken kg ^-1 in omgevingen zoals de rhizosfeer (d.w.z. 200-800 km kg ^-1 ) en dat meer dan 94% van de landplanten en schimmels een symbiotische relatie vormen, minerale nanozymen kunnen belangrijke implicaties hebben in microbiële-minerale co-evolutie, nutriëntenkringloop in het systeem van de oppervlakteaarde, minerale koolstofvastlegging, en verlichting van de wereldwijde klimaatveranderingen.

In aardse systemen, taxonomisch en functioneel diverse micro-organismen zijn een enorme bron van superoxide (O ₂ ^- ) of waterstofperoxiden (H ₂ O ₂ ). Deze minerale nanozymen kunnen de niveaus van reactieve zuurstofsoorten (ROS) reguleren, inclusief H ₂ O ₂ , O ₂ ^- en hydroxylradicalen (HO ⁺ ). Door een sterk oxidatief HO . te produceren ⁺ , de interactie tussen minerale nanozymen en micro-organismen kan een belangrijke rol spelen bij het aansturen van de biogeochemische cyclus van elementen (Figuur 2).

"Alle onderzoeken naar minerale nanozymen bevinden zich nog in het laboratoriumstadium en zijn geen veldstudies, " zei Guang-Hui Yu, een wetenschapper aan de School of Earth System Science, Tianjin Universiteit, in de Chinese stad Tianjin.

"De katalytische activiteit van minerale nanozymen wordt voornamelijk bepaald door de zuurstofvacatures (OV's) op het mineraaloppervlak", de onderzoekers schreven in een artikel met de titel "Fungal Nanophase Particles Catalyze Iron Transformation for Oxidative Stress Removal and Iron Acquisition."

"Deze zuurstofvacatures worden vaak ingenomen door hydroxylgroepen op het minerale oppervlak, " legden ze uit.

Omdat minerale nanozymen H . kunnen katalyseren ₂ O ₂ om sterk oxiderend HO . te produceren ⁺ , ze zijn op grote schaal gebruikt op het gebied van milieusanering. Vergeleken met natuurlijke enzymen, minerale nanozymen kunnen organische verontreinigende stoffen in een breder pH-bereik afbreken. Bijvoorbeeld, door H . te degraderen ₂ O ₂ , Fe ₃ O ₄ nanodeeltjes zouden rhodamine B (RhB) effectief kunnen verwijderen in het pH-bereik van 3,0 tot 9,0.

"De effecten van minerale nanozymen op microbiële gemeenschappen in het milieu blijven onduidelijk, " schreven de twee onderzoekers, "de bevindingen van minerale nanozymen hebben mogelijk een voorheen onbekende feedbackroute van microbe-minerale co-evolutie onthuld die licht zou kunnen werpen op een aantal al lang bestaande vragen, zoals de oorsprong en evolutie van het leven door ROS-niveaus te moduleren."

Deze twee geleerden onthulden eveneens in de studie, die werd gepubliceerd in de Wetenschap China Aardwetenschappen , dat de ontdekking van nanomaterialen als nieuwe enzymmimetica het traditionele idee heeft veranderd dat nanomaterialen chemisch inert zijn in aardse systemen. Gezien de overvloed aan minerale nanodeeltjes op terragram (Tg)-niveau in aardse systemen, het is statistisch zeer waarschijnlijk voor sommigen van hen, vooral die van biotische oorsprong, zich gedragen als minerale nanozymen om superoxide en H . te katalyseren ₂ O ₂ en de biogeochemische cycli van zuurstof en andere elementen bevorderen.