本發明涉及化學生物傳感以及生物檢測，具體涉及一種由蛋白質分子介導的單原子催化劑及其制備方法和應用。

背景技術：

1、過氧化物酶（peroxidase）是一類能夠催化過氧化氫（h2o2）分解的酶，它們在生物體內的許多氧化還原反應中起著關鍵作用，然而，天然酶作為一種生物催化劑雖有諸多優點，但也存在一些缺陷，如制備和提純成本高、操作穩定性差、對環境敏感性高、回收和再利用較困難，這些缺陷限制了天然酶作為一種生物催化劑的進一步發展應用。基于此，研究人員一直在尋找替代方案，如開發重組酶、工程酶、納米酶和化學酶等，以克服天然酶的局限性，并提高其在各種應用中的性能和穩定性。目前納米材料、金屬氧化物、貴金屬和金屬有機框架、卟啉、生物分子、金屬配合物和聚合物等，還包括許多小分子、離子均被發現具有過氧化物模擬酶活性，這為過氧化物模擬酶的相關研究提供新的思路。

2、單原子催化劑（single-atom?catalysts，sacs）是一類新型的催化劑，其中金屬原子以單個形式分散在基底上，具有極高的原子利用率和獨特的催化性能。近年來，單原子催化劑的研究和應用發展迅速，單原子催化劑的金屬原子利用率接近100%，這對于貴金屬催化劑來說尤其重要，因為它們可以顯著降低成本。同時，在實際應用中穩定性和耐久性也是當前研究的熱點，通過調整金屬與基底之間的相互作用，可以提高催化劑的穩定性。盡管單原子催化劑的研究取得了顯著進展，但仍存在一些挑戰，如大規模合成、長期穩定性、以及在復雜工業環境中的性能等，未來的研究將繼續解決這些問題，并推動單原子催化劑在各個領域的應用。

3、模擬過氧化物酶可以作為生物傳感器的關鍵組分，用于檢測h2o2或其他化學物質（如葡萄糖），首先，在生物體內，過氧化物模擬酶的作用對于維持氧化還原平衡和保護細胞免受氧化損傷至關重要，其次，在醫學和生物技術領域，研究和開發高效的過氧化物模擬酶對于治療與氧化應激相關的疾病具有重要意義。過氧化物模擬酶通常與其他抗氧化系統（如谷胱甘肽系統、超氧化物歧化酶等）協同工作，共同維持細胞內的氧化還原平衡，由于h2o2是一種活性氧（ros）物種，過量的h2o2對細胞有害，過氧化物模擬酶通過分解h2o2，可保護細胞免受氧化應激損傷。

4、葡萄糖氧化酶是一種能夠催化葡萄糖分解的酶。它在生物體的葡萄糖代謝和工業應用中都非常重要，葡萄糖氧化酶可以將葡萄糖分解為葡萄糖酸和h2o2，反應產生的h2o2可以進一步被過氧化物酶或其他催化劑分解成水和氧氣，以防止h2o2積累對細胞造成損害。監測血糖水平對于個人健康和疾病管理至關重要，尤其是在糖尿病患者人群中，對于糖尿病患者來說，定期監測血糖水平是管理糖尿病的核心部分，有助于調整飲食、運動和藥物治療計劃。長期維持血糖在正常范圍內可以減少糖尿病并發癥的風險，如心血管疾病、腎臟病變、視網膜病變和神經病變，及時監測血糖有助于預防和識別低血糖發作，了解血糖水平的變化可以幫助患者調整飲食和運動習慣，以更好地控制血糖。兩步法檢測葡萄糖是一種用于篩查和診斷糖尿病的常用方法。這種方法分為兩個階段進行：第一階段：50克口服葡萄糖負荷試驗（ogtt）；在這個階段，受試者在非禁食狀態下飲用含有50克葡萄糖的溶液。然后在1小時后測量血漿或血清中的葡萄糖濃度。如果結果超過設定的閾值（通常為130至140?mg/dl），則認為篩查結果陽性，需要進一步的診斷性測試。第二階段：100克口服葡萄糖耐量試驗（ogtt）；對于篩查結果陽性的個體，在禁食狀態下飲用含有100克葡萄糖的溶液，并在1小時、2小時和3小時后分別測量血糖水平。如果至少兩個時間點的血糖值達到或超過特定閾值（例如，1小時180?mg/dl，2小時155?mg/dl，3小時140?mg/dl），則可以診斷為糖尿病。這種血糖檢測方法有效性好，但檢測過程較為繁瑣，且耗時很長。

5、血糖、尿酸等都是非常重要的生化指標，對于評估人體的代謝健康狀態非常關鍵。因此，開發簡單、廉價、可靠的血糖、尿酸等人體重要代謝產物的檢測方法具有非常重要的意義。

技術實現思路

1、針對上述現有技術血糖等人體重要代謝產物的檢測方法存在檢測過程較繁瑣、耗時長等技術問題，本發明提供一種由蛋白質分子介導的單原子催化劑及其制備方法，并將所得單原子催化劑用于血糖、尿酸等與個人健康和疾病管理密切相關的人體代謝產物的檢測中，不僅方法簡單，成本低，而且靈敏度高，能夠實現快速準確地完成檢測。

2、本發明提供的由蛋白質分子介導的單原子催化劑（single-atom?catalysts，sacs），通過在蛋白質框架內將鉑原子與氨基和羧基配位來構建。

3、上述由蛋白質分子介導的單原子催化劑的制備方法，將蛋白質溶液與氯亞鉑酸鉀溶液進行混合反應，得到具有過氧化物模擬酶活性和保持原蛋白質活性的單原子催化劑，即由蛋白質分子介導的單原子催化劑。

