本發(fā)明涉及仿生納米催化劑合成，尤其涉及一種微生物細胞為模板的單原子納米酶的制備方法及其應用。

背景技術：

1、傳統(tǒng)的酶工程主要側重于通過對大分子結構的改造來提高酶的性能和適應性，例如通過重組dna技術來改變酶的氨基酸序列。雖然這種方法在一定程度上提高了酶的活性、穩(wěn)定性和特異性，但其制備過程十分繁瑣且具有挑戰(zhàn)性，需要對酶的結構和功能有深入的理解，且成本較高。因此，亟待開發(fā)出制備方法簡單、成本低廉且性能優(yōu)越的類酶制劑。

2、新一代類酶制劑的設計不再局限于大分子結構的改造，而是側重于利用納米技術和材料科學的進步，開發(fā)出具有高效催化活性和穩(wěn)定性的納米仿酶材料。其中，單原子納米酶被認為是最具應用前景的一類納米仿酶材料。單原子納米酶的活性中心類似于天然酶，具有一系列顯著特性，包括幾何、化學和電子結構等。作為生物催化劑的重要組成部分，單原子納米酶具備非凡的活性和特異性，揭示了催化反應復雜機理的新途徑，超越了天然酶和納米酶的局限。相較于傳統(tǒng)酶工程，單原子納米酶制備工藝更簡單，成本更低，同時還具有優(yōu)異的催化性能和穩(wěn)定性。

3、目前，單原子納米酶的合成利用了各種不同的支撐材料，例如碳基材料、金屬氧化物、mof材料和二維材料。在生物醫(yī)學應用中，碳基材料是研究最為廣泛的單原子納米酶載體之一。在碳基材料載體下，金屬與載體之間的相互作用促進了分離和轉移效率，并且金屬單原子與氮空位的共存提高了催化效率，呈現(xiàn)出協(xié)同催化效應。mof材料具有較大的空腔，能夠有效地捕獲金屬單原子。金屬氧化物作為常用的載體材料，其表面的氧空位缺陷可作為穩(wěn)定單原子金屬的位點。而負載在二維材料上的金屬原子能夠與非金屬原子形成帶狀結構，從而調節(jié)酶催化反應的效率。然而，這些合成方法存在一些缺點，例如，負載原子量低、合成過程繁瑣以及原子容易聚集成簇等，原子聚集與原子負載的問題導致目前仍無法大規(guī)模批量生產單原子納米酶。

4、因此，開發(fā)可以高效負載金屬原子，并且可以大規(guī)模生產的單原子納米酶，對進一步大規(guī)模開發(fā)應用單原子納米酶到生物醫(yī)學各個領域，以及進一步開發(fā)出催化活性更高的仿酶制劑具有重要意義。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種微生物細胞為模板的單原子納米酶的制備方法及其應用。本發(fā)明的技術方案如下：

2、本發(fā)明提供了一種微生物細胞為模板的單原子納米酶的制備方法，其包括：

3、s1，接種微生物細胞至培養(yǎng)基中培養(yǎng)；

4、s2，待微生物細胞進入生長平臺期后，收集微生物細胞，并向微生物細胞中加入預冷的氯化鈣溶液；

5、s3，向s2所得產物中加入金屬離子和可揮發(fā)鹽溶液，使金屬離子分散于微生物細胞內和表面，同時使可揮發(fā)鹽滲入細胞內部后，離心收集菌體；

6、s4，向s3所得產物中加入固定液進行固定；

7、s5，向s4所得產物中加入鹽溶液，使鹽溶液包裹微生物細胞后，進行干燥，并在惰性氣體氛圍中高溫煅燒；

8、s6，清洗s5所得產物中多余的鹽溶液并干燥，得到單原子納米酶。

9、可選地，微生物細胞為模板的單原子納米酶的制備方法還包括s7：

10、將單原子納米酶與氯金酸混合，并加入檸檬酸，充分反應后得到單原子級聯(lián)納米酶。

11、可選地，所述s1包括：

12、用接種環(huán)將微生物細胞接種入培養(yǎng)基中，將培養(yǎng)基置于搖床中進行培養(yǎng)，所述搖床溫度為37℃，轉速為200rpm。

13、可選地，所述預冷的氯化鈣溶液是指將氯化鈣溶液置于冰上冷卻30min以上時間后形成的氯化鈣溶液；所述氯化鈣溶液的濃度為0.05m-1m，優(yōu)選為0.1m。

