[发明专利]金属有机框架材料固定化漆酶及其制备方法和应用

说明书

本发明属于材料制备技术领域，具体公开了一种金属有机框架材料固定化漆酶及其制备方法和应用；本发明采用共沉淀法先将漆酶金属铜离子共价结合，接着铜离子与均苯三甲酸(BTC)结合形成的金属有机框架材料固定化酶(Lac@HKUST‑1)，在形成材料的过程当中将漆酶包裹到材料当中，实现对酶的固定化；本发明金属有机框架材料是根据酶而长成的，也就是酶的固定化与框架材料的制备是同时进行的；一步完成材料的制备及酶的固定化，提高了酶的稳定性、耐有机溶剂，同时铜是漆酶的无机辅酶因子因此还提高了酶的活性，显著提高了降解BPA速率和效率。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及金属有机框架材料固定漆酶及其制备方法和应用。

背景技术

双酚A是一种常见的污染物，它广泛的存在于工业废水、饮用水瓶以及婴儿的奶嘴瓶。当人体摄入双酚A会导致早熟、不孕不育甚至致癌等，所以开发一种高效降解双酚A的方法迫在眉睫。漆酶是一种环境友好性酶，它广泛存在于自然界中。漆酶降解双酚A有着很多优势，例如：降解效率高、反应条件温和、产物具有环境友好性等。漆酶具有3个铜离子结合位点(T1、T2、T3)，一般结合4个铜离子。这4个铜离子分别为I型铜，Ⅱ型铜和Ⅲ型铜，分别与T1、T2和T3结合，其中I型铜在T1位点与3个氨基酸配位(包括2个组氨酸、1个半胱氨酸)，Ⅱ型铜在T2位点与2个组氨酸和1个水分子配位，Ⅲ型铜在T3位点包括2个铜离子，这2个铜离子分别与3个组氨酸配位，2个Ⅲ型铜之间通过氢氧桥配位。漆酶催化过程中，底物首先在T1位点被氧化，释放出电子被T1位的铜捕获，经半胱氨酸传递给与T2位的铜结合的组氨酸，再进一步将氧分子还原为水。在工业环境降解双酚A的过程中要求酶能够在高温和特殊溶剂的环境中稳定存在，所以对其进行固定化，在提高水解效率的同时能够实现多次利用。

金属有机骨架(MOFs)是带连接点的金属离子和有机配体通过配位结合，形成二维或者三维结构的多孔材料，在分子保护、催化和药物释放等方面有着很大的潜力。与传统的无机有机材料相比，MOFs材料具有多孔和结构多样化的特点，由于这些特点近年来MOFs材料被广泛的应用于酶的固定化。目前MOFs材料固定化酶主要包括交联、共价结合、表面吸附、包埋和共沉淀这五种方法：交联法固定化酶由于要加入交联剂，所以会出现降低酶活甚至出现失活的现象、共价结合可能影响酶的空间结构，从而影响酶的催化活性、表面吸附法结合力弱，易解吸附、包埋法要求材料的孔径大于酶的粒径，所以会出现酶渗透出材料的现象、共沉淀法工艺简单，条件温和，酶的粒径可以小于材料的孔径可以防止酶的渗透，所以选用共沉淀法固定化酶。

发明内容

本发明的目的在于利用漆酶的无机辅酶因子铜形成的铜金属有机骨架(HKUST-1)来对漆酶进行保护，来克服游离漆酶在pH稳定性、热稳定性、贮藏稳定性以及有机溶剂耐受性等方面的不足，同时无机辅酶因子铜对漆酶有激活作用可以进一步提高漆酶的活性。采用共沉淀法将漆酶引入金属铜离子和BTC形成的金属有机框架材料HKUST-1的孔道结构中，实现对酶的固定化。

为达到上述技术目的，本发明采取的技术方案如下：

本发利用共沉淀法将漆酶引入金属铜离子和BTC形成的金属有机框架材料HKUST-1的孔道结构中，实现对酶的固定化，所述固定化漆酶为花状结构且表面光滑，尺寸在1μm左右。

本发明还提供一种金属有机框架材料固定化漆酶的制备方法，具体步骤如下：

称取漆酶，用聚乙烯吡咯烷酮溶液混匀后，加入一水乙酸铜溶液混溶，再加入均苯三甲酸(BTC)溶液，充分混溶；在恒温水浴锅中静置培养，反应完毕后离心，反复清洗后的产物在4℃冰箱中保存备用，得到金属有机框架材料固定化漆酶，记为Lac@HKUST-1。

所述漆酶、聚乙烯吡咯烷酮溶液、一水乙酸铜溶液和均苯三甲酸溶液的用量为1mg：20μL：240μL：240μL，所述反应体系中漆酶的最终浓度为2mg/mL。