[发明专利]一种碘掺杂单原子纳米酶CoCNI及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碘掺杂单原子纳米酶CoCNI及其制备方法和应用，其中碘掺杂单原子纳米酶CoCNI是通过将掺杂碘化物和主体金属离子Zn²⁺和Co²⁺与有机配体在水热反应釜中自组装形成碘掺杂的双金属有机框架，再在惰性气氛下进行高温热解后得到的。本发明掺杂得到的CoCNI单原子纳米酶的抗氧化物酶活性大大提升，它们能催化活性氧产生无毒的H₂O和O₂。本发明CoCNI单原子纳米酶，相比较未掺杂的CoCN，具有优越的抗氧化物酶活性，包括过氧化氢酶(CAT)、超氧歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)，在保护细胞免受氧化应激和抗炎治疗等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米酶技术领域，具体涉及一种碘掺杂单原子纳米酶CoCNI及其制备方法和在结肠炎治疗上应用。

背景技术

天然酶作为一种重要的生物催化剂，能高效催化生物体内的各种生物化学反应。然而，天然酶存在着纯化成本高、易于分解和变性的弊端。因此，合成具有模拟天然酶功能的“人工酶”倍受关注。自2007年阎锡蕴课题组发现磁性氧化铁纳米颗粒具有类辣根过氧化物活性开始，宣告了纳米酶的问世。纳米酶是指一系列拥有天然酶活性的纳米材料。纳米酶因其稳定性高、合成成本低、易于储存等优点成为天然酶的理想替代品。然而目前纳米酶的催化性能无法满足其在生物医学等领域的应用。纳米酶通常具有与天然酶相似的活性中心或电子转移结构，活性中心赋予了纳米酶的催化活性。纳米酶的催化活性与尺寸，比表面积和元素构成密切相关。研究表明，较小尺寸的纳米酶因具有较大的比表面积和催化活性位点而表现出较高的催化活性。当纳米酶的活性中心缩小到单个原子水平时，即为单原子纳米酶(SAzymes)。

单原子纳米酶不仅具有较高的原子利用率，而且表现出与纳米颗粒显著不同的几何和电子效应，原子结构简单，有明确的配位结构、活性位点、催化机理以及优越的催化性能。基于金属-氮-碳的单原子纳米酶(M-N-C SAzymes)在生物医学领域广泛应用，如生物传感，癌症治疗，杀菌和抗炎领域。但是M-N-C SAzymes的催化活性仍无法与天然酶比拟。在原子层面掺杂其他非金属来实现可控调节金属单原子周围的电子密度进而增强其催化活性备受关注。已有B，S和P元素被成功掺杂到Fe-N-C SAzymes中。因其低的电负性，B，S和P掺杂能改变Fe单原子周围的电子密度，进而提高了Fe-N-C SAzymes的类辣根过氧化物酶活性。然而，其他非金属的掺杂对SAzymes的酶催化活性的影响尚未报道。因此，挖掘更多的非金属掺杂方法来提升单原子纳米酶的催化性能是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种碘掺杂单原子纳米酶(CoCNI)及其制备方法和应用。本发明碘掺杂单原子纳米酶CoCNI，相比未掺杂的CoCN，具有优越的抗氧化物酶活性，包括过氧化氢酶(CAT)、超氧歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)，在保护细胞免受氧化应激和抗炎治疗等领域具有广阔的应用前景。

第一方面，本发明碘掺杂单原子纳米酶CoCNI，是通过将掺杂碘化物和主体金属离子与有机配体在水热反应釜中自组装形成碘掺杂的双金属有机框架，再在惰性气氛下进行高温热解后得到的。

所述掺杂碘化物为NaI或KI。

所述主体金属离子为Zn²⁺和Co²⁺。

所述有机配体为2-甲基咪唑。

第二方面，本发明碘掺杂单原子纳米酶CoCNI的制备方法，具体包括如下步骤：