[发明专利]基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装方法及其应用

说明书

本发明提供基于三聚氰胺海绵负载ZIF‑氯化血红素封装方法，包括以下步骤：1)将金属盐、氯化血红素溶于乙醇中，于室温下搅拌，加入咪唑作为有机配体，反应；2)将所述步骤1)得到的产物离心，用乙醇进行洗涤，得到黑色产物，在烘箱中于40℃～80℃进行烘干，得到负载ZIF的氯化血红素材料；3)将所述步骤2)得到的负载ZIF的氯化血红素材料负载于多块三聚氰胺海绵上，形成基于三聚氰胺海绵负载ZIF‑氯化血红素的三维网状纳米材料。本发明提供的合成方法简单易行，其可以保持ZIF材料的形貌和结晶度，具有优异的催化和循环性能。由此产生的新型纳米材料为封装酶提供了新的途经。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及基于三聚氰胺海绵负载ZIF材料的氯化血红素封装方法及其应用。

背景技术

酶(enzyme)作为生物催化剂，优点非常鲜明，活性高、特异性好、反应条件温和；不过它们的缺点也一样鲜明，化学稳定性及热稳定性差、容易失活、分离纯化困难、成本高、普适性差。此前工业级的酶催化应用，大多不会直接使用分离纯化的酶，而是使用包含这些酶的细胞(包括基因工程菌或者动物细胞等)，这就造成了极大的限制。无细胞生物合成技术是生物技术的一个新型领域，探索的正是如何在不使用活细胞的情况下基于酶的反应路径，这种技术更加开放，更简单，系统可以按需设计，可控制性也更好。不过，为酶找到合适的生物相容性载体，在保护酶不失活且保证酶可重复回收利用的同时，还能不损害酶的催化活性和选择性，却一直是个挑战。金属有机框架(MOFs)作为发展迅速的高结晶性多孔材料，在诸多领域都有广泛应用。近来发现的一些水溶液中稳定的MOFs材料作为酶的载体，表现出了很高的负载率和优异的酶固定化效果。由于MOFs材料结构可调，这使得它们很有希望成为无细胞酶反应体系的理想载体。

目前基于MOFs的固定策略通常需要预先对MOFs孔道进行合理的设计，通过渗透的方式将生物大分子固定于预先合成的MOFs孔道。这种常用的固定策略存在：1)加载效率低；2)构象限制弱和3)依赖孔道尺寸等缺点。从头合成的“一锅封装”策略(如仿生矿化)可有效地克服上述的缺点，但生物大分子的表面化学性质影响MOFs在蛋白质周围的预先成核，决定了封装的成功率。当今，发展对生物大分子具有普遍适用性的高效封装方法仍是挑战。

然而，封装酶的MOFs材料是一种纳米材料，使其难以与水溶液分离，容易引起团聚。三聚氰胺海绵(MS)作为底物因其低成本、低密度、高孔隙度、良好的柔韧性、易改性等特点而受到广泛关注。制备后的三聚氰胺基纳米酶复合材料结合了模板和纳米酶材料的优点，表现出优异的催化和循环性能。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种具有优异的催化和循环性能的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装方法及其应用。

本发明提供如下技术方案：基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装方法，包括以下步骤：

1)将1g～1.5g金属盐、0.2g～0.3g氯化血红素溶于20ml乙醇中，于室温下搅拌20min～40min，加入0.7g～0.9g咪唑作为有机配体，反应4h；

2)将所述步骤1)得到的产物离心，用乙醇进行洗涤，得到黑色产物，在烘箱中于40℃～80℃进行烘干，得到负载ZIF的氯化血红素材料；

3)将所述步骤2)得到的负载ZIF的氯化血红素材料负载于多块三聚氰胺海绵上，形成基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素的三维网状纳米材料。

进一步地，所述步骤3)中称取1.0g～1.5g负载ZIF的氯化血红素材料，分散于100ml～150ml无水乙醇中，得到混合溶液，将所述三聚氰胺海绵材料块浸没于所述混合溶液，超声波反应2h～3h，然后于80℃～100℃下冷凝回流反应，然后用无水乙醇离心洗涤2次～3次，于60℃～80℃下真空干燥，得到基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素的三维网状纳米材料。

进一步地，所述冷凝回流反应时间为4.5h～6h；所述离心转速为300rpm～500rpm。