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mn2+；

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

16、所述可揮發(fā)鹽溶液為nh4hco3溶液，濃度為0.1m-5m，優(yōu)選為0.5m。

17、可選地，所述鹽溶液為可揮發(fā)無機鹽與不可揮發(fā)無機鹽的混合物，優(yōu)選為nh4hco3溶液和nacl溶液的混合物，且nh4hco3溶液與nacl溶液的體積比為1：0.5-1：6，優(yōu)選為1：1；所述nh4hco3溶液和nacl溶液的混合物的濃度為0.1m-5m，優(yōu)選為1m；所述固定液為4％多聚甲醛。

18、可選地，所述微生物細胞為細菌、真菌或藻類的細胞；所述細菌為革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌或大腸桿菌，優(yōu)選為大腸桿菌。

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

20、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；

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

22、本發(fā)明還提供了一種微生物細胞為模板的單原子納米酶的應用，所述微生物細胞為模板的單原子納米酶用于制備類酶制劑中；

23、所述類酶制劑為類氧化酶制劑、類過氧化物酶制劑、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；

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

25、上述所有可選技術方案均可任意組合，本發(fā)明不對一一組合后的結構進行詳細說明。

26、借由上述方案，本發(fā)明的有益效果如下：

27、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，可以催化產生大量的ros，從而殺死細菌，具有明顯的抗菌效果。同時，由于微生物細胞容易獲得，且擴大生產方式成熟，有利于單原子納米酶的大規(guī)模批量生產。

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

技術特征：

1.一種微生物細胞為模板的單原子納米酶的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的微生物細胞為模板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)權利要求1或2所述的微生物細胞為模板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)權利要求1或2所述的微生物細胞為模板的單原子納米酶的制備方法，其特征在于，所述預冷的氯化鈣溶液是指將氯化鈣溶液置于冰上冷卻30min以上時間后形成的氯化鈣溶液；所述氯化鈣溶液的濃度為0.05m-1m，優(yōu)選為0.1m。

5.根據(jù)權利要求1或2所述的微生物細胞為模板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mn2+；

6.根據(jù)權利要求1或2所述的微生物細胞為模板的單原子納米酶的制備方法，其特征在于，所述鹽溶液為可揮發(fā)無機鹽與不可揮發(fā)無機鹽的混合物，優(yōu)選為nh4hco3溶液和nacl溶液的混合物，且nh4hco3溶液與nacl溶液的體積比為1：0.5-1：6，優(yōu)選為1：1；所述nh4hco3溶液和nacl溶液的混合物的濃度為0.1m-5m，優(yōu)選為1m；所述固定液為4％多聚甲醛。

7.根據(jù)權利要求1或2所述的微生物細胞為模板的單原子納米酶的制備方法，其特征在于，所述微生物細胞為細菌、真菌或藻類的細胞；所述細菌為革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌或大腸桿菌，優(yōu)選為大腸桿菌。

8.根據(jù)權利要求1或2所述的微生物細胞為模板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)權利要求2所述的微生物細胞為模板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；

10.一種權利要求1至9中任一權利要求所述的微生物細胞為模板的單原子納米酶的應用，其特征在于，所述微生物細胞為模板的單原子納米酶用于制備類酶制劑中；

技術總結
本發(fā)明涉及一種微生物細胞為模板的單原子納米酶的制備方法及其應用，屬于仿生納米催化劑合成技術領域。包括：S1，接種微生物細胞至培養(yǎng)基中培養(yǎng)；S2，待微生物細胞進入生長平臺期后，向微生物細胞中加入預冷的氯化鈣溶液；S3，向S2所得產物中加入金屬離子與可揮發(fā)鹽溶液；S4，向S3所得產物中加入固定液進行固定；S5，向S4所得產物中加入鹽溶液，進行干燥，并在惰性氣體氛圍中高溫煅燒；S6，清洗S5所得產物中多余的鹽溶液并干燥，得到單原子納米酶。本發(fā)明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，可以催化產生大量的ROS，從而殺死細菌，具有明顯的抗菌效果，有利于大規(guī)模批量生產。

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