本发明属于抗菌材料制备的生物环境领域，涉及一种低维碳纳米材料/群体感应淬灭酶复合薄膜材料的制备方法。
背景技术：
近些年的研究发现,单个细菌之间存在着信息交流,并且通过这种信息交流对外界环境变化进行群体性应答。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,共同展示出它们的某些生理特性,从而表现出单个细菌无法从事的某些生理功能和调节机制。这一调控机制被称为细菌的群体感应(quorum sensing,QS)。在众多的群体感应信号分子中，酰基高丝氨酸内酯类分子(Acyl-homoserine lactone,AHLs)是研究人员较为关注的一种，它能够参与细菌生物学功能的调控，包括生物膜的形成、生物发光、色素产生、抗生素形成和质粒结合转移等。近年来，科学家们研究发现，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。
群体感应抑制剂包括的种类很多，作用机制也各不相同。其中群体感应淬灭酶就是比较常用的一种，许多的细菌、原核生物、真核生物中都含有各种淬灭酶，比如猪肾脏中的酰基转移酶(acylase,EC-3.5.1.14)，这种酶能够使C4-HSL(N-Butyry-l-homoserine lactone)和C8-HSL(N-Octancy-l-homoserine lactone)脱酰基化，产生L-高丝氨酸。另一种是在植物中发现的指状褐藻能产生卤素过氧化物酶催化产生卤素氧化物破坏AHL信号分子。
利用群体感应淬灭酶进行细菌生物学机理的调控可以在某些特定条件下，达到控制生物膜生长，抑制生物污染等特定要求，在生物医药、环境保护等各个领域都有很广泛的应用前景。但是，在淬灭酶的使用过程中，淬灭酶存在着稳定性不好，在水溶液中会迅速溶解等缺点，较好的解决办法是在尽量保留酶活性的前提下，选择合适的负载材料，将酶做成复合材料进行应用。另一方面，在复合材料的制备过程中，通过新型材料和酶之间的相互作用，形成具有新型结构和特性的复合材料，对扩大酶的应用范围提供了很好的方法。其中，有机/无机复合薄膜材料是一种重要的发展方向，尤其是纳米材料作为无机材料的应用，利用无机纳米材料的特殊性质，实现对酶蛋白类物质的活性的保留和固定，同时借助无机纳米材料的“空间位阻”，“结构支撑”和“官能团键能作用”，实现酶蛋白的多种生物学功能。
无机纳米材料中，低维的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、碳纳米管等材料。低维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的吸附特性，被应用于许多领域，并得到了快速广泛地推广。
技术实现要素：
本发明提供一种低维碳纳米材料/群体感应淬灭酶复合薄膜材料制备方法及应用，所得纳米酶复合薄膜材料具有有序的复合结构且易剥离。
一种低维碳纳米材料/群体感应淬灭酶复合薄膜材料制备方法，包括下述步骤:
1)按照质量比将包括氧化石墨烯、石墨烯或碳纳米管的低维碳纳米材料0.1～3.0mg分散在1L磷酸盐缓冲溶液中，室温超声30～60min，得到低维碳纳米材料的磷酸盐溶液；
2)按照质量比将淬灭酶0.2～6.0mg分散在1L磷酸盐缓冲溶液中，室温超声30～60min，得到淬灭酶的磷酸盐溶液；
3)按照淬灭酶磷酸盐溶液与低维碳纳米材料磷酸盐溶液的质量比为(2～12):1的比例混合超声30～60min，搅拌下即得到制备低维碳纳米材料/群体感应淬灭酶复合薄膜用的混合原液；
4)采用涂覆的方法将混合原液覆盖在硅片、云母片或者石英固体平面基底上，自然风干，即得到覆盖有低维碳纳米材料/群体感应淬灭酶复合薄膜的基底；
5)使用低频超声的方法，将覆盖有低维碳纳米材料/群体感应淬灭酶复合薄膜的基底放在超纯水中，将低维碳纳米材料/群体感应淬灭酶复合薄膜从其附着的基底上剥离下来并转移到待保护固体的表面，即得低维碳纳米材料/群体感应淬灭酶复合薄膜材料。
进一步，所述氧化石墨烯采用下述方法制备：
按照重量份数将2份天然鳞片石墨粉与6份硝酸钠混合，缓慢加入184份浓硫酸，在4～6℃下充分搅拌20～40min；加入0.2份高锰酸钾；常温下在1h内，分批加入8份高锰酸钾。35±3℃下充分搅拌1.5～2h，得到褐色悬浮液；
然后缓慢加入100份水，在40～45℃下再加入10份30％H2O2和55mL超纯水的混合溶液，过滤，得到黄褐色滤饼；
