[发明专利]一种石墨相氮化碳纳米片表面固定化酶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于固定化酶制备技术领域，具体涉及一种石墨相氮化碳纳米片表面固定化酶的制备方法。

背景技术

酶作为具有特殊催化功能的生物催化剂，由于其催化高效性、高专一性及反应条件温和等性质被广泛用于生物工程、食品工业、医药、精细化学工业等领域。游离酶在水溶液中催化活性很不稳定，重复使用性差，同时在高温、高离子浓度、强酸、强碱及部分有机溶剂等环境中不够稳定，容易降低甚至丧失其催化能力。另外，酶促反应结束后游离酶不易从反应体系中分离，产物中会残留部分酶，导致产品纯度不高甚至酶回收重复使用性变差。游离酶的这些不足极大制约了其在实际生产中的应用。

为了解决酶循环使用的问题，人们多采用将酶固定于载体材料。目前用于固定酶的方法主要有物理法(吸附和包埋)和化学法(交联和共价结合)。物理法主要是通过氢键、静电吸附、范德华力等微弱的分子间作用力将酶吸附到载体表面实现酶的固定化，操作简单且成本低，易于产业化生产，是目前使用较多的一种固定酶方法。但物理法中酶与载体材料之间的吸附力强度较弱，酶易从载体材料上脱落，进而影响固定化酶的催化活性以及循环使用效果。化学法主要是通过载体的活性官能团与酶分子中的部分官能团形成共价键，由于这种共价结合力度强并且具有特异性固定的特征，从而大大提高了酶的稳定性。

针对载体材料固定酶的专利及文献，其载体材料主要是采用无机材料(如介孔碳材料、TiO₂、介孔二氧化硅及硅胶等)和聚合物材料(如多糖、苯乙烯树脂、聚羟基丁酸戊酯等)来固定酶。中国专利CN201210421203.9公开了一种聚合物基材表面固定化酶的方法，在聚合物表面吸附光引发剂或共价连接光感应休眠基团，在可见光或紫外光照射下，光引发剂或休眠基团产生自由基，引发含有游离酶的单体溶液进行可控交联聚合反应，最终将酶固定在表面交联网络中。酶的固定化在可见光、低温或室温下进行，反应条件温和，有利于酶活性的保持。凝胶/基材复合结构提高了交联网络的机械强度，克服了凝胶网络易被破坏的缺点。中国专利CN201010190239.1公开了一种聚氨酯纳米纤维固定化酶的制备方法，以聚氨酯为原料，通过静电纺丝制备出聚氨酯纳米纤维，通过物理吸附的方法将惰性蛋白质吸附在纤维表面，获得表面改性的聚氨酯纳米纤维，利用戊二醛作为交联剂，通过共价键结合的方法将酶固定化在表面改性的纳米纤维上。该发明制备的固定化酶具有在有机溶剂中失活或者在高温下失活后，重新放置于缓冲溶液中能够逐步恢复大部分活性的特性，从而使其在有机溶剂中或者高温条件下具有更好的稳定性和更长的使用寿命。中国专利CN201410114538.5公开了一种磁驱固定化酶，利用硅基化外壳包埋铁粒子，目标酶通过基团化试剂引入的官能化基团固定化在硅基材料的外壳上，延长酶使用时间，赋予固定化酶磁释放、驱动和回收能力，可以在大水体催化反应中得到应用。但是这些载体材料制备过程复杂，原料昂贵，不利于产业化。

近些年来，石墨相氮化碳材料，因其具有独特的电子结构和优异的化学稳定性，在能源转化和材料相关领域受到了广泛关注。作为催化剂和催化剂载体，石墨相氮化碳材料在有机官能团的选择性转换、太阳能转化利用、燃料电池阴极氧还原反应等不同研究领域得到了广泛地应用。该材料可以由尿素、三聚氰胺、二氰二胺等廉价易得的原材料，通过简单高温煅烧法批量制备，具有大规模生产及商业化的潜力。文献报道了利用空气中的氧气将石墨相氮化碳中层与层之间的结构部分氧化，刻蚀，得到石墨相氮化碳纳米片(P.Niu,L.L.Zhang,et al.Advanced Functional Materials 2012,22,(22),4763)。这种制备方法操作简单，可实现石墨相氮化碳纳米片的生产。目前还未有利用氮化碳纳米片为载体材料的固定化酶相关的文献和专利。

发明内容

本发明的目的在于解决现有固定化酶所用载体材料制备过程复杂、原料成本高等问题，提供一种石墨相氮化碳纳米片作为固定化酶载体材料在制备固定化酶中的应用。本发明的目的还在于提供一种石墨相氮化碳纳米片表面固定化酶的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

石墨相氮化碳纳米片表面具有氨基活性基团，本发明利用双功能化学交联剂实现了石墨相氮化碳纳米片对生物酶分子的固定，提高了酶的操作稳定性与底物环境相容性，为固定化酶的催化提供了有利的催化界面环境，提高了酶的催化效率。因此，石墨相氮化碳纳米片可作为固定化酶载体材料用于制备固定化酶。

一种石墨相氮化碳纳米片表面固定化酶的制备方法，包括以下步骤：