計(jì)算驅(qū)動(dòng)，即利用計(jì)算機(jī)以原子水平的分子模型來模擬材料的結(jié)構(gòu)與行為，進(jìn)而模擬材料的各種物理、化學(xué)性質(zhì)，使材料的研究與開發(fā)更具方向性，從而大幅提高材料設(shè)計(jì)效率。計(jì)算驅(qū)動(dòng)可以在虛擬環(huán)境下，從微觀、介觀、宏觀尺度對(duì)材料進(jìn)行多尺度研究，建立材料的結(jié)構(gòu)與性能之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)材料的性能優(yōu)化和理性設(shè)計(jì)?，F(xiàn)階段計(jì)算驅(qū)動(dòng)的納米酶研究主要以基于第一性原理的DFT計(jì)算為主。通過DFT計(jì)算在實(shí)驗(yàn)前構(gòu)建接近于真實(shí)納米酶結(jié)構(gòu)的模型，研究納米酶表面的催化活性位點(diǎn)和反應(yīng)機(jī)理，解析不同類型納米酶催化活性的影響因素，揭示納米酶的構(gòu)-效關(guān)系，從而為納米酶的設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。

通過對(duì)基于計(jì)算驅(qū)動(dòng)的納米酶理性設(shè)計(jì)的階段性總結(jié)，筆者對(duì)類過氧化物酶、類氧化物酶、類超氧化物歧化酶、類過氧化氫酶、類水解酶納米酶的催化基元反應(yīng)作了系統(tǒng)介紹（圖2）。利用計(jì)算驅(qū)動(dòng)，可以得到實(shí)驗(yàn)中難以測量的納米酶基元反應(yīng)信息，對(duì)催化反應(yīng)熱力學(xué)進(jìn)行詳細(xì)的分析，對(duì)每步基元反應(yīng)的能壘、氧化還原電位等進(jìn)行精確計(jì)算，從而降低納米酶催化機(jī)理的研究難度。同時(shí)，基于計(jì)算驅(qū)動(dòng)的納米酶理性設(shè)計(jì)，還可以利用計(jì)算獲得的基元反應(yīng)相關(guān)數(shù)據(jù)以及其他催化反應(yīng)常數(shù)，建立納米酶活性描述符，并利用活性描述符對(duì)納米酶催化活性在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行預(yù)測，從而大幅減少目標(biāo)活性納米酶的開發(fā)周期和設(shè)計(jì)成本。計(jì)算驅(qū)動(dòng)指導(dǎo)的納米酶理性設(shè)計(jì)必將成為所需目標(biāo)活性納米酶強(qiáng)有力的設(shè)計(jì)方法。

但是，現(xiàn)階段的計(jì)算驅(qū)動(dòng)方法仍然存在一些問題。納米酶基元反應(yīng)的研究大多停留在計(jì)算層面，缺乏實(shí)驗(yàn)證據(jù)。一些納米酶對(duì)不同的底物可能具有不同的催化機(jī)理，因此使用單一的類酶催化機(jī)理是不準(zhǔn)確的。計(jì)算驅(qū)動(dòng)主要是DFT指導(dǎo)的，通過熱力學(xué)分析對(duì)納米酶進(jìn)行描述，得到的納米酶數(shù)據(jù)局限性較大。因?yàn)榧{米酶的催化反應(yīng)時(shí)常伴隨外場環(huán)境，僅僅只進(jìn)行熱力學(xué)分析是不夠的，需要進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析，而動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算主要通過分子模擬。因此，下階段的計(jì)算驅(qū)動(dòng)手段將會(huì)是第一性原理和分子動(dòng)力學(xué)相結(jié)合，將熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)相互聯(lián)系，對(duì)納米酶進(jìn)行更加準(zhǔn)確的能量計(jì)算，建立更加貼合實(shí)際的納米酶描述符。同時(shí)，現(xiàn)階段使用的描述符對(duì)納米酶催化活性的預(yù)測存在局限性，部分納米酶存在多個(gè)描述符，每個(gè)描述符對(duì)納米酶催化活性的預(yù)測具備不同的精確度，計(jì)算驅(qū)動(dòng)的方法難以同時(shí)利用多個(gè)描述符進(jìn)行催化活性預(yù)測，而數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法有望克服這一缺點(diǎn)。