[发明专利]一种漆酶介体ABTS-SiO2纳米粒子及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于生物技术、纳米材料和环境治理技术领域，具体涉及一种漆酶介体ABTS-SiO₂纳米粒子及其制备方法和应用。

背景技术

漆酶（EC 1.10.3.2，苯二酚氧化酶）是一种多铜离子的蛋白，属于蓝色氧化酶，能催化多种有机底物包括酚类、芳香胺和无机化合物，其以氧作为电子受体，产生的副产物只有水。由于漆酶有很广泛底物范围，在许多工业和生物技术中得到应用，它们是一类非常重要的酶。研究报道表明，在单独应用漆酶时，其对氧化还原电位较高的底物，不能够发生完全的催化作用。但是，在加入一些被称为漆酶介体的物质后，如2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐（ABTS）等，能够显著促进漆酶对非酚类或非酶类底物的催化作用。这些介体作为电子载体，能使电子在酶和非酚类底物之间转移。漆酶介体体系的发现，进一步促进了漆酶的广泛使用，目前漆酶介体体系在造纸工业、有机合成、生物传感器和环境处理等多个领域有广泛应用。然而，大部分作用效果强的介体属于人工合成的化合物（如ABTS），这些合成的介体是小分子化合物，而漆酶的催化反应在溶液中完成，因此介体在使用的过程中处于一种水溶的状态，如果大量的使用这些介体，会存在以下些问题：其一，由于介体使用后难以回收，随着废液流失，从而提高了漆酶介体系统使用成本；其二，合成的介体有一定的毒性，使用后丢弃会造成环境污染；其三，使用后的介体如何进一步再生利用。解决这些问题的主要思路是将介体小分子连接到固体材料中，将其固定化处理，易于回收，从而使其再生，能够重复使用。

纳米材料具有高比表面积和高活性等特点，其中SiO₂纳米粒子的制备和表面修饰技术已经取得了较大成功，使其在医学、生物技术、纺织、粘合剂和涂料等诸多领域得到了较为广泛的应用。将ABTS修饰到SiO₂纳米粒子上，有效利用了纳米SiO₂的生物相容性，另外纳米级别的粒子对反应的传质过程影响较小。ABTS是一种最早使用的漆酶介体，具有催化效率高和使用方便等优点，而如何利用化学合成的方法，将ABTS共价连接到SiO₂纳米粒子上，这是一个十分重要的研究课题。修饰有ABTS的纳米粒子可以作为一种漆酶介体，能够大大扩展漆酶的应用范围，甚至可以扩展到能使用ABTS作为介体的其他氧化酶类如胆红素氧化酶和木质素氧化酶等，因此具有重要的应用价值。

在染料生产和纺织的过程中会使用到大量的染料，而很多染料具有良好的水溶性，生产过程和洗涤过程中产生的染料废水，对于水体会造成明显的污染。大部分染料具有一定的毒性，难以被环境吸收和生物降解，影响水生生物的生存和人体健康，造成严重的环境污染问题，因此当今面临的一个重大环境污染问题是如何除去污水中的染料。寻找高效且低成本的除去工业废水中染料的方法是一个重大的挑战，现已应用的方法有吸附、混凝、生物降解、化学降解和光降解等，但这些方法普遍存在效率低和成本高等缺陷。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种工艺简单、成本低廉、重复性好且能够较好地满足量产要求的漆酶介体ABTS-SiO₂纳米粒子的制备方法，该制备方法是将ABTS通过共价接枝到氨基化的SiO₂纳米粒子表面形成漆酶介体ABTS-SiO₂纳米粒子。

本发明解决的另一个技术问题是上述制得的漆酶介体ABTS-SiO₂纳米粒子在去除水体中污染物的应用，在SiO₂纳米粒子固定化的ABTS漆酶介体完成催化作用后，再用还原性物质（如抗坏血酸等）与氧化后的ABTS发生还原反应，重新生成ABTS，然后通过离心或者过滤来回收ABTS-SiO₂纳米粒子，进而实现SiO₂纳米粒子固定化的ABTS漆酶介体循环使用。