[发明专利]一种多臂磁性氧化石墨烯复合微球及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种多臂磁性氧化石墨烯复合微球及其制备方法和应用；本发明基于GO@Fe₃O₄和4arm‑PEG‑NH₂通过共价结合的方式制备得到GO@Fe₃O₄@4arm‑PEG‑NH₂，然后将一定量的GO@Fe₃O₄@4‑arm‑PEG‑NH₂溶解在柠檬酸盐缓冲液中，再将戊二醛加入到上述溶液中，活化反应一定时间；将所得产物用柠檬酸盐缓冲液洗涤后真空干燥，得到本发明所需要的材料；本发明所得材料具有超顺磁性，应用于固定化纤维素酶的固载量提高到575 mg/g，得到的固定化酶具有耐高温、贮藏能力强、可重复利用性高的优势。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种多臂磁性氧化石墨烯复合微球及其制备方法和应用；具体涉及一种纳米材料GO@Fe₃O₄@4arm-PEG-NH₂的制备方法和固定化纤维素酶的应用。

背景技术

纤维素是最丰富的可再生和可生物降解的大分子聚合物，其已被广泛应用到各个行业中。自然界里的纤维年产量预计为10¹¹–10¹²吨，虽然有如此多的纤维素来源，但是人们对于这种生物质资源的利用不是很高，在许多发展中国家大约都是以燃烧的形式用来煮饭或是取暖，这极大的浪费资源又破坏了环境。纤维素酶作为复合酶可以协同地降解纤维素，因而它被广泛地应用在食品工业、造纸工业以及生物能源中，其中利用纤维素酶水解木质纤维等纤维素原料是非常关键的一步。但是游离纤维素酶在实际的应用中却受到不少的限制，如低水平的纤维素酶生产技术、高额的生产费用和低的生物活性。而固定化酶比自由酶有着更高的稳定性和复用性，因此可以大大降低纤维素酶在实际应用中的费用消耗。

近年，纳米材料已被广泛的应用于固定化酶的载体，如磁性纳米颗粒、碳纳米管、纳米纤维和纳米硅等，根据载体在水中的溶解性，纤维素酶固定化载体分为可溶性载体,不可溶性载体和可溶性-不可溶性载体3大类。利用可溶性载体固定纤维素酶，存在回收麻烦这一致命缺陷；对于不可溶性的载体，如纳米颗粒，具有分散性好的优势，但纳米颗粒固定化酶尺寸过小，不易回收；通过溶液pH值、温度、离子强度等可逆地改变其溶解性的可溶性-不可溶性载体，存在固定效率低下与固定过程繁琐等缺点，以及在反复沉淀-溶解过程中就存在酶脱落严重这一现象。酶的固定化方式主要包括吸附固定化法、共价结合固定化法、包埋固定化法和交联固定化法，吸附固定化法的吸附作用较弱，固定化的酶可能在高离子浓度、强pH等溶液体系环境中泄露出去；共价结合形成的固定化酶非常牢固，但共价固定化的操作复杂，而且容易引起酶化学结构的改变，导致性能及应用的改变；酶的包埋是通过交联或凝胶化等方法将酶限制于某种载体中，酶分子既可以物理包埋于载体中也可以共价结合于载体中，但是包埋法不适于那些底物或产物分子很大的酶类的固定化。

发明内容

本发明的目的在于克服目前游离的纤维素酶固定化量较低，合成的固定化酶活性较差等不足之处，从而合成多臂磁性氧化石墨烯复合微球固定化纤维素酶。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

本发明提供一种新型的多臂磁性氧化石墨烯复合微球，所述微球是基于GO@Fe₃O₄和4arm-PEG-NH₂通过共价结合的方式得到，具有超顺磁性，为复合树枝状聚合物。

本发明还提供一种新型多臂磁性氧化石墨烯复合微球的制备方法，具体步骤如下：

（1）氧化石墨烯（GO）的制备：