本發(fā)明涉及仿生納米催化劑合成，尤其涉及一種金屬-硫配位的單原子納米酶的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、納米酶是一種具有類酶活性的納米材料。與天然酶相比，納米酶在極端條件下(如高溫、高鹽度、極端ph值)表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性。此外，納米酶的制備通常較為簡單，可以通過物理或化學(xué)方法合成多種具有特定功能的納米材料，如氧化鐵、氧化鈦等。其中，單原子納米酶作為新一代類酶制劑，憑借其高效催化活性、優(yōu)異穩(wěn)定性和低成本的制備工藝，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。它們不僅在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測和工業(yè)催化等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值，還為催化科學(xué)研究提供了新的視角和思路。雖然單原子納米酶展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能和穩(wěn)定性，但其制備過程中仍存在一些挑戰(zhàn)。例如，目前許多金屬單原子大多與氮原子配位，這種配位結(jié)構(gòu)雖然能提供一定的穩(wěn)定性，但同時也可能阻礙更多酶活性的開發(fā)，限制了催化效率的進(jìn)一步提升。為了克服這些缺點，研究人員正在探索優(yōu)化配位環(huán)境和改進(jìn)負(fù)載技術(shù)，以實現(xiàn)更高效、更穩(wěn)定的單原子納米酶，進(jìn)一步推動其在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境治理和工業(yè)催化等領(lǐng)域的應(yīng)用。

2、金屬與硫原子配位的蛋白酶在生物體內(nèi)發(fā)揮著重要的作用。其中最有代表性的是通過鐵硫簇作為活性中心的蛋白酶類。鐵硫簇是一種含有鐵和硫的復(fù)合體，廣泛存在于許多酶和蛋白質(zhì)中，其獨特的結(jié)構(gòu)使其在電子轉(zhuǎn)移、催化和調(diào)節(jié)等方面具有重要功能。包括在細(xì)胞呼吸鏈和光合作用中的電子轉(zhuǎn)移，在氨基酸合成和分解中的催化反應(yīng)，在鐵代謝平衡中的基因表達(dá)調(diào)控，以及在dna修復(fù)和保護(hù)中的關(guān)鍵功能。這些酶不僅在維持細(xì)胞能量代謝和代謝平衡中起關(guān)鍵作用，還確保了基因組的穩(wěn)定性和信息傳遞的準(zhǔn)確性，揭示其對生命基本過程的不可或缺性。開發(fā)制備具有金屬-硫配位的單原子納米酶具有多重優(yōu)勢。其高效催化活性和多功能性使其能夠模擬天然鐵硫簇在電子轉(zhuǎn)移、氨基酸合成和基因表達(dá)調(diào)控中的重要作用。此外，這些納米酶具備優(yōu)異的穩(wěn)定性和耐受性，能夠在極端環(huán)境條件下表現(xiàn)出色。制備工藝簡單且成本低廉，適合大規(guī)模生產(chǎn)，并且對環(huán)境友好，有助于推動綠色化學(xué)和可持續(xù)發(fā)展。這些特點使金屬-硫配位的單原子納米酶在生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

3、因此，開發(fā)可以高效負(fù)載金屬原子，并且可以大規(guī)模生產(chǎn)的具有金屬-硫配位的單原子納米酶，對進(jìn)一步大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用單原子納米酶到生物醫(yī)學(xué)各個領(lǐng)域，以及進(jìn)一步開發(fā)出催化活性更高的仿酶制劑具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種金屬-硫配位的單原子納米酶的制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

