一种非均相功能化催化剂Cyt.C@ZIF-8及其制备方法和应用

本发明涉及一种非均相功能化催化剂cyt.c@zif-8及其制备方法和应用，属于生物催化。

背景技术：

1、近二十年来，金属有机骨架(mofs)这种新型晶体多孔骨架材料引起了人们的广泛关注，并在储气、药物传递、传感、分离和催化等诸多领域取得了长足的进展。它们具有比表面积大、孔结构和孔径可调以及高度有序的晶型孔结构等特点，是封装酶催化剂的理想选择。这些优点使mofs具有巨大的潜力，可以容纳从气体分子、生物小分子到纳米颗粒的多种客体。

2、在复杂的自然网络中，酶是重要的组成部分，它在效率、特异性和选择性方面远远超过人工催化剂。然而，酶固有的脆弱特性，如极易受温度和酸碱性波动的影响，以及对大多数有机溶剂和小分子抑制剂的低耐受性等，极大地限制了酶系统在实际操作中的有效性。同时通过吸附、共价键、交联等策略，利用各种材料(如聚合物、二氧化硅、金属氧化物)作为基质，构建高效的酶固定化体系已经付出了大量的努力。然而，该领域仍然存在巨大的局限性，如大尺寸酶的封装，无孔载体引起的底物/产物转移问题，固定化过程中酶的浸出或构象变化。精心设计适应酶的反应特点的固定化体系或方便地大规模制备固定化生物催化剂也是一个巨大的挑战。

技术实现思路

1、发明目的：为解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明的第一目的是提供一种可用于生物催化活性的非均相功能化催化剂cyt.c@zif-8；本发明的第二目的是提供了一种该非均相功能化催化剂cyt.c@zif-8的制备方法；本发明的第三目的是提供该非均相功能化催化剂cyt.c@zif-8在生物催化活性中的应用。

2、技术方案：本发明所述一种非均相功能化催化剂cyt.c@zif-8，所述非均相功能化催化剂cyt.c@zif-8为多元金属有机骨架zif-8空腔内包埋细胞色素c酶(cyt.c)，所述多元金属有机骨架zif-8为菱形十二面体，所述多元金属有机骨架zif-8包含咪唑-2-甲酸、2-甲基咪唑和锌离子，咪唑-2-甲酸和2-甲基咪唑分别和锌离子混配在zif-8的骨架上。

3、进一步地，所述咪唑-2-甲酸与2-甲基咪唑的摩尔比为1:7-1，所述2-甲基咪唑与锌离子的摩尔比为8-1:1；所述细胞色素c酶占非均相功能化催化剂cyt.c@zif-8的质量百分比为0.7～1％。

4、本发明2所述非均相功能化催化剂cyt.c@zif-8的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)将2-甲基咪唑、咪唑-2-甲酸溶于水中，加入三乙胺，得到混合溶液；

