本发明属于膜分离技术应用领域，涉及一种纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒改性复合膜制备方法。
背景技术：
在当今的水处理技术领域，膜分离技术仍是主流技术之一，膜分离材料具有分离效果好、功能性强等特点，在水处理、生物、医药等各个领域都得到了广泛地应用。但是在膜材料使用过程中，存在着易污染、易堵塞的等现象，影响膜材料的使用寿命。在控制膜污染的方法中，包括膜材料本身的改性，物理、化学清洗等各种方法，其中膜材料本身的改性包括改善膜材料的亲水性能，在膜材质中添加抑菌纳米银颗粒、溶菌酶等。
近年来，科学家们研究发现，当细菌的数量积聚增加到一定程度的时候,细菌会通过信号分子发信号,改变和协调它们之间的行为,这一调控机制被称为细菌的群体感应(quorum sensing,QS)。细菌的群体感应可以调控细菌生物膜的形成，生物发光，色素产生，抗生素形成，质粒结合转移等。近些年科学家们发现，群体感应抑制剂可以干扰信号分子系统的传导，抑制细菌某种特性和机理的表达。研究者们尝试将淬灭酶直接引入膜材料中，即可以通过酶和纳米材料的添加改变膜材料的结构，同时又能达到抑制生物膜生长的目的。
但是，当淬灭酶单独使用时，会存在稳定性不好，易失活等缺点。因此，一般会选择合适的固定材料将酶做成复合材料进行应用。碳纳米材料是近几年的研究热点，主要包括氧化石墨烯、石墨烯、碳纳米管、碳纤维等材料。碳纳米材料由于其具有纳米级尺寸、纳米级片层结构和良好地吸附等特性，被应用在许多领域，并得到了快速广泛地推广。利用纳米材料强大的比表面和静电吸附作用固定酶，既能提高酶的固定量又能不对酶的活性造成大的破坏，成为一种较好的酶固定载体。
技术实现要素：
本发明提供一种纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒改性复合膜制备方法。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
一种纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒改性复合膜制备方法，包括下述步骤:
1)纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒的制备：将25-50mg包括氧化石墨烯、石墨烯和碳纳米管的纳米材料分散在100-200mL磷酸盐缓冲溶液中，室温超声30～60min，得到纳米材料混合溶液；将75-150mg淬灭酶分散在纳米材料混合溶液中，室温超声30～60min，得到纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒混合溶液，真空冷冻干燥，即得纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒，冷冻保存备用；
2)复合膜铸膜液的制备：将质量分数为0.1～1％纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒加入80～85％有机溶剂中，超声15～30min；加入0.1～1％高分子添加剂，高速搅拌30min，加入14～26％高分子聚合物，高温搅拌，至高分子聚合物完全溶解，静置脱泡；
3)成膜固化：将步骤2)制备的铸膜液置于光滑清洁的玻璃板上，并用刮刀将其平铺在玻璃板上，迅速把玻璃板水平浸没在去离子水中成膜；将制好的膜放在去离子水中至少24h，得到纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒改性复合膜。
进一步，所述石墨烯的制备方法为机械剥离法、气相沉积法(CVD)、热解SiC法、氧化石墨烯还原法、碳管切割法和液相直接超声剥离法制备的三层以下石墨烯。
进一步，所述碳纳米管包括单壁，双壁和多壁碳纳米管，管径为1～100nm，管长为0.5～100μm。
进一步，所述磷酸盐缓冲溶液为按质量比(0.68)：(0.12):1配置的磷酸二氢钾、氯化钠和超纯水配置的混合溶液。进一步，所述步骤1)中，在0～10℃下搅拌1～1.5h。
进一步，所述淬灭酶为包括氨基酰化酶、内酯酶或脱羧酶在内的所有对细菌信号分子具有降解作用的淬灭酶。
进一步，所述高分子聚合物可由其他聚合物树脂聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚氨酯和醋酸纤维素类中的一种。
进一步，所述有机溶剂包括N-N二甲基乙酰胺、N-N二甲基甲酰胺、二甲亚砜或N-甲基吡咯烷酮的一种或几种。
进一步，所述高分子添加剂选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和聚乙二醇、氯化锂、丙烯酸或β-环糊精中的一种或多种。
进一步，将所述纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒改性复合膜用去离子水冲洗，放入去离子水中4℃保存。
本发明的有益效果在于：
(1)该纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒改性复合膜的制备方法，复合膜除了可以降解细菌信号分子，同样可以通过水解氨基，降解蛋氨酸等氨基酸类物质。
(2)改善了淬灭酶固定负载量效率低、扩散限制作用、固定化酶活性不高，并且与传统化学键结合时，酶活性受到限制而影响酶活等问题。
(3)低维碳纳米材料易制备、易保存，比表面积大，对酶活不会造成大的破坏。
(4)纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒改性复合膜的制备方法简单易行，可在生物、医学、环境等多个领域进行应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
一种纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒改性复合膜制备方法，包括下述步骤:
1)纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒的制备：将25-50mg包括氧化石墨烯、石墨烯和碳纳米管的纳米材料分散在100-200mL磷酸盐缓冲溶液中，室温超声30～60min，得到纳米材料混合溶液；将75-150mg淬灭酶分散在纳米材料混合溶液中，室温超声30～60min，得到纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒混合溶液，真空冷冻干燥，即得纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒，冷冻保存备用；
