一种基于生物正交的铜单原子纳米酶及其制备方

本发明属于单原子纳米材料，具体是一种基于生物正交的铜单原子纳米酶的制备方法与应用。背景技术：1、生物酶利用特定的金属离子作为活性位点来完成生物体内的大多数生化反应。单原子纳米酶(sazymes)是一种新型的纳米酶，其活性位点与天然金属酶相似，单原子纳米酶(sazymes)具有原子分散活性位点，是天然酶的潜在替代品；有效限制、锚定或配位分散金属原子的sazymes，通过其优异的原子效率和分离的催化中心，表现出独特的类酶催化特性，可以在体内快速产生活性氧物种(ros)，产生抗肿瘤作用，为癌症纳米医学领域提供了创新途径，并使其彻底改变癌症治疗的方式。2、到目前为止，已经开发出一些sazyme，包括铁(fe)sazyme、锰(mn)sazyme、钯(pd)sazyme、钴(co)sazyme等，其研究主要集中在单一类酶活性的抗癌治疗机制上。然而，单一类酶的催化活性可能会产生不足的ros，导致催化效率不理想。因此，设计具有多种酶样活性的纳米酶来促进ros的产生对于有效治疗肿瘤至关重要。此外，由于大多数报道的sazymes的活性位点主要局限于表面原子，内部金属原子处于休眠状态，这导致催化中心的原子利用率显著不足。3、在实际情况中，由于纳米酶的金属活性中心具有极高的反应活性，纳米酶不仅具有催化活性，还可能具有诱导细胞死亡的其他生理作用或机制，需要进一步的探索来充分了解这些潜在的途径。因此，开发支持sazymes的低维材料以减少其协同结构并增加活性原子的利用率是提高sazymes整体性能并释放其全部治疗潜力的有效候选策略。技术实现思路1、发明目的：针对现有单原子纳米酶催化活性不足的问题，提供一种基于生物正交的铜单原子纳米酶及其制备方法与应用。2、技术方案：一种基于生物正交的铜单原子纳米酶的制备方法,包括以下步骤：3、步骤一、电化学剥离制备石墨烯；4、步骤二、利用原位轰击-嵌入技术将金属铜溅射到石墨烯上，制备单原子铜纳米酶(cusa)；5、步骤三、通过将dspe-peg-dbco修饰在cusa上，制备生物正交的纳米酶(cusaco)。6、进一步的，步骤一中，电化学剥离制备石墨烯的过程如下：7、步骤1.1)、电化学剥离过程；8、采用高定向热解石墨为阳极，采用pt线作为阴极，阳极和阴极距离设置为1.0cm，采用7wt.％的过硫酸铵水溶液为作为电解液；通过在石墨电极上施加10-3a电流，驱动无机阳离子缓慢嵌入石墨晶体的层间间隙，实现电化学剥离过程；9、步骤1.2)、电化学剥离至少6小时后，将石墨在冰水浴中超声，获得石墨烯悬浮液；10、步骤1.3)、将石墨烯悬浮液以2500rpm离心，离心5分钟后，取上清液，随后用去离子水洗涤上清液三次；11、步骤1.4)、将步骤1.3得到的石墨烯进行真空冷冻干燥，之后石墨烯转移到cvd系统中，在600℃和含10％氢气的氩气气氛下完全还原。12、进一步的，步骤二中，溅射在以下条件下进行：衬底温度25℃，沉积速率室压为5pa，在5～10秒内以的沉积速率进行金属铜的原位轰击-嵌入。13、进一步的，步骤二的具体操作如下：14、步骤2.1)、将步骤一制备的石墨烯放入石英容器中，并将其转移到溅射系统的负载锁室，在10-1pa的条件下，对负载锁腔缓慢脱气，并通过负载锁腔将脱落的石墨烯加载到磁控溅射室的主腔中；15、步骤2.2)、将金属铜放入溅射系统的溅射源中，作为溅射源的靶材；16、步骤2.3)进行标准溅射操作；17、标准溅射在以下条件下进行：衬底温度25℃，沉积速率室压为5pa，在5～10秒内以的沉积速率进行金属铜的原位轰击-嵌入；18、步骤2.4)、在溅射操作之后，将步骤2.3)中溅射操作之后得到的产物，放入(nh4)2s2o8水溶液中洗去未结合的金属cu，得到铜单原子金属纳米酶cusa，并进行真空冷冻干燥。