本發明涉及生物納米材料，具體涉及一種具有多級貫穿孔道特性的nico2o4納米酶及其制備方法和在葡萄糖檢測中的應用。
背景技術：
1、葡萄糖作為人體最重要的能量代謝底物之一，其體內濃度變化通常被視為評估機體代謝狀態和監測疾病進展的重要生理指標。因此，對尿液和血液中葡萄糖濃度進行實時、準確監測，對于疾病診斷、病情評估及臨床干預具有重要意義。其中，血糖監測是糖尿病患者日常管理的核心環節。隨著糖尿病患病率持續上升，其已成為全球范圍內導致死亡和殘疾的主要慢性疾病之一。為實現血糖水平的有效控制、降低并發癥發生風險并提高患者生活質量，建立準確、快速、便捷且低成本的葡萄糖檢測方法顯得尤為關鍵。因此，開發高性能葡萄糖傳感器始終是生物傳感與疾病診療領域的研究熱點。
2、目前臨床最常用的血糖檢測方法為基于葡萄糖氧化酶（gox）的酶法檢測，具有較高選擇性和靈敏度，但天然酶在高溫、低ph等條件下易失活，且制備成本較高。同時該方法往往依賴試劑盒或儀器，操作相對繁瑣，不利于即時、便攜檢測。近年來，具備類酶催化功能的納米酶被視為潛在替代方案，其穩定性更好、成本更低、且易于結構調控，但在催化效率與選擇性方面仍與天然酶存在差距。
3、多金屬氧化物，特別是雙金屬氧化物，已被證明在模擬天然酶活性方面具有良好的表現。其優勢在于其具有豐富的氧化還原活性位點，能夠促進電子轉移，增強催化反應效率。此外，在納米酶設計中，豐富的孔道結構是提升催化活性與穩定性的關鍵。其可顯著增大比表面積并暴露更多活性位點，促進底物吸附與傳質，加快反應動力學。但是構筑不同孔徑依賴不同模板和形成機制，易相互干擾，且孔道互通性和結構穩定性難以保證。
4、基于上述背景，亟需開發兼具高穩定性和高催化活性的具有多級貫穿孔道特性的金屬氧化物類過氧化物酶（pod）。該類納米酶有望提高血糖檢測的靈敏度與準確性，并為構建低成本、高效率的檢測體系提供新的技術路徑，具有重要的研究價值與應用前景。
技術實現思路
1、本發明的目的在于解決上述技術問題，提供一種具有多級貫穿孔道特性的nico2o4納米酶的制備方法及應用。該方法通過構建負載金屬鹽的明膠復合水凝膠前驅體，并結合凍干、快速燃燒及模板刻蝕過程協同構筑“微孔-介孔-大孔”多級貫穿孔道結構，使活性位點充分暴露，顯著增強了反應動力學，表現出卓越的pod活性，進一步實現對葡萄糖的高靈敏度檢測。
2、本發明采用的技術方案如下：
3、一種具有多級貫穿孔道特性的nico2o4納米酶的制備方法，包括以下步驟：
4、s1、將六水合硝酸鎳、六水合硝酸鈷、六水合硝酸鎂超聲溶解于去離子水中；再加入酒石酸，并超聲溶解，得到混合物a；
5、s2、將明膠和碳酸氫銨分散于去離子水中，第一次攪拌至完全溶解，得到混合溶液b并冷卻；然后將混合物a緩慢加入溶液b中，并進行第二次攪拌，隨后在低溫下靜置形成水凝膠，經去離子水漂洗后進行凍干處理，得到第一固體物；
6、s3、將馬弗爐預熱至高溫，隨后將第一固體物快速轉移至馬弗爐內煅燒，得到第二固體物；對第二固體進行酸洗，去離子水離心洗滌后真空干燥得到具有多級貫穿孔道特性的nico2o4納米酶。
7、優選地，所述s1中，六水合硝酸鎳、六水合硝酸鈷、六水合硝酸鎂、酒石酸和去離子水的用量關系比例為：2mmol：2-7mmol：5-10mmol：3-8mmol：15-30ml。
8、優選地，所述s1中，超聲時間為10min。
9、優選地，所述s2中，明膠、碳酸氫銨和去離子水的用量比例關系為1-3g：7-14mmol：100ml。