用50份浓度为3％的稀盐酸溶液将黄褐色滤饼多次洗涤，并分散于800份水中，然后离心，透析，低频超声10h，得到棕色混合溶液，离心30min，-40℃真空冷冻干燥24h，储存备用。
进一步，所述氧化石墨烯所用的石墨粉为100～300目的粉末。
进一步，所述石墨烯通过机械剥离法、气相沉积法、热解SiC法、氧化石墨烯还原法、碳管切割法或液相直接超声剥离法制备石墨烯。
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磷酸二氢钾、氯化钠和超纯水按质量比为0.68：0.12:1配置混合溶液。
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，所述步骤1)中，在0～10℃下搅拌1～1.5h。
进一步，所述涂覆的方法包括滴涂法、旋涂法、提拉法、刮涂法或喷涂法。
进一步，将所述低维碳纳米材料/群体感应淬灭酶复合薄膜材料进一步通过真空干燥，制备成为粉末状颗粒，-40℃冷冻保存，作为群体感应抑制剂使用。
本发明的有益效果在于：
(1)该低维碳纳米材料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。
(2)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。
(3)低维碳纳米材料/群体感应淬灭酶复合薄膜材料制备方法简单易行，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，但并不作为对本发明做任何限制的依据。
一种低维碳纳米材料/群体感应淬灭酶复合薄膜材料制备方法，包括下述步骤:
1)氧化石墨烯、石墨烯或碳纳米管的制备与选择：
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。下述材料均按重量份数计。
将2份天然鳞片石墨粉与6份硝酸钠混合，缓慢加入184份浓硫酸，在4～6℃下充分搅拌20～40min；加入0.2份高锰酸钾；常温下在1h内，分批加入8份高锰酸钾。35±3℃下充分搅拌1.5～2h，得到褐色悬浮液；
然后缓慢加入100份水，在40～45℃下再加入10份30％H2O2和55mL超纯水的混合溶液，过滤，得到黄褐色滤饼；
用50份浓度为3％的稀盐酸溶液将黄褐色滤饼多次洗涤，并分散于800份水中，然后离心，透析，低频超声10h，得到棕色混合溶液，离心30min，-40℃真空冷冻干燥24h，得到氧化石墨烯储存备用。
石墨烯通过机械剥离法、气相沉积法(CVD)、热解SiC法、氧化石墨烯还原法、碳管切割法或液相直接超声剥离法制备石墨烯。
碳纳米管采用包括单壁，双壁和多壁碳纳米管，管径为1～100nm，管长为0.5～100μm。
2)将包括100～300目的氧化石墨烯、石墨烯或碳纳米管的低维碳纳米材料0.1～3.0mg分散在1L磷酸盐缓冲溶液中，室温超声30～60min；按照质量比将淬灭酶(氨基酰化酶、内酯酶或脱羧酶)0.2～6.0mg分散在1L磷酸盐缓冲溶液中，在0～10℃下搅拌1～1.5h；按照质量比为(2～12):1的比例将淬灭酶缓冲溶液与低维碳纳米材料缓冲溶液混合超声30～60min，所得溶液即是制备薄膜用的混合原液；
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。
3)采用涂覆(包括滴涂法、旋涂法、提拉法、刮涂法或喷涂法)的方法将混合原液覆盖在硅片、云母片或者石英固体平面基底上，待溶剂挥发之后，使用低频超声的方法，将低维碳纳米管/群体感应淬灭酶复合薄膜材料从其附着的基底上剥离下来并转移到待保护固体的表面，即得低维碳纳米材料/群体感应淬灭酶复合薄膜材料。
本发明还可以将所述低维碳纳米材料/群体感应淬灭酶复合薄膜材料制备通过真空干燥制备成为粉末状颗粒，-40℃冷冻保存，作为群体感应抑制剂使用。
下面通过具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
(1)按照重量份数将2份天然鳞片石墨粉与6份硝酸钠混合，缓慢加入184份浓硫酸，充分搅拌30min(5℃)；加入0.2份高锰酸钾。在1h内，分批加入8份高锰酸钾(20℃)。35±3℃下充分搅拌2h，得到褐色悬浮液。缓慢加入100mL100份水，再加入10份30％H2O2和55mL超纯水的混合溶液(45℃)，过滤，得到黄褐色滤饼。用50份稀盐酸(3％，45℃)将滤饼多次洗涤后分散于800份水中，然后离心，透析，超声(200W)10h，棕色混合溶液离心30min，-40℃真空冷冻干燥24h，储存备用。