19、进一步的，步骤三的具体操作如下：20、步骤3.1)、将cusa分散于乙酸乙酯中，将溶液超声处理，得到小尺寸的cusa；21、步骤3.2)、进行离心操作去除大粒径的cusa；离心条件2500rpm，5min；22、步骤3.3)、将dspe-peg2000-dbco溶于乙醇，随后加入到无大粒径的cusa的乙醇溶液中，混合均匀；在连续超声下，将混合均匀的溶液注射到二次水中，之后将混合溶液在冰水浴中超声30分钟；23、步骤3.4)、将步骤3.3中得到的混合溶液用旋转蒸发器去除乙醇，用去离子水洗涤三次，旋转蒸发的条件是，3000rpm,10min，得到dbco标记的cusa，即为基于生物正交的铜单原子纳米酶命名为cusaco。24、本发明还公开了上述方法制备的基于生物正交的铜单原子纳米酶及其在活体光声影像分析中的应用，在肿瘤催化治疗、铜死亡、光热治疗中的应用，在肿瘤免疫治疗中的应用。25、有益效果：26、(1)本发明制备cusa时采用了一种新的超快速合成溅射sazymes的原位轰击-嵌入技术，利用该方法制备的纳米酶具有独特平面cu-c3配位构型。为了增强肿瘤特异性靶向，本发明采用生物正交法设计了二苯并环辛炔(dbco)标记的纳米酶(cusaco)。27、(2)cusaco具有光热性能，能够用于活体的光声影像分析。28、(3)本发明方法制备的cusaco不仅具有最小的脱靶毒性，而且具有超高的过氧化氢酶、氧化酶、过氧化物酶等多酶催化活性，诱导活性氧(ros)风暴的产生，可以高效破坏肿瘤，能够用于活体上肿瘤的催化治疗。29、(4)cusaco可以在谷胱甘肽(gsh)存在的情况下释放cu离子，能够用于肿瘤的铜死亡治疗，提高肿瘤治疗效果。30、(5)cusaco卓越的光热特性能够用于活体肿瘤的光热治疗研究，可以实现对肿瘤的精确光热治疗(ptt)。31、(6)cusaco能够在光热治疗、催化治疗和铜死亡治疗下诱导免疫原性细胞死亡，实现肿瘤的免疫治疗。技术特征：1.一种基于生物正交的铜单原子纳米酶的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的一种基于生物正交的铜单原子纳米酶的制备方法,其特征在于，步骤一中，电化学剥离制备石墨烯的过程如下：3.根据权利要求1所述的一种基于生物正交的铜单原子纳米酶的制备方法,其特征在于，步骤二中，溅射在以下条件下进行：衬底温度25℃，沉积速率室压为5pa，在5～10秒内以的沉积速率进行金属铜的原位轰击-嵌入。4.根据权利要求1所述的一种基于生物正交的铜单原子纳米酶的制备方法,其特征在于，步骤二的具体操作如下：5.根据权利要求1所述的一种基于生物正交的铜单原子纳米酶的制备方法,其特征在于，步骤三的具体操作如下：6.根据权利要求1-5任意一项所述制备方法制备的基于生物正交的铜单原子纳米酶。7.根据权利要求6所述的基于生物正交的铜单原子纳米酶在活体光声影像分析中的应用。8.根据权利要求7所述的基于生物正交的铜单原子纳米酶在肿瘤催化治疗、铜死亡、光热治疗中的应用。9.根据权利要求8所述的基于生物正交的铜单原子纳米酶在肿瘤免疫治疗的应用。技术总结本发明公开了一种基于生物正交的铜单原子纳米酶及其制备方法与应用，属于单原子纳米材料技术领域，包括如下步骤：步骤一、电化学剥离制备石墨烯；步骤二、利用原位轰击‑嵌入技术将金属铜溅射到石墨烯上，制备单原子铜纳米酶CuSA；步骤三、通过将DSPE‑PEG‑DBCO修饰在CuSA上，制备生物正交的纳米酶CuSACO。本发明CuSA的制备采用了一种新的超快速合成溅射SAzymes的原位轰击‑嵌入技术，制备的纳米酶具有独特平面Cu‑C3配位构型。为了增强肿瘤特异性靶向，本发明采用生物正交法制备的CuSACO，能够增强肿瘤特异性靶向。CuSACO的催化治疗、铜死亡、光热治疗和免疫治疗的联合治疗能够有效抑制原位乳腺肿瘤和脑胶质瘤的生长。技术研发人员：吴鲁艳,林会会,曹祥,佟强受保护的技术使用者：南京邮电大学技术研发日：技术公布日：2024/8/15