10、優選地，所述s2中，第一次攪拌溫度為50-70℃，第一次攪拌時間為1-3h；混合溶液b冷卻至45℃；第二次攪拌溫度為室溫，第二次攪拌時間為20min；靜置溫度為4℃，靜置時間為2h；去離子水漂洗次數為2次；凍干處理溫度為-80℃，時間為24h。
11、優選地，所述s3中，第二固體物和hcl溶液用量關系比例為100mg：20-45ml。
12、優選地，所述s3中，馬弗爐預熱溫度為500-600℃，保溫時間為0.5-1.5h；酸洗條件為：hcl濃度1m，超聲時間2min，室溫攪拌30min；離心洗滌次數為3次；真空干燥條件為：溫度60℃，時間8h。
13、本發明同時提供了上述制備方法得到的具有多級貫穿孔道特性的nico2o4納米酶。
14、本發明還提供了上述具有多級貫穿孔道特性的nico2o4納米酶在葡萄糖檢測中的應用。
15、優選地，所述葡萄糖檢測采用酶法比色法，所述具有多級貫穿孔道特性的nico2o4納米酶作為催化劑使用。
16、本發明在雙金屬氧化物類過氧化物酶（pod）的結構設計中，構建“微孔—介孔—大孔”協同的多級貫穿連通孔道，可在“底物吸附—擴散至活性位—反應—產物脫附”的全過程中顯著降低傳質阻力、提高活性位利用率，從而整體提升催化性能。具體而言，微孔具有較大的比表面積，可承載并暴露更多催化位點，其空間限制作用有利于h2o2等小分子在孔壁富集，提高活性位點周圍的有效底物濃度并加快反應。介孔擴散阻力更小，可將底物更高效地輸送到內部微孔活性位點，提升內層位點的參與度。大孔則提供低阻力的進出通道，增強溶液滲入與物質交換，使底物快速到達顆粒深處、并使產物及時脫附，減少產物滯留對活性位的覆蓋與抑制。進一步地，當多級孔道彼此貫穿連通形成孔道網絡后，底物可經大孔快速進入顆粒內部，再由介孔分流擴散并進入微孔與活性位點接觸反應。生成的產物亦可沿原通路迅速擴散逸出。由此不僅活性位點得到更充分的利用，而且中間體/產物不易在孔內堆積覆蓋活性位，使反應過程更連續、更穩定，最終表現為更高的活性位利用率以及更快的反應速率，從而顯著提高對葡萄糖檢測的靈敏度與準確性。
17、本發明所具有的有益效果：
18、（1）本發明通過引入酒石酸和水凝膠骨架等關鍵組分，成功構建了具有多級貫穿孔道特性的nico2o4納米酶。首先，酒石酸與金屬離子（ni、co、mg）形成絡合物，使其在水凝膠網絡中分布均勻。在馬弗爐預熱煅燒過程中，酒石酸和明膠快速燃燒，且碳酸氫銨分解均會產生大量氣體（如co2、nh3），這些氣體在材料內部迅速逸出，產生局部膨脹作用，從而形成微孔和介孔結構。此外，通過凍干處理，材料中的水分升華后形成較大的孔隙結構，進而為大孔的形成提供了骨架支持。而上述多級孔道均是基于水凝膠骨架逐級構建。最后，酸洗去除mgo模板，進一步增強了孔道之間的連通性，最終構建了一個貫穿微孔、介孔和大孔的多級孔道網絡。
19、（2）本發明構建的多級貫穿孔道結構顯著提升了nico2o4納米酶的催化活性。在微孔中，底物分子富集并增加活性位點周圍的有效濃度，從而加速反應。而介孔則通過減少擴散阻力，高效地將底物傳遞到內部微孔活性位點，提高內層位點的反應效率。大孔提供低阻力的通道，使得底物迅速進入材料內部并快速脫附產物，防止產物滯留在孔內抑制活性位點。多級孔道的協同作用保證了底物能夠迅速擴散至活性位點，同時產物可以及時去除，從而提高了整體催化效率。
20、（3）本發明制備的具有多級貫穿孔道特性的nico2o4納米酶，具有豐富的孔道結構和極大的比表面積（132.21m2/g）、表現出卓越的pod催化活性。在葡萄糖的比色法檢測中，該納米酶實現了極低的檢測限，lod僅為3.48μm。以上結果表明其不僅具有優異的本征pod酶活性，而且在葡萄糖比色傳感檢測的應用中展現出極高的靈敏度和具有前景的市場潛力。