[发明专利]一种具有多尺寸孔隙的二氧化硅纳米片负载酶成为催化剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种具有多尺寸孔隙的二氧化硅纳米片负载酶成为催化剂的制备方法，包括以下步骤：将SiO₂无定形纳米球浸入聚四氟乙烯衬里的钢高压釜中的NaBH₄溶液中，搅拌并孵育；将上述反应后得到的溶液离心，收集溶液中的SiO₂纳米片；漂洗上述得到的样品，并干燥，得到SiO₂纳米片；用Tris溶液和HCl溶液配置缓冲液；将酶加入上述缓冲液中，得到酶溶液；取SiO₂纳米片加入酶溶液中；将上述溶液置于冰水浴中旋转混合，然后离心收集混合物，得到承载酶的SiO₂纳米片催化剂。本发明提供的多尺寸孔隙的SiO₂纳米片作为酶载体，使得酶可以以较高的负载率固定在SiO₂纳米片上，使其催化强度到了增强。

技术领域

本发明属于生物酶载体技术领域，尤其属于二氧化硅(SiO₂)纳米片的制备技术领域。

背景技术

随着对绿色化学和可持续发展越来越多的关注和需求，在各种化学反应中加入酶的应用越来越多。生物酶不仅在人体的多种功能发挥着重要作用，它作为绿色催化剂在化学工业有也是至关重要的。这些高选择性的生物催化剂可以在温和的条件下工作并且没有废物产生。但是，在反应过程中维持其稳定性始终是限制酶应用的最大难题之一。

将酶固定在载体中可以提高其催化稳定性以及可操作性。此外，还可以实现从反应过程中将酶回收并重复使用。相关领域科学家已经研发了各种载体来固定酶，如二氧化硅、聚合物、碳和金属有机骨架等。具有大表面积，可控孔径，高稳定性和生物相容性的介孔二氧化硅是酶固定化最有应用潜力的载体，而且可以用各种官能团进行修饰，以满足固定化酶的具体要求。然而，大多数介孔载体的孔径小于10nm，结构上会对酶的承载产生限制作用而不能包封尺寸较大的酶。有限的孔隙空间可能会降低或阻碍催化反应过程中酶的流动性和底物的进入，这意味着酶的催化效率降低。如果增大孔径，虽然酶的负载量会增加，但其在孔内通道内的解吸也同样会变显著，没有表面的相互作用，酶在大孔径结构内的固定仍存在一定问题。因此，制备新的介孔二氧化硅来增强酶固定和保持酶活性仍然是一个挑战。

发明内容

技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种具有多尺寸孔隙的二氧化硅纳米片负载酶成为催化剂的制备方法。

技术方案：本发明提供的具有多尺寸孔隙的二氧化硅纳米片负载酶成为催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将0.05-0.3g直径为400-500nm的SiO₂无定形纳米球浸入20-50mL容量的聚四氟乙烯衬里的钢高压釜中的NaBH₄溶液(0.10g/ml，3-15ml)中，并在75-120℃下孵育6-30小时同时以200-500r/min的速率搅拌；

步骤2：将上述反应后得到的溶液离心，收集溶液中的SiO₂纳米片；

步骤3：漂洗上述得到的样品，并在室温下真空干燥，得到SiO₂纳米片；

步骤4：用浓度均为0.1M的Tris溶液和HCl溶液配置pH＝8.4的50mM的Tris-HCl缓冲液待用；

步骤5：取部分步骤4配制的缓冲液，向其中加入酶，配制酶浓度为0.4-1mg/mL的酶溶液；

步骤6：取1-3mg步骤3中得到的SiO₂纳米片加入3-9mL步骤5中得到的酶溶液中；

步骤7：将上述溶液置于冰水浴中旋转混合24小时，再通过离心收集底层混合物，得到承载酶的SiO₂纳米片催化剂，并将其分散在步骤4中配制的Tris-HCl缓冲液中。

作为一种优化方案：步骤5中加入缓冲液中的酶为ADH。