一种双金属单原子纳米酶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种双金属单原子纳米酶及其制备方法和应用。所述双金属单原子纳米酶的简式为ZnFe

【技术实现步骤摘要】
一种双金属单原子纳米酶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种用于炎症创面治疗的双金属单原子纳米酶及其制备方法，属于纳米材料


技术介绍

[0002]伤口脓毒症、糖尿病足、烧伤等炎症创面发生率逐步提升，其高致死率对人们的身心健康造成了极大威胁。当皮肤遭受严重的外界刺激时，组织内抗氧化系统发生紊乱，产生氧化应激，导致组织内活性氧(ROS)水平异常升高，细胞大量死亡。因此，清除皮肤组织内过量的ROS，抵抗氧化应激，可有效治疗炎症创面，并促进创面愈合再生。目前，主要通过递送非酶抗氧化剂或天然抗氧化酶实现ROS清除。然而，非酶抗氧化剂的清除能力不足，需大剂量、持续递送才能抑制ROS的异常升高；天然抗氧化酶虽然清除能力强，但极易失活且制备复杂、产量低，限制了其临床应用。因此，需进一步设计可有效清除ROS，缓解炎症反应的功能材料。
[0003]近年来，以金属原子为类酶催化活性位点的单原子纳米酶，不但具有可设计规划的几何结构和电子配位，可以在原子水平上有效地模拟天然抗氧化酶的金属活性中心，还具备优异的结构稳定性，可实现ROS的高效持久清除，在炎症治疗方面显示出巨大潜力。然而，现有单原子纳米酶制备过程中多需热解、酸洗处理，工艺繁琐且得到的材料分散性差，不利于其医学应用。同时，单原子纳米酶在生物医学应用方面的探索多集中于类过氧化物酶、类氧化物酶等产生自由基的纳米酶，尤其是利用该类酶活性响应肿瘤微酸环境，产生自由基进行肿瘤治疗研究的尤为广泛，缺乏单原子纳米酶在清除自由基方面的研究和应用。

