近日，山西医科大学拟将一项“金属-硫配位的单原子纳米酶制备方法及其应用”以独占许可的方式授权给产业方，许可金额为52万元整。该专利由张新瑀、武志芳、李思进等科研人员研发。
图片来自山西医科大学官网
该专利的核心在于运用合成生物学方法制备具有特定金属-硫配位模式的单原子纳米酶材料。此项创新突破了传统单原子纳米酶多采用金属-氮配位的技术局限，开创性地以金属硫蛋白表达细胞（优选大肠杆菌）为模板，通过生物合成与高温煅烧相结合的工艺，实现了金属-硫配位单原子的高效负载，有效解决了传统制备工艺繁琐、易出现原子团聚、难以规模化生产的行业痛点。同时，该技术可通过调控金属离子的种类与负载量灵活调节纳米酶活性，兼具绿色低成本、稳定性强、环境耐受性优异的技术特点，为单原子纳米酶的产业化应用奠定了核心基础。
在生物医学与环境治理等领域，无论是细菌感染、肿瘤病变等病症的临床干预，还是有机污染物降解、污水净化等场景的技术实施，均高度依赖催化活性优异、环境耐受性强的酶类制剂与催化材料。然而，这类病症与问题的现有解决体系仍存在诸多技术短板，由此催生了对新型仿生催化材料的迫切临床与产业需求。
细菌感染是临床常见病症，其治疗长期依赖抗生素类药物。但抗生素的滥用已导致多重耐药菌不断出现，传统抗菌方案的效果持续下降。且部分抗菌制剂存在靶向性差、对正常组织有副作用等问题。另一方面，肿瘤病变的治疗则面临化疗药物毒性强、光热治疗材料催化效率低、协同治疗效果不佳等困境。因此，市场亟需兼具高效催化与光热性能的多功能治疗材料。
在检测与催化领域，天然酶是各类生化反应与临床检测的核心试剂。但其自身结构较为脆弱，在高温、高盐度、极端pH值等条件下容易失活。其稳定性不足的缺陷使其难以满足复杂临床检测与工业催化场景的需求，也限制了其在野外检测、工业生产等非实验室环境中的应用。
目前针对上述问题的替代方案以金属-氮配位的单原子纳米酶为主。这类人工仿生酶虽克服了天然酶稳定性差的问题，在生物医学、环境监测等领域展现出一定应用潜力。但该配位结构存在先天技术局限——其配位模式虽能维持材料的基础稳定性，却制约了酶活性的进一步开发，导致催化效率难以提升，无法满足临床与产业对高活性类酶制剂的需求。
同时，传统单原子纳米酶的制备工艺存在规模化瓶颈：多数制备方法需提前定制专属负载载体。而这类载体仅适用于实验室小规模制备，不仅工艺流程繁琐、操作难度大，还极易出现金属原子团聚现象，难以实现金属-硫的高效配位。因此，它既无法完成工业化量产，也无法灵活调控酶活性以适配不同的临床与产业场景。
此外，在环境治理领域，有机污染物降解、抗生素耐药基因去除、污水杀菌净化等工作，对催化材料的活性、稳定性与环境耐受性均提出了严苛要求。传统催化材料往往存在短板：要么催化效率低、降解不彻底，要么自身易受环境影响而失效，难以兼顾高效性与稳定性。
综上，临床与产业领域迫切需要一种兼具高催化活性、强环境耐受性、制备工艺简单且可规模化生产的新型仿生纳米酶材料。这类材料需突破现有技术在配位结构与制备工艺方面的瓶颈，同时能够灵活调控活性，以适配抗菌、抗肿瘤、检测、催化等多场景应用需求。
该金属-硫配位单原子纳米酶的制备技术，在配位体系、制备工艺与性能调控层面实现了多重学术与技术突破。其核心创新在于突破传统单原子纳米酶金属-氮配位的固有体系，借鉴生物体内铁硫簇蛋白酶的天然作用机制，构建金属-硫配位的单原子活性中心——既保留了单原子纳米酶的结构稳定性，又拓展了酶活性的开发空间，大幅提升了催化效率，实现了仿生催化材料在配位结构设计上的重要革新。
在制备工艺方面，该技术创新性地以金属硫蛋白表达细胞为天然模板，将合成生物学与材料煅烧技术相结合，通过细胞培养、蛋白诱导、金属离子结合、固定煅烧的标准化流程，实现了金属-硫配位单原子的高效负载。这一工艺无需提前制备专用负载载体，从根源上解决了传统工艺中金属原子易团聚、配位效率低、难以规模化制备的技术难题。同时，所采用的大肠杆菌等表达细胞获取便捷、培养体系成熟，使得制备过程兼具绿色环保与低成本特性，符合绿色化学的发展理念。
在性能调控方面，该技术可通过灵活选择V³+、Fe²+、Au³+等不同金属离子，或调控金属离子的种类组合与负载浓度，实现对纳米酶催化活性的精准调控。同时，所制备的纳米酶兼具优异的类过氧化物酶、过氧化氢酶活性与光热性能，可通过级联改性构建多酶活性级联体系，在极端温度、盐度与pH值条件下仍能保持稳定的催化性能，环境耐受性显著优于天然酶与传统纳米酶材料。此外，该材料可催化产生大量活性氧（ROS），并结合光热效应发挥协同作用，为多机制、高效率的生物医学干预提供了新的材料基础。
从市场应用与产业发展视角来看，该技术凭借结构与性能的双重优势，在生物医学、工业催化、环境治理三大核心领域展现出广阔的产业化前景。其规模化制备特性与灵活的性能调控能力，能够适配不同应用场景的定制化需求，为相关产业提供高附加值的新型材料支撑。
目前市面上单原子纳米酶的相关竞品以金属-氮配位单原子纳米酶、传统金属氧化物纳米酶及天然酶改性制剂为核心，已有多款商业化产品落地并形成各自的市场布局。
纳米氧化铁（Fe₃O₄）污水净化催化剂是传统金属氧化物纳米酶类的核心产品，以纳米氧化铁作为催化活性核心成分，是当前环境治理领域中金属氧化物纳米酶的主流应用品类，主要用于工业废水处理与市政污水净化两大核心场景。
该催化剂依托成熟的物理与化学合成工艺实现规模化制备，制造成本具备显著优势。它能模拟天然酶的催化特性，在水体净化过程中发挥类酶催化作用，对污水中的常规有机污染物与部分重金属离子实现一定程度的降解与去除。凭借制备工艺的成熟性与应用场景的适配性，该催化剂成为国内污水治理领域可量产应用的纳米酶类催化材料，广泛应用于中小型化工生产企业的废水处理环节与城市污水处理厂的常规净化流程，在常规水体净化场景中已形成稳定的应用体系。
氧化铈（CeO₂）类超氧化物歧化酶试剂是传统金属氧化物纳米酶类产品的代表，也是该类纳米酶在生物检测领域的典型应用成果。它以氧化铈纳米颗粒为核心催化活性成分，通过模拟天然超氧化物歧化酶的空间结构与催化作用机制，实现对生物样本中活性氧含量的特异性检测与定量分析，是体外诊断领域中检测活性氧相关指标的重要试剂。
该产品在市场布局中采用与大型全自动生化分析仪配套的销售模式，精准聚焦体外诊断细分领域，主要应用于各级医院检验科、专业第三方医学检验实验室等标准化检测场景。凭借操作流程的便捷性、检测结果的基础精准性，以及与主流检测设备的高适配性，该产品在活性氧检测的专属领域获得了市场的一定认可，成为该检测方向中应用较为广泛的商业化纳米酶试剂。
渝公网安备 50011202502165号