2、本發(fā)明提供了一種金屬-硫配位的單原子納米酶的制備方法，其包括：

3、s1，接種金屬硫蛋白表達(dá)細(xì)胞至培養(yǎng)基中培養(yǎng)；

4、s2，待進(jìn)入生長平臺期后加入蛋白表達(dá)誘導(dǎo)劑iptg誘導(dǎo)金屬硫蛋白表達(dá)；

5、s3，向s2所得產(chǎn)物中加入含有金屬離子的鹽溶液，孵育0.5h-5h，使金屬離子與金屬硫蛋白結(jié)合，離心收集含有金屬硫蛋白的細(xì)胞；

6、s4，向s3所得產(chǎn)物中加入固定液進(jìn)行固定；

7、s5，向s4所得產(chǎn)物中加入可揮發(fā)鹽溶液，使可揮發(fā)鹽溶液滲入固定后的細(xì)胞內(nèi)，同時包裹金屬硫蛋白表達(dá)細(xì)胞后，干燥，并在惰性氣體氛圍中高溫煅燒；

8、s6，清洗s5所得產(chǎn)物中多余的可揮發(fā)鹽溶液并干燥，得到金屬-硫配位的單原子納米酶。

9、可選地，金屬-硫配位的單原子納米酶的制備方法還包括s7：

10、將金屬-硫配位的單原子納米酶與氯金酸混合，并加入檸檬酸，充分反應(yīng)后得到金屬-硫配位的單原子級聯(lián)納米酶。

11、可選地，所述s1包括：

12、用接種環(huán)將金屬硫蛋白表達(dá)細(xì)胞接種入培養(yǎng)基中，將培養(yǎng)基置于搖床中進(jìn)行培養(yǎng)，所述搖床溫度為37℃，轉(zhuǎn)速為200rpm。

13、可選地，所述iptg的濃度為0.1-1mm之間，優(yōu)選為0.1mm；

14、可選地，所述金屬離子為直接溶于水中的金屬離子或金屬化合物中含有的金屬離子，包括v3+、v4+、v5+、cr3+、mn2+、mn4+、mn7+、fe2+、fe3+、co2+、co3+、ni2+、ni3+、cu2+、zr2+、zr3+、zr4+、mo2+、mo4+、mo6+、ru2+、ru3+、rh2+、rh3+、rh4+、pd2+、pd4+、w4+、w6+、re5+、re6+、re7+、ir3+、ir4+、pt2+、pt4+、au3+、au5+、ce3+、ce4+、gd3+、tb3+和tb4+中的至少一種，優(yōu)選為fe2+；

15、所述金屬離子的濃度為0.1mm-50mm之間，優(yōu)選為0.5mm；

16、可選地，所述固定液為4％多聚甲醛；所述可揮發(fā)鹽溶液為可揮發(fā)無機鹽，優(yōu)選為nh4hco3溶液，濃度為0.1m-5m，優(yōu)選為1m。

17、可選地，所述金屬硫蛋白表達(dá)細(xì)胞為細(xì)菌、真菌、昆蟲細(xì)胞或動物細(xì)胞；優(yōu)選為細(xì)菌中的大腸桿菌。

18、可選地，所述s5中的干燥為真空冷凍干燥；所述高溫煅燒的溫度為500℃-1000℃，優(yōu)選為800℃；高溫煅燒時間為0.5h-4h，優(yōu)選為2h。

19、可選地，所述氯金酸的濃度為0.2mm-10mm，優(yōu)選為1mm，體積為5ml-50ml；

20、所述檸檬酸的濃度為10mm-100mm，優(yōu)選為45mm，體積為1ml-10ml。

21、本發(fā)明還提供了一種微生物細(xì)胞為模板的單原子納米酶的應(yīng)用，所述金屬-硫配位的單原子納米酶用于制備類酶制劑中；

22、所述類酶制劑為類氧化物酶制劑、類過氧化物酶制劑、類超氧化物歧化酶制劑或類鹵素過氧化物酶制劑；

23、所述類酶制劑為抗菌劑、抗腫瘤藥物、廢水處理劑、組織修復(fù)藥物或檢測試劑。

24、上述所有可選技術(shù)方案均可任意組合，本發(fā)明不對一一組合后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。

