[发明专利]一种提高辣根过氧化物酶稳定性的固定化酶方法及应用

说明书

本发明属于环境监测技术领域，提供一种提高辣根过氧化物酶稳定性的固定化酶方法及应用。在常温常压下，利用共沉淀的方法，在水相中合成沸石咪唑酯骨架‑8/石墨烯固定化天然辣根过氧化物酶的生物复合材料。ZIF‑8/GO复合材料的包埋保留HRP优异的过氧化物酶催化活性，同时增强HRP的稳定性。相对于单独的ZIF‑8矿化HRP材料来说，GO的引入增加了HRP对抗高温、有机溶剂和变性剂等复杂环境的耐受性，同时增强了HRP的存储稳定性和回收利用能力。利用DNA分子调控HRP@ZIF‑8/GO生物复合材料的过氧化物酶催化活性，建立了无标记的比色传感方法，实现了卡那霉素的特异性检测。

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，涉及一种提高辣根过氧化物酶稳定性的固定化酶方法及应用。

背景技术

天然酶是由活细胞产生的、对其底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质或RNA。天然酶具有来源广泛、种类繁多、底物亲和力好、催化效率高等优点，广泛地应用于催化分析、疾病诊断、临床治疗等生产生活的各个方面。但是作为一类典型的生物分子，天然酶的稳定性相对较差，易受外界环境的影响，而且对存储条件有严格的要求。例如天然酶极易受到高温、强酸、强碱等极端外界条件的破坏而丧失部分功能甚至失去原有活性。随着纳米技术的迅速发展，近些年，结合纳米材料的稳定性，利用纳米材料固定化天然酶等生物分子已经成为新的研究热点(Small,2017,13(32):1700880)。固定化酶是指酶在物理上被限制或定位于一定的空间区域内，其催化活性保持不变。固定化酶技术能更有效地控制反应过程，提高酶的存储能力和在极端操作条件下的稳定性。此外，固定化酶的多级结构使其更容易分离，最大限度地减少污染，实现回收利用等，以降低生产成本。目前，常用的纳米材料固定化酶手段有溶胶-凝胶基质、水凝胶、有机微粒、介孔二氧化硅、金属有机骨架(MOFs)材料等等，这些多孔材料具有较大的表面积和空隙体积，是酶固定化的理想材料(MaterialsHorizons,2017,4(1):55-63；Physical Chemistry Chemical Physics,2018,20(13):8822-8831；Nature Catalysis,2018,1(9):689-695)。但另一方面，这些材料自身的催化性能较差，在固定酶后，往往抑制了天然酶的部分活性(Journal of the American ChemicalSociety,2017,139(19):6530-6533；Journal of the American Chemical Society,2015,137(13):4276-4279)。

本发明中结合了沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)的多孔结构和石墨烯(GO)材料优异的稳定性，利用沸石咪唑酯骨架-8/石墨烯复合材料(ZIF-8/GO)实现了天然辣根过氧化物酶(HRP)的固定(HRP@ZIF-8/GO)。沸石咪唑酯骨架结构(ZIFs)材料作为MOFs材料的一类，是由过渡金属原子与咪唑或咪唑衍生物连接而生成的一类新型的、具有沸石拓扑结构的多孔材料，为固定化天然酶提供了有效的结合位点。ZIFs不仅具有MOFs的优点，而且同MOFs材料相比，具有更优良的热稳定性和水溶液稳定性。石墨烯材料作为典型的碳材料，不仅具有丰富的含氧官能团和π电子共轭区域，还具有较高的环境稳定性，其表面丰富的官能团可以提供共价或非共价结合的反应位点，为构建多级结构奠定了基础。基于沸石咪唑酯骨架-8/石墨烯复合材料构建的多级结构内部具有相互交联的多孔结构，可以为天然酶提供更多的结合位点，增强天然酶抗冲击负荷的能力，进一步提升天然酶的环境稳定性。此外，通过利用DNA分子调控HRP@ZIF-8/GO生物复合材料的过氧化物酶催化活性，建立了一种通用型的比色分析方法用于卡那霉素(KAN)的检测。

发明内容

本发明解决了天然酶存在的稳定性不足等缺陷，通过沸石咪唑酯骨架-8/石墨烯复合材料(ZIF-8/GO)实现了天然辣根过氧化物酶的固定(HRP@ZIF-8/GO)，并将其应用于卡那霉素(KAN)的比色检测。