技术实现思路
<br/>[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种具有多种自由基清除能力的双金属单原子纳米酶及其制备方法。本专利技术的这种双金属单原子纳米酶具有优良的ROS清除能力和免疫调控能力，能够有效应用于炎症治疗。
[0005]一方面，本专利技术提供了一种双金属单原子纳米酶，所述双金属单原子纳米酶的简式为ZnFe
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NC，按原子百分比由以下组分组成：Zn 0.5％～5％；Fe 0.05％～2％；C 60％～70％；N 15％～25％；O 10％～20％。
[0006]较佳的，所述双金属单原子纳米酶中纳米酶具有氮碳骨架结构，双金属单原子为Zn原子和Fe原子，其中Zn原子和Fe原子为氧化态，以单分散的形式分布于氮碳骨架中，并分别以Zn
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N、Fe
‑
N的配位形式与氮碳骨架结构连接。
[0007]较佳的，N原子主要以吡啶氮、吡咯氮的形式存在；C原子主要以C＝N、C
‑
C、C
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N的形式存在。
[0008]较佳的，所述双金属单原子纳米酶ZnFe
‑
NC，在Fe含量不变时，随着Zn含量的增加，双金属单原子纳米酶的结晶性逐渐减弱，微观形貌从片状逐渐向颗粒状转变。
[0009]较佳的，所述ZnFe
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NC的尺寸≤1μm；当Fe含量不变时，随着Zn含量的增加，双金属
单原子纳米酶的尺寸逐渐下降。
[0010]另一方面，本专利技术提供了一种双金属单原子纳米酶的制备方法，包括：(1)将铁盐和锌盐加入到甲酰胺或甲酰胺与其他有机溶剂的混合物中，超声溶解后，得到溶液A；(2)将溶液在200～240℃下溶剂热反应，再经冷却、洗涤和干燥，得到所述双金属单原子纳米酶ZnFe
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NC。该制备原理的说明如下：甲酰胺同时含有氨基和醛基，在特定条件下，N原子进攻C原子，发生分子间亲核加成反应——希夫碱反应，形成不饱和N
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C＝N键，同时，N原子外层的孤对电子与金属原子(M)螯合形成M
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N配位键。该制备方法为一步溶剂热法，无需经过煅烧等脱氧处理，从而在保留大量含氧官能团的基础上制备得到金属氮碳(M
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NC)单原子纳米酶。大量含氧官能团保证了该单原子纳米酶在生理环境下的稳定性，同时也可作为电子供体实现对活性氧的直接清除。
[0011]较佳的，步骤(1)中：所述铁盐选自氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、醋酸铁中的至少一种；所述锌盐选自氯化锌、硫酸锌、硝酸锌和醋酸锌的至少一种。所述铁盐和锌盐的摩尔比为(1～20mM)：(5～200mM)；所述甲酰胺或甲酰胺与其他有机溶剂的混合物和铁盐的比为(30～50)mL：(1～20)mM；所述超声溶解的功率为40～320W，时间为5～60分钟
[0012]较佳的，步骤(2)中：所述溶剂热反应的时间为12～24小时。所述冷却的方式为空冷、水冷、炉冷；所述洗涤的方式为差速离心法，离心低转速r低＝3000～10000rpm，离心高转速r高＝10000～12000rpm，r低＜r高，洗涤次数不少于4次；所述干燥的方式为在50～100℃烘干、或在
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50～
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5℃下冷冻干燥。
[0013]再一方面，本专利技术还提供了一种双金属单原子纳米酶的应用，所述双金属单原子纳米酶具有：类氧化物酶(OXD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性；其中，Fe
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N为类酶催化活性位点，Zn
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N为辅酶位点。类酶催化反应方程式如下：
[0014]较佳的，所述双金属单原子纳米酶的类酶活性具有pH和温度依赖性，pH从酸性到碱性变化时，其类酶活性从OXD、POD向CAT、SOD转变，并在生理条件下表现出CAT、SOD活性；所述双金属单原子纳米酶通过类CAT、SOD酶催化反应以实现对H2O2、
·
O2‑
转化成O2的方式清除。
[0015]较佳的，所述双金属单原子纳米酶作为电子供体直接清除
·
OH。
[0016]较佳的，利用双金属单原子纳米酶制备炎症治疗材料，以在ZnFe
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NC在多种细胞抗氧化模型中显示出炎症治疗效果；所述炎症治疗效果包括清除ROS、下调促炎基因表达并上调抗炎基因表达；所述细胞抗氧化模型包括：H2O2抗氧化模型、ROSUP抗氧化模型、LPS抗氧化模型。
[0017]又，较佳的，利用双金属单原子纳米酶制备炎症治疗材料，在动物炎症模型中显示出炎症治疗效果；所述效果包括提高动物存活率、缓解动物多器官衰竭、减缓炎症反应；所述炎症模型包括：炎症创面(伤口脓毒症、烧伤、糖尿病创面)、肾损伤、结肠炎、肺炎、神经中枢系统疾病、牙周炎。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]本专利技术利用简单的一步溶剂热法，以廉价无毒的甲酰胺为原料，合成了双金属单原子纳米酶，本专利技术所述单原子纳米酶的合成无需传统单原子纳米酶合成过程中的热解、酸洗处理，合成方法简单、成本低、条件温和稳定，便于大规模制备。
[0020]本专利技术所述合成的双金属单原子纳米酶ZnFe
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NC同时具有OXD、POD、CAT、SOD四种天然酶模拟活性。对比单金属单原子纳米酶Fe
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NC、Zn
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双金属单原子纳米酶，其特征在于，所述双金属单原子纳米酶的简式为ZnFe
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NC，按原子百分比由以下组分组成：Zn 0.5％～5％；Fe 0.05％～2％；C 60％～70％；N 15％～25％；O 10％～20％。2.根据权利要求1所述的双金属单原子纳米酶，其特征在于，所述双金属单原子纳米酶中纳米酶具有氮碳骨架结构，双金属单原子为Zn原子和Fe原子，其中Zn原子和Fe原子为氧化态，以单分散的形式分布于氮碳骨架中，并分别以Zn
‑
N、Fe
‑
N的配位形式与氮碳骨架结构连接。3.根据权利要求1所述的双金属单原子纳米酶，其特征在于，N原子主要以吡啶氮、吡咯氮的形式存在；C原子主要以C＝N、C
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C、C
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N的形式存在。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的双金属单原子纳米酶，其特征在于，所述双金属单原子纳米酶ZnFe
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NC，在Fe含量不变时，随着Zn含量的增加，双金属单原子纳米酶的结晶性逐渐减弱，微观形貌从片状逐渐向颗粒状转变。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的双金属单原子纳米酶，其特征在于，所述ZnFe
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NC的尺寸≤1μm；当Fe含量不变时，随着Zn含量的增加，双金属单原子纳米酶的尺寸逐渐下降。6.一种如权利要求1
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5中任一项所述的双金属单原子纳米酶的制备方法，其特征在于，包括：(1)将铁盐和锌盐加入到甲酰胺或甲酰胺与其他有机溶剂的混合物中，超声溶解后，得到溶液A；(2)将溶液在200～240℃下溶剂热反应，再经冷却、洗涤和干燥，得到所述双金属单原子纳米酶ZnFe
‑
NC。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述铁盐选自氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、醋酸铁中的至少一种；所述锌盐选自氯化锌、硫酸锌、硝酸锌和醋酸锌的至少一种；所述有机溶剂选自乙醇、乙二醇、丙三醇、乙醇胺、N,N
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二甲基甲酰胺、N,N
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二甲基乙酰胺中至少一种，其中甲酰胺与有机溶剂的体积比不为0；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宣勇，陈书寒，卢位，谭继，张海峰，邱家军，
申请(专利权)人：慈溪生物材料表面工程中心，
类型：发明
国别省市：