专利名称：：一种生物-无机纳米杂化材料的制备方法
技术领域：
：本发明属于固定化酶
技术领域：
，特别是提供了一种生物-无机纳米杂化材料的制备方法。
背景技术：
：生物酶等生物活性物质由于在一定的环境中结构不稳定和价格昂贵而使应用受到限制，无机纳米材料结构丰富新颖、热稳定性优良、表面活性可调节、价格低廉，生物-无机纳米材料的有效复合，不仅对于维持生物大分子的结构至关重要，并广泛参与各种生命过程，是对传统固定化酶技术的发展，具有良好的工业应用前景。由于生物无机材料对于基因工程、制药业、食品业发展的重要意义，如何有效制备生物无机材料是需要解决的首要问题。目前对于生物无机材料科学研究从以人工合成为主转向生物无机材料的"软合成"、"自组装"。自组装过程就是指一种人不主动介入的过程，系统中的分子、原子、分子团或组件自动排成有序起作用的实体。分子自组装是在平衡条件下，分子间通过非共价相互作用自发组合形成的一类结构明确、稳定、具有某种特定功能或性能的分子聚集体或超分子结构。自组装最大的特点就是可以消除人的介入可能产生的失误和损耗。自组装作为一种"软合成"的方法引入以酶制备生物无机杂化材料的研究中，无机物种与生物分子之间的相互作用诱导组装，有利于实现生物-无机纳米材料的有效复合。现如今生物无机纳米杂化材料的研究热点主要集中于探索新型高效的无机载体。很多具有纳米结构的无机物种被用于制备生物无机纳米杂化材料的研究中。例如分子筛、炭纳米管、无机层状材料等。其中无机层状材料由于其功能性结构和独特的理化性能，使其在生物杂化材料的研究中受到越来越多的重视。但是无机层状材料的层间表面难于被生物大分子接触，使得大部分层间表面被浪费，因此将无机层状材料剥离，可使其具有纳米尺度的开放结构，能消除空间效应、扩散阻力的影响，使水滑石与生物分子在更小的尺度下相互作用。
发明内容本发明的目的在于提供一种生物-无机纳米杂化材料的制备方法，利用剥离无机层状材料开放的纳米结构与酶自组装，在界面效应和纳米效应共同的作用下，将赋予组装产物许多明显不同于单一原材料的独特性能，得到生物-无机杂化材料。为生物无机纳米杂化材料分子水平设计与控制的开发应用、工业化生产提供可能。发明选择剥离水滑石为无机载体，与猪胰脂肪酶自组装的方法制备生物无机杂化材料，研究水滑石的界面效应和纳米效应对酶分子活性的影响。生物-无机纳米杂化材料的制备方法如下a、制备剥离水滑石。以水为溶剂，所用盐为硝酸镁和硝酸铝，以共沉淀碱滴盐法制备乳酸插层Mg/Al=2/1的水滑石浆液，在水中分散后，加热80-12(TC至完全透明状态，即得剥离水滑石胶体溶液；步骤a中所有过程都必须在氮气气氛下进行，所用水全部为去二氧化碳去离子水；步骤a中所得剥离水滑石胶体溶液中水滑石的浓度一定为4g/L。以共沉淀(碱滴盐)法制备乳酸插层Mg/Al=2/1的水滑石，通过对碱滴加方式的改进可以乳酸代替常规用的乳酸盐。b、剥离水滑石与酶组装制备生物-无机杂化材料称取0.05-0.24g酶，加入40ml的缓冲溶液，再加入10ml剥离水滑石胶体溶液，控制酶和水滑石的质量比为1/8到6/1，置于25-3(TC的摇床中，保持摇床震荡速率100-150转/分钟震荡10-30分钟，即得到生物-无机纳米杂化材料。步骤b中缓冲溶液的pH值范围是7~8。步骤b中所有过程可在空气或氮气气氛下进行。控制酶和水滑石的质量比分别为为1/8，1/4，1/2，1/1，2/1，4/1，5/1，6/1，首次考虑了组装配比对组装产物的活性的影响。随着组装配比的增加，组装生成的生物无机纳米杂化材料的活性呈火山形曲线变化规律。c、测定组装得到的生物-无机杂化材料的活性，酶活表达率为139%到44线。本发明的有点在于，酶与剥离水滑石层板的组装速率快(几微秒到几毫秒)，酶在剥离水滑石层板上的组装量大。并且酶与剥离水滑石层板组装得到的生物-无机杂化材料酶活表达率都大于100%,在酶与水滑石组装配比为1/2时，组装得到的生物-无机杂化材料酶活表达率最高，达444%。具体实施例方式实施例1:制备剥离水滑石称取3.7513g的硝酸铝(Al(NO3)^9H20)和5.1280g的硝酸镁(Mg(NO3)2'6H20)，加入60ml水，配制成Mg/Al为2/1的盐溶液。称取化学计量过量的乳酸5.30gC0.05mo1)，用1.25mol/L的NaOH溶液滴加到剧烈搅拌的乳酸中，至体系pH值为10，加入Mg/Al混合盐溶液，继续滴加NaOH溶液至pH值为10。加热至回流晶化10小时，得到的白色浆液，离心分离，洗涤至中性后，在600ml水中分散，加热回流至几乎透明状态，静置稳定存在，表明水滑石剥离。所有过程尽量在氮气保护下进行，所用水全部为去二氧化碳去离子水。