4、進一步地，蛋白質包括天然酶蛋白和非酶蛋白。

5、進一步地，天然酶蛋白包括葡萄糖氧化酶（gox）、堿性磷酸酶(alp)、d-氨基酸氧化酶(dao)、乳酸氧化酶（lox）、膽固醇氧化酶(cod)或尿酸氧化酶(uao)中的至少一種，非酶蛋白包括牛血清白蛋白(bsa)、人血清白蛋白(hsa)、血紅蛋白(hb)和肌紅蛋白抗體（myo）中的至少一種，對應的由蛋白質分子介導的單原子催化劑分別為gox-pt、alp-pt、dao-pt、lox-pt、cod-pt、uao-pt、bsa-pt、hsa-pt、hb-pt、myo-pt。

6、進一步地，蛋白質溶液與氯亞鉑酸鉀溶液的用量比為3~8?mg/ml：0.001~0.005mol/l，優選4~6?mg/ml：0.001~0.003mol/l，更優選5~6?mg/ml：0.002~0.003mol/l。

7、進一步地，反應在ph為7.0~7.8的條件下進行，ph優選7.4~7.6；反應溫度為35~39℃，更優選36~38℃，最優選37℃；反應時間為20~24小時。

8、進一步地，還包括反應完成后的透析后處理，如對反應產物用8000da截留量的透析袋4℃透析12小時，每4小時更換透析液，將透析后的溶液置于冰箱4℃保存待用。

9、上述由蛋白質分子介導的單原子催化劑或上述制備方法得到的由蛋白質分子介導的單原子催化劑應用于檢測人體代謝產物的含量，人體代謝產物包括血清中葡萄糖、尿酸、d-氨基酸、膽固醇、乳酸或磷酸酯中的一種，檢測時間短，精度高。

10、進一步地，由蛋白質分子介導的單原子催化劑為gox-pt時，上述應用包括如下具體步驟：

11、s1.在離心管中加入gox-pt，3,3',5,5'-四甲基聯苯胺溶液（tmb）、醋酸緩沖溶液，再分別向每支離心管內加入不同濃度的葡萄糖測反應20~40?min，測定紫外-可見吸收光譜及在652nm（最大吸收波長）處的吸光度，以葡萄糖濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標進行線性擬合，得到葡萄糖標準曲線；

12、s2.將待測血清樣品用磷酸鹽緩沖溶液（pbs）稀釋10~30倍，取50μl血清，分別加入50μl不同濃度的葡萄糖標準品，然后加入gox-pt、醋酸緩沖溶液、h2o2和tmb，作用20~40?min后測其在652nm處的吸光度，再根據標準曲線計算得到葡萄糖的含量。

13、進一步地，s2中，加入gox-pt的濃度為0.0004~0.0006mol/l(優選0.0005mol/l），醋酸緩沖溶液的濃度為0.1~0.3mol/l（優選0.2mol/l），ph控制在3.0~5.0（優選4.0），雙氧水的濃度為0.05~0.15mol/l（優選0.1mol/l），tmb的濃度為0.003~0.005mol/l（優選0.004mol/l），gox-pt、醋酸緩沖溶液、h2o2和tmb的加入體積比為0.9~1.1：4.8~5.2：0.15~0.25：0.9~1.1。

14、gox-pt具有一定的催化能力，在gox-pt存在下，h2o2被快速催化分解，h2o2被催化分解產生羥基自由基，羥基自由基氧化tmb（3,3',5,5'-四甲基聯苯胺），不同濃度的氧化態tmb呈現不同的顏色。從而，既可利用顏色變化對待測物進行可視化半定量檢測，又可以通過吸光度的大小對待測物的準確含量進行定量檢測。葡萄糖氧化酶可以催化葡萄糖分解產生h2o2，然后h2o2又會被具有過氧化物酶活性的gox-pt催化分解，從而可以氧化tmb進行比色測定，實驗結果表明，gox-pt?既保留了葡萄糖氧化酶活性，又被賦予了過氧化物酶活性，利用該雙酶活性，可以省去兩步法檢測葡萄糖的繁瑣步驟，直接一步法進行葡萄糖檢測。通過調整不同的蛋白，來獲得相應的酶性質，可以監測人體相關疾病水平。例如將gox替換為uao，使uao-pt獲得過氧化物模擬酶和尿酸酶的雙酶性質，利用該性質檢測尿酸。根據尿酸氧化酶分解尿酸產生h2o2的濃度不同，即生成ox-tmb呈現的顏色不同來初步判斷尿酸水平。

15、上述由蛋白質分子介導的單原子催化劑或上述制備方法得到的由蛋白質分子介導的單原子催化劑應用于制備抗癌藥物，通過由蛋白質分子介導的單原子催化劑封裝在ph?響應的?zif-8?框架內，能夠在酸性腫瘤微環境中表現出選擇性活化并實現有效的抗癌治療。

16、與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

17、本發明所制備的單原子催化劑表現出高催化活性、高選擇性和良好的穩定性，本發明的制備方法能夠合成具有特定酶活性的?sac：非酶蛋白獲得過氧化物酶樣活性，而酶蛋白（如葡萄糖氧化酶）則實現雙酶功能。

18、（2）本發明的制備方法簡單，成本低，靈敏度高，能夠實現快速準確的檢測，與傳統的?sac?合成方法相比，本發明的蛋白質導向策略具有可擴展性、生物相容性和對多種蛋白質的適應性，為生物傳感、診斷和精準腫瘤學中的納米催化提供了一個多功能平臺，同時也為?sac?在生物醫藥領域的更廣泛應用提供了新的思路，為未來蛋白質工程催化的創新奠定了基礎。