6、(2)将细胞色素c溶于水中，得到细胞色素c水溶液；

7、(3)将混合溶液与细胞色素c水溶液混合，加入zn(no3)2·6h2o溶液，搅拌反应，离心，洗涤，冷冻干燥，得到非均相功能化催化剂cyt.c@zif-8。

8、进一步地，步骤(1)中，所述2-甲基咪唑和咪唑-2-甲酸的质量比为123:28-56，优选123:56。

9、进一步地，步骤(1)中，所述2-甲基咪唑与三乙胺的固液比为123：0.3-0.9mg/ml，优选0.7mg/ml。

10、进一步地，步骤(3)中，所述2-甲基咪唑、zn(no3)2·6h2o和细胞色素c的质量比为164-82：75：5，优选123:75:5。

11、进一步地，步骤(3)中，所述搅拌反应的温度为35-40℃，搅拌反应的时间为2-3.5h，优选35℃搅拌3.5h。

12、进一步地，步骤(3)中，所述搅拌反应时搅拌的速度为200-300rpm/min。

13、进一步地，步骤(3)中，所述离心的速度为8000-10000rpm/min，离心的时间为4-5min。

14、进一步地，步骤(3)中，所述冷冻干燥的温度为-50--20℃，冷冻干燥的时间为12h以上。

15、本发明所述非均相功能化催化剂cyt.c@zif-8在生物催化活性中的应用。

16、进一步地，所述生物催化活性时的反应溶剂为tris-hcl缓冲溶液(ph＝7)，反应温度为35-45℃，优选35℃。

17、发明原理：由于咪唑2-甲酸含有咪唑环，和2-甲基咪唑具有相似的性质，可以与锌离子进行配位，因此可以合成带有羧基的金属有机框架复合物，并将溶液中的细胞色素c包埋在金属有机框架复合物内，得到非均相功能化催化剂。同时，利用三乙胺促进咪唑-2-甲酸的去质子化，进一步加强咪唑-2-甲酸与锌离子的配位。此外，由于酶与表面的相互作用对吸附酶的取向和构象有很大影响，同时咪唑-2-甲酸本身具有负电性，故而使得细胞色素c的构象发生一定的变化，使得细胞色素c的活性也变高。

18、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

19、(1)本发明通过酶、锌离子、2-甲基咪唑和咪唑-2-甲酸的仿生矿化，调节咪唑-2-甲酸的加入量，增加mof的负电性，大大地提高了酶的催化活性；同时固定化酶比游离酶具有更高的催化活性。

20、(2)本发明的原料廉价，制备条件绿色温和，制备方法简单，所制备的产品非均相功能化催化剂cyt.c@zif-8具有良好的催化活性。

技术特征：

1.一种非均相功能化催化剂cyt.c@zif-8，其特征在于，所述非均相功能化催化剂cyt.c@zif-8为多元金属有机骨架zif-8空腔内包埋细胞色素c酶，所述多元金属有机骨架zif-8为菱形十二面体，所述多元金属有机骨架zif-8包含咪唑-2-甲酸、2-甲基咪唑和锌离子，咪唑-2-甲酸和2-甲基咪唑分别和锌离子在zif-8骨架上混配。

2.权利要求1所述的非均相功能化催化剂，其特征在于，所述咪唑-2-甲酸与2-甲基咪唑的摩尔比为1:7-1，所述2-甲基咪唑与锌离子的摩尔比为8-1:1；所述细胞色素c酶占非均相功能化催化剂cyt.c@zif-8的质量百分比为0.7～1％。

3.权利要求1或2所述非均相功能化催化剂cyt.c@zif-8的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述2-甲基咪唑和咪唑-2-甲酸的质量比为123:28-56，所述2-甲基咪唑与三乙胺的固液比为123:0.3-0.9mg/ml。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述2-甲基咪唑、zn(no3)2·6h2o和细胞色素c的质量比为164-82:75:5。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述搅拌反应的温度为35-40℃，搅拌反应的时间为2-3.5h，所述搅拌反应时搅拌的速度为200-300rpm/min。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述离心的速度为8000-10000rpm/min，离心的时间为4-5min。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述冷冻干燥的温度为-50--20℃，冷冻干燥的时间为12h以上。

9.根据权利要求1或2所述非均相功能化催化剂cyt.c@zif-8在生物催化活性中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述生物催化活性时的反应溶剂为tris-hcl缓冲溶液(ph＝7)，反应温度为35-45℃。

技术总结
本发明公开了一种非均相功能化催化剂Cyt.C@ZIF‑8及其制备方法和应用，该非均相功能化催化剂Cyt.C@ZIF‑8为多元金属有机骨架ZIF‑8空腔内包埋细胞色素C酶，所述多元金属有机骨架ZIF‑8为菱形十二面体，所述多元金属有机骨架ZIF‑8包含咪唑‑2‑甲酸、2‑甲基咪唑和锌离子，咪唑‑2‑甲酸和2‑甲基咪唑分别和锌离子在ZIF‑8骨架上混配。本发明通过酶、锌离子、2‑甲基咪唑和咪唑‑2‑甲酸的仿生矿化，调节咪唑‑2‑甲酸的加入量，增加MOF的负电性，提高了酶的催化活性；同时固定化酶比游离酶具有更高的催化活性。原料廉价，制备条件绿色温和，方法简单，得到的产品具有良好的催化活性。

技术研发人员：李文静
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15