实施例2:制备不同组装配比的生物-无机杂化材料分别称取0.0050g，0.0100g:0.0200g，0.0400g，0.0800g，0.1600g，0.2000g，0.2400g的酶，加入40mlHCl-tris缓冲溶液，再加入10ml剥离水滑石胶体溶液后(控制酶和水滑石的质量比分别为为1/8，1/4，1/2，1/1，2/1，4/1,5/1，6/1)，置于30°C的摇床中，保持摇床震荡速率150转/分钟震荡30分钟，过滤得到清液，密封后低温储存，将沉淀在室温下静置至干燥，即得到生物-无机纳米杂化材料。以考马斯亮蓝法测定清液中的所残余的酶量，将溶液中初始酶量减去清液中残余的酶量，计为组装产物中酶的组装量。结果见表l。实施例3:组装产物活性测定采用测定载体的耗碱量30'C水浴，加入10mlLDH胶体溶液，加入45mlHCl-tris缓冲溶液，反应30分钟后，加入30ml无水乙醇，利用pH计指示，以0.05MNaOH溶液滴定至pH-8，记录消耗NaOH溶液的体积；测定底物的耗碱量3(TC水浴，加入10mlLDH胶体溶液，再加入2.0000g三乙酸甘油酯，加入45mlHCl-tris缓冲溶液，反应30分钟后，加入30ml无水乙醇，利用pH计指示，以0.05MNaOH溶液滴定至pH-8，记录消耗NaOH溶液的体积；测定酶的耗碱量30"C水浴，加入10ml去离子水，再加入2g三乙酸甘油酯，加入45mlHCl-tris缓冲溶液，加入0.0100g酶，反应30分钟后，加入30ml无水乙醇，利用pH计测量体系的pH值，以0.05MNaOH溶液滴定至pH-8，记录消耗NaOH溶液的体积；测定组装产物的耗碱量30'C水浴，加入10ml去离子水，再加入2g三乙酸甘油酯，加入45mlHCl-tris缓冲溶液，加入组装产物(酶量相同)，反应30分钟后，加入30ml无水乙醇，利用pH计测量体系的pH值，以0.05MNaOH溶液滴定至pH-8，记录消耗NaOH溶液的体积。计算酶活-VNaOHxN他oHxl0V(Axt)，其中VNa0H为消耗NaOH溶液的体积(L)，N他oH为NaOH溶液的当量浓度(0.05mol/L)，A为酶的量(g)，t为测定时间(30min)。酶活的单位IU/(gmin)。酶活表达率-(实际酶活/理论酶活)xl00%结果见表l。表1剥离水滑石与酶组装生物无机纳米杂化材料的性能*自由酶的比活力为106IU/g酶<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1、一种生物-无机纳米杂化材料的制备方法，其特征在于，工艺为a、制备剥离水滑石以水为溶剂，以共沉淀碱滴盐法制备乳酸插层Mg/Al＝2/1的水滑石浆液，在水中分散后，加热80～120℃至完全透明状态，得到剥离水滑石胶体溶液，所述的盐为硝酸镁和硝酸铝；b、剥离水滑石与酶组装制备生物-无机杂化材料称取称取0.05-0.24g酶，加入40ml的缓冲溶液，再加入10ml剥离水滑石胶体溶液，控制酶和水滑石的质量比为1/8～6/1，置于25～30℃的摇床中，保持摇床震荡速率100～150转/分钟震荡10～30分钟，得到生物-无机纳米杂化材料；c、测定组装得到的生物-无机杂化材料的活性，酶活表达率为139％到444％。2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所有过程在氮气保护下进行。3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所用水为去二氧化碳去离子水。4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的缓冲溶液的pH值范围是78。全文摘要一种生物-无机纳米杂化材料的制备方法，属于固定化酶
技术领域：
。制备工艺为以水为溶剂，所用盐为硝酸镁和硝酸铝，以共沉淀碱滴盐法制备乳酸插层Mg/Al＝2/1的水滑石浆液，在水中分散后，加热80-120℃至完全透明状态，得到剥离水滑石胶体溶液；称取称取0.05-0.24g酶，加入40ml的缓冲溶液，再加入10ml剥离水滑石胶体溶液，控制酶和水滑石的质量比为1/8～6/1，置于25～30℃的摇床中，保持摇床震荡速率100～150转/分钟震荡10～30分钟，得到生物-无机纳米杂化材料。优点在于，酶与剥离水滑石层板的组装速率快，酶在剥离水滑石层板上的组装量大，组装得到的生物-无机杂化材料酶活表达率最高。文档编号C12N11/14GK101096666SQ200710100009公开日2008年1月2日申请日期2007年6月4日优先权日2007年6月4日发明者静何,杨德宝申请人:北京化工大学