(2)氧化石墨烯溶液制备：将1mg氧化石墨烯分散在1L0.2M，pH-7.0的磷酸盐缓冲溶液中，室温超声30min，既得1.0mg/L氧化石墨烯溶液。
(3)淬灭酶溶液的准备：群体感应淬灭酶选择氨基酰化酶。称取0.2mg氨基酰化酶添加进在1L0.2M，pH-7.0的磷酸盐缓冲溶液中，4℃下搅拌1h，获得02mg/L的氨基酰化酶溶液。
(4)氧化石墨烯/淬灭酶混合溶液的制备：
用微量进样器抽取适量的氨基酰化酶溶液，滴入20μl氧化石墨烯溶液中，加入超纯水，使溶液中体积达到50μl，轻微震荡混合均匀超声30min，作为样品制备的原始溶液使用。氧化石墨烯和氨基酰化酶的质量比例如下：
1)氧化石墨烯溶液：氨基酰化酶溶液＝1:2
2)氧化石墨烯溶液：氨基酰化酶溶液＝1:4
3)氧化石墨烯溶液：氨基酰化酶溶液＝1:6
4)氧化石墨烯溶液：氨基酰化酶溶液＝1:8
5)氧化石墨烯溶液：氨基酰化酶溶液＝1:10
6)氧化石墨烯溶液：氨基酰化酶溶液＝1:12；
(5)复合薄膜材料的制备：采用提拉法将云母片浸泡在适量氨基酰化酶溶液中10min,缓慢提拉，室温静置24h以上，待溶剂挥发之后，即形成多层稳定的氧化石墨烯/氨基酰化酶复合薄膜。薄膜厚度约为0.1μm。
实施例2：
(1)氧化石墨烯的制备采用的是Hummer改进方法，同实施例1所述。
(2)石墨烯的制备采用氧化石墨烯还原法(水合肼还原法)：将实施例1中的0.1mg氧化石墨烯分散到1L水溶液中，超声分散40min，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。
(3)石墨烯溶液制备：将2mg石墨烯分散在1L0.2M，pH-7.0的磷酸盐缓冲溶液中，室温超声30min，既得2.0mg/L石墨烯溶液。
(4)淬灭酶溶液的准备：群体感应淬灭酶选择氨基酰化酶。称取0.3mg氨基酰化酶添加进在1L0.2M，pH-7.0的磷酸盐缓冲溶液中，0℃下搅拌1.5h，获得0.3mg/L的氨基酰化酶溶液。
(5)石墨烯/淬灭酶混合溶液的制备：
用微量进样器抽取适量的氨基酰化酶溶液，滴入20μl石墨烯溶液中，加入超纯水，使溶液中体积达到50μl，轻微震荡混合均匀，作为样品制备的原始溶液使用。石墨烯和氨基酰化酶的质量比例如下：
1)石墨烯溶液：氨基酰化酶溶液＝1:2
2)石墨烯溶液：氨基酰化酶溶液＝1:4
3)石墨烯溶液：氨基酰化酶溶液＝1:6
4)石墨烯溶液：氨基酰化酶溶液＝1:8
5)石墨烯溶液：氨基酰化酶溶液＝1:10
6)石墨烯溶液：氨基酰化酶溶液＝1:12
(6)复合薄膜材料的制备：采用微量进样针吸取10μl混合原液，采用滴涂法(drop-casting)涂覆于硅片上，室温静置24h以上，待溶剂挥发之后，即形成多层稳定的石墨烯/氨基酰化酶复合薄膜材料。薄膜厚度约为0.2μm。
实施例3：
(1)碳纳米管为单壁式，碳含量＞90％，管径1～2nm,管长0.5～2μm。
(2)碳纳米管溶液制备：将3mg碳纳米管分散在1L0.2M，pH-7.0的磷酸盐缓冲溶液中，室温超声60min，既得3.0mg/L石墨烯溶液。
(3)淬灭酶溶液的准备：群体感应淬灭酶选择氨基酰化酶。称取6.0mg氨基酰化酶添加进在1L0.2M，pH-7.0的磷酸盐缓冲溶液中，10℃下搅拌1.5h，获得6.0mg/L的氨基酰化酶溶液。
(4)碳纳米管/淬灭酶混合溶液的制备：
用微量进样器抽取适量的氨基酰化酶溶液，滴入20μl氧化石墨烯溶液中，加入超纯水，使溶液中体积达到50μl，轻微震荡混合均匀，作为样品制备的原始溶液使用。碳纳米管和氨基酰化酶的质量比例如下：
1)碳纳米管溶液：氨基酰化酶溶液＝1:2
2)碳纳米管溶液：氨基酰化酶溶液＝1:4
3)碳纳米管溶液：氨基酰化酶溶液＝1:6
4)碳纳米管溶液：氨基酰化酶溶液＝1:8
5)碳纳米管溶液：氨基酰化酶溶液＝1:10
6)碳纳米管溶液：氨基酰化酶溶液＝1:12
(5)复合薄膜材料的制备：采用微量进样针吸取10μl混合原液，采用滴涂法(drop-casting)涂覆于硅片上，采用厚度0.5μm的刮刀，用刮涂法(blade-coating)将溶液刮平，室温静置24h以上，待溶剂挥发之后，即形成多层稳定的碳纳米管/氨基酰化酶复合薄膜。薄膜厚度约为0.5μm。
以上所述，仅是本发明针对一种低维碳纳米材料/群体感应淬灭酶复合薄膜材料的制备方法及应用的实施例，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。