单原子纳米酶因其原子利用率达到极限、活性位点明确且催化效率极高，被视为生物传感领域中极具前景的信号放大元件。然而，在将其与抗体等生物识别元件偶联以实现特异性检测时，传统的直接修饰策略极易造成活性位点被占据或屏蔽，导致本征催化活性大幅衰减，这是制约高性能单原子纳米酶传感器发展的核心瓶颈。利用轴向配位工程调控电子结构与脂质体封装实现“非接触式”功能化，为构建兼具超高催化活性与完整生物识别功能的纳米酶探针提供了新思路。

  近日，中国科学院深圳先进技术研究院材料人工智能研究中心周文华/耿胜勇团队在单原子纳米酶设计与生物应用领域取得重要突破，在Nano-Micro Letters期刊上发表了题为“Confined Synthesis of Axial Chlorine Coordinated Single-Atom Nanozyme Within Liposomes for Sensitive Immunoassay”的研究论文。该研究通过低温光化学法，在脂质体内部原位合成了一种具有独特轴向PtN3Cl2配位结构的铂单原子纳米酶（PtSANs@Lipo）。该结构不仅自身表现出优异的类氧化酶催化效率，更通过脂质体封装实现了生物功能化过程中对活性位点的完美保护。基于此构建的免疫传感器，实现了对多种呼吸道病毒抗原fg/mL级别的超灵敏检测，并与人工智能结合，展现出强大的即时诊断潜力。

  研究团队提出“轴向配位工程-脂质体封装协同”新策略，工作亮点如下：

  1. 脂质体限域内的精准合成与轴向氯配位结构构筑： 研究创新性地采用“光化学还原-冰限域锚定”双重策略，在-20 °C的脂质体水核内，利用紫外光驱动石墨烯量子点引导铂前体还原与锚定，成功原位合成了铂单原子纳米酶（PtSANs@Lipo）。同步辐射X射线吸收谱证实了其独特的轴向PtN3Cl2配位构型。该结构通过轴向氯配体与氮配体的协同，优化了Pt中心的d带电子态，为高效催化奠定了基础（图1）。

  2. 催化活性极限提升与“非接触式”功能化实现位点零干扰： 密度泛函理论计算揭示，轴向双氯配位在保障O2高效活化的同时，显著弱化了反应中间体*OH的吸附，将速率控制步骤的能垒降至最低（图2）。实验表明，该纳米酶的米氏常数（Km）低至0.022 mM。更重要的是，通过将抗体偶联于脂质体外表面，实现了催化中心与识别元件的物理隔离。功能化后的Km与未修饰时几乎一致，而传统直接偶联策略则导致Km值效率损失约50倍，完美解决了功能化失活难题（图3）。

  3. 超灵敏免疫传感与AI赋能的智能即时诊断平台： 基于该纳米酶构建的双抗体夹心免疫传感器，对甲型流感病毒（H1N1）、SARS-CoV-2和乙型流感病毒抗原的检测限分别达到0.42、2.23和0.36 fg/mL，灵敏度较商用试纸条提升三个数量级。在30例临床样本验证中，与金标准RT-qPCR方法结果100%一致（图4）。进一步集成机器学习模型，通过智能手机拍摄显色图片，可在2分钟内实现病原体浓度范围的智能判定，准确率达100%，为复杂环境下的快速、精准筛查提供了强大工具（图5）。

  这项工作不仅创新性地通过“轴向配位优化本征活性”与“脂质体封装隔离生物界面”的协同策略，攻克了单原子纳米酶生物功能化过程中的活性保护难题，更展示了高性能纳米酶与人工智能融合在即时诊断（POCT）中的巨大潜力。这种“材料-器件-算法”一体化的设计范式，有望显著提升现场检测设备的灵敏度、准确性与智能化水平，为传染病快速筛查、精准医疗等领域提供变革性的超灵敏检测解决方案。

  中国科学院深圳先进技术研究院材料人工智能研究中心周文华研究员和耿胜勇副研究员、北京大学深圳医院纪玲副教授为论文共同通讯作者，博士研究生储晨晨、助理研究员江明杨，博士后张玉蓓和冯坤博士研究生为论文共同第一作者。研究获国家自然科学基金、国家重点研发计划、深圳市科技计划等项目支持。

 图1 | PtSANs@Lipo 的合成策略与结构示意图。

  图2 | 轴向Cl配位介导的类OXD活性DFT计算。

  图3 | PtSANs@Lipo的催化性能研究。

  图4 | PtSANs@Lipo免疫传感器在呼吸道病原体检测中的应用。

  图5 | 基于PtSANs@Lipo免疫传感器的甲型流感H1N1抗原比色检测中的机器学习应用。