所述石墨烯的制备方法为机械剥离法、气相沉积法(CVD)、热解SiC法、氧化石墨烯还原法、碳管切割法和液相直接超声剥离法制备的三层以下石墨烯。碳纳米管包括单壁，双壁和多壁碳纳米管，管径为1～100nm，管长为0.5～100μm。
所述磷酸盐缓冲溶液为按质量比(0.68)：(0.12):1配置的磷酸二氢钾、氯化钠和超纯水配置的混合溶液。淬灭酶为包括氨基酰化酶、内酯酶或脱羧酶在内的所有对细菌信号分子具有降解作用的淬灭酶。
2)复合超滤膜铸膜液的制备：将质量分数为0.1～1％纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒加入80～85％有机溶剂(N-N二甲基乙酰胺、N-N二甲基甲酰胺、二甲亚砜或N-甲基吡咯烷酮的一种或几种中)，超声15～30min；加入0.1～1％高分子添加剂(聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和聚乙二醇、氯化锂、丙烯酸或β-环糊精中的一种或多种)，高速搅拌30min，加入14～26％高分子聚合物(聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚氨酯和醋酸纤维素类中的一种)，高温搅拌，至高分子聚合物完全溶解，静置脱泡；
3)成膜固化：将步骤2)制备的铸膜液置于光滑清洁的玻璃板上，并用刮刀将其平铺在玻璃板上，迅速把玻璃板水平浸没在去离子水中成膜；将制好的膜放在去离子水中至少24h，得到纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒改性复合膜，然后用去离子水冲洗，放入去离子水中4℃保存。
下面通过具体实施例对本发明做具体说明。
实施例1：
氧化石墨烯的制备采用的是Hummer改进方法。所用的天然鳞片石墨粉为100目的粉末，纯度为99.999&。
1)纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒的制备：将50mg氧化石墨烯分散在150mL0.02M pH(6.9)的磷酸盐缓冲溶液中，室温超声30min，加入150mg氨基酰化酶，在0℃下搅拌1h，超声30min，真空冷冻干燥，即得氧化石墨烯/氨基酰化酶杂化颗粒，冷冻保存备用。
2)复合膜铸膜液的制备：将0.1wt％氧化石墨烯/氨基酰化酶杂化颗粒加入84.9wt％N,N二甲基甲酰胺中，超声15min；加入1wt％聚乙烯醇，高速搅拌30min，加入14wt％聚偏氟乙烯，40℃搅拌，至聚偏氟乙烯完全溶解，静置脱泡。
3)成膜固化：将步骤2)制备的铸膜液置于光滑清洁的玻璃板上，并用刮刀将其平铺在玻璃板上，迅速把玻璃板水平浸没在10℃去离子水中成膜。将制好的膜放在去离子水中24h。得到纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒改性复合超滤膜。将膜用去离子水冲洗，放入去离子水中4℃保存。
实施例2：
石墨烯的制备采用水合肼还原氧化石墨烯法：将实施例1中的氧化石墨烯(100mg)分散到水溶液(100ml)中，超声分散50min，然后加入水合肼(2ml,50％w/v)，混合均匀后回流条件下反应24h。反应结束后，样品过滤分离洗涤，并在60℃的真空烘箱中烘干。
1)纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒的制备：将25mg石墨烯分散在100mL0.2M pH(7.0)的磷酸盐缓冲溶液中，室温超声40min，加入100mg氨基酰化酶，在4℃下搅拌1h，超声40min，真空冷冻干燥，即得石墨烯/氨基酰化酶杂化颗粒，冷冻保存备用。
2)复合膜铸膜液的制备：将0.3wt％石墨烯/氨基酰化酶杂化颗粒加入80wt％二甲亚砜和N甲基吡咯烷酮按照1:1的混合液中，超声30min；加入0.5wt％聚乙二醇和氯化锂按照1:1的比例混合，高速搅拌30min，加入19.2wt％聚砜，45℃搅拌，至聚偏氟乙烯完全溶解，静置脱泡。
3)成膜固化：将步骤2)制备的铸膜液置于光滑清洁的玻璃板上，并用刮刀将其平铺在玻璃板上，迅速把玻璃板水平浸没在10℃去离子水中成膜。将制好的膜放在去离子水中24h。得到纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒改性复合超滤膜。将膜用去离子水冲洗，放入去离子水中4℃保存。
实施例3：
1)纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒的制备：将30mg碳纳米管分散在200mL0.2M pH(7.0)的磷酸盐缓冲溶液中，室温超声60min，加入75mg氨基酰化酶，在10℃下搅拌1h，超声60min，真空冷冻干燥，即得碳纳米管/氨基酰化酶杂化颗粒，冷冻保存备用。
2)复合膜铸膜液的制备：将1wt％碳纳米管/氨基酰化酶杂化颗粒加入72.9wt％N,N二甲基乙酰胺中，超声20min；加入0.1wt％聚乙烯吡咯烷酮和β-环糊精按照1:1的比例混合，高速搅拌30min，加入26wt％醋酸纤维素，40℃搅拌，至醋酸纤维素完全溶解，静置脱泡。
3)成膜固化：将步骤2)制备的铸膜液置于光滑清洁的玻璃板上，并用刮刀将其平铺在玻璃板上，迅速把玻璃板水平浸没在10℃去离子水中成膜。将制好的膜放在去离子水中24h。得到纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒改性复合超滤膜。将膜用去离子水冲洗，放入去离子水中4℃保存。
以上三种超滤膜的水通量和酶膜活性天数见附表1。
附表1
从表1可以看出，本发明制备纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒改性复合膜，其在2000ppm NaCl溶液水通量不低于26L/(M2·H)，BSA截留不低于78％；酶膜活性天数为28d。
由表1可以看出，本发明所制备的纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒改性复合膜不仅具有较高的分离性能，同时具备优异的生物活性特性，是一种加工性能良好的有机复合膜。
以上所述，仅是本发明针对一种纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒改性复合膜及其制备方法的实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据本发明技术对以上实施例所做的任何简单修改，变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。