25、借由上述方案，本發(fā)明的有益效果如下：

26、通過性能測試可得，通過本發(fā)明實施例提供的制備方法制備得到的金屬-硫配位的單原子納米酶具有較高的類過氧化物酶活性，同時具有優(yōu)良的光熱性能，可以催化產(chǎn)生大量的ros，從而殺死細(xì)菌，具有明顯的抗菌效果。同時，由于金屬硫蛋白表達(dá)細(xì)胞容易獲得，且擴大生產(chǎn)方式成熟，有利于單原子納米酶的大規(guī)模批量生產(chǎn)。

27、上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。

技術(shù)特征：

1.一種金屬-硫配位的單原子納米酶的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬-硫配位的單原子納米酶的制備方法，其特征在于，還包括s7：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬-硫配位的單原子納米酶的制備方法，其特征在于，所述s1包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬-硫配位的單原子納米酶的制備方法，其特征在于，所述iptg的濃度為0.1-1mm之間，優(yōu)選為0.1mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬-硫配位的單原子納米酶的制備方法，其特征在于，所述金屬離子為直接溶于水中的金屬離子或金屬化合物中含有的金屬離子，包括v3+、v4+、v5+、cr3+、mn2+、mn4+、mn7+、fe2+、fe3+、co2+、co3+、ni2+、ni3+、cu2+、zr2+、zr3+、zr4+、mo2+、mo4+、mo6+、ru2+、ru3+、rh2+、rh3+、rh4+、pd2+、pd4+、w4+、w6+、re5+、re6+、re7+、ir3+、ir4+、pt2+、pt4+、au3+、au5+、ce3+、ce4+、gd3+、tb3+和tb4+中的至少一種，優(yōu)選為fe2+。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬-硫配位的單原子納米酶的制備方法，其特征在于，所述固定液為4％多聚甲醛；所述可揮發(fā)鹽溶液為可揮發(fā)無機鹽，優(yōu)選為nh4hco3溶液，濃度為0.1m-5m，優(yōu)選為1m。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬-硫配位的單原子納米酶的制備方法，其特征在于，所述金屬硫蛋白表達(dá)細(xì)胞為細(xì)菌、真菌、昆蟲細(xì)胞或動物細(xì)胞；優(yōu)選為細(xì)菌中的大腸桿菌。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬-硫配位的單原子納米酶的制備方法，其特征在于，所述s5中的干燥為真空冷凍干燥；所述高溫煅燒的溫度為500℃-1000℃，優(yōu)選為800℃；高溫煅燒時間為0.5h-4h，優(yōu)選為2h。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬-硫配位的單原子納米酶的制備方法，其特征在于，所述氯金酸的濃度為0.2mm-10mm，優(yōu)選為1mm，體積為5ml-50ml；

10.一種權(quán)利要求1至9中任一權(quán)利要求所述的微生物細(xì)胞為模板的單原子納米酶的應(yīng)用，其特征在于，所述金屬-硫配位的單原子納米酶用于制備類酶制劑中；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種金屬?硫配位的單原子納米酶的制備方法及其應(yīng)用，屬于仿生納米催化劑合成技術(shù)領(lǐng)域。包括：S1，接種金屬硫蛋白表達(dá)細(xì)胞至培養(yǎng)基中培養(yǎng)；S2，進(jìn)入生長平臺期后加入蛋白表達(dá)誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)金屬硫蛋白表達(dá)；S3，向S2所得產(chǎn)物中加入含有金屬離子的鹽溶液，使金屬離子與金屬硫蛋白結(jié)合，離心收集含有金屬硫蛋白的細(xì)胞；S4，向S3所得產(chǎn)物中加入固定液；S5，向S4所得產(chǎn)物中加入可揮發(fā)鹽溶液，干燥，并在惰性氣體氛圍中高溫煅燒；S6，清洗S5所得產(chǎn)物中多余的可揮發(fā)鹽溶液并干燥，得到金屬?硫配位的單原子納米酶。本發(fā)明實施例制備得到的單原子納米酶具有較高的類過氧化物酶活性，同時具有優(yōu)良的光熱性能。

技術(shù)研發(fā)人員：張新瑀,武志芳,李思進(jìn),昝春芳,張婭楠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山西醫(yī)科大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6