本发明涉及一种生物-化学复合纳米酶的制备方法，属于催化剂
技术领域：
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背景技术：
：自从2004年，首次提出“纳米酶”这一概念后，人们借助纳米科技的飞速发展，模拟出了大量具有多种天然酶特性的纳米酶，将酶科学推向了另一个巅峰。这些纳米酶按照组分的不同，大致可分为以下四类：碳基纳米酶、金属基纳米酶、金属氧化物基纳米酶、其它种类纳米酶。借助纳米科技飞速发展而兴起的纳米酶，种类繁多，制备方法也千差万别，但是这些纳米酶的制备策略，仍万变不离其宗，大多是借助纳米材料的制备和修饰方法而发展起来的。由于纳米酶同时具有纳米材料和天然酶的双重优良特性，因此，纳米酶自发现之日起就被广泛的应用到各个领域，如生物传感器、癌症的诊断与治疗、免疫测定、神经系统的保护、环境污染物处理等方面。随着纳米技术与材料科学的蓬勃发展，人们惊奇的发现，与人造酶相比，一些新兴的纳米材料，如，富勒烯及其衍生物、金纳米粒子、稀土纳米粒子以及铁磁性纳米粒子等则具有更加优良的类似天然酶的特性。基于此，人们巧妙的设计、制备了大量的人造纳米酶，这些纳米酶不仅很好的模拟了天然酶的优良特性，而且拥有纳米材料独特的性能。被广泛的应用到生物传感器、免疫测定、癌症的诊断与治疗、神经系统的保护、抑制细胞生长以及污染物除去等方面。关于纳米酶的研究仍在初始阶段，作为人造酶领域最活跃的分支之一，其研究已经取得了很大的进展。但在这一领域仍然存在着许多困难和挑战。例如，与天然酶和有机催化剂相比，大多数纳米酶的效率仍然较低；虽然发现了很多纳米材料具有类天然酶的活性，但其类酶活性尚没有得到广泛的应用。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题：针对与天然酶和有机催化剂相比，大多数纳米酶的效率较低的问题，提供了一种生物-化学复合纳米酶的制备方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：（1）按配比将六水合氯化铁、四水合氯化亚铁溶解在去离子水中，再加入氨水，搅拌均匀后滴加腐植酸，搅拌加热至80～90℃反应1～2h，磁分离得胶状沉淀；（2）将胶状沉淀洗涤干净后浸泡在高锰酸钾溶液中，以180W超声波超声处理4~8h，磁分离后水洗干燥，得改性磁性Fe3O4纳米粒子；（3）将改性磁性Fe3O4纳米粒子加入葡萄糖溶液中水热处理，磁分离后水洗并分散在去离子水中，得磁流体；（4）取活性酶、戊二醛、磁流体加入去离子水中，在4～10℃下以200～300r/min搅拌4~6h，磁分离后水洗，得生物-化学复合纳米酶。步骤（1）所述物料的重量份为8.1～12.2份六水合氯化铁，4.4～6.6份四水合氯化亚铁，18～27份氨水，4.6~7.0份腐植酸，所述氨水质量分数为20~25%。步骤（2）所述高锰酸钾溶液的质量分数为1%，用量为六水合氯化铁质量的12~30倍。步骤（3）所述葡萄糖溶液质量分数为5%，用量为改性磁性Fe3O4纳米粒子质量的50倍，所述去离子水的用量为改性磁性Fe3O4纳米粒子质量的50倍。步骤（3）所述水热处理过程为在200～220℃下反应5～6h。步骤（4）所述活性酶、戊二醛、磁流体的重量份为0.1~0.2份活性酶、0.05～0.08份戊二醛、50~100份磁流体。本发明与其他方法相比，有益技术效果是：（1）本发明以化学催化替代生物催化反应中的局限步骤，模拟细胞内多级结构和纳米效应，设计简单、高效、稳定的生物-化学复合纳米催化剂，将“柔性”酶催化剂的立体选择性优势和“刚性”无机磁性纳米粒子简单、高效、稳定的特点相结合，设计和构建出“刚柔并济”的生物-化学复合纳米酶，并且依靠酶-支架层-无机磁性纳米粒子的三级有序结构来激发多重纳米效应的协同作用，提高纳米酶的催化活性和催化稳定性；（2）本发明利用腐殖酸含有羧基、酚基、羰基等多种功能基团修饰磁性纳米粒子形成复合物，内部的电子转移提高了Fe2+再生速率和羟自由基生成速率，从而提高催化反应速率，并通过水热反应修饰的无定形碳层吸附反应物富集在复合物表面，加速催化反应速率；（3）本发明生产成本低廉、性质稳定、对外界环境耐受能力强、酶样催化活性易于调节、独特超顺磁性便于富集底物以及回收循环使用等优点，在环境保护、食品安全、生物医学等领域具有广阔的应用前景。具体实施方式取8.1～12.2g六水合氯化铁，4.4～6.6g四水合氯化亚铁，加入300～500mL去离子水中，在氮气氛围下，以300～400r/min搅拌至固体完全溶解，再加入18～27g质量分数为25%氨水，搅拌均匀后以1mL/min滴加4.6~7.0g腐植酸，搅拌加热至80～90℃反应1～2h，冷却至室温后用磁铁分离得胶状沉淀，依次用无水乙醇和去离子水洗涤胶状沉淀3～5次，将洗涤后的胶状沉淀浸泡在160~240g质量分数为1%高锰酸钾溶液中，以180W超声波超声处理4~8h，磁分离并用去离子水洗涤2~3次后转入真空冷冻干燥箱中干燥30~40h，得改性磁性Fe3O4纳米粒子，取1~2g改性磁性Fe3O4纳米粒子，加入50～100g质量分数为5%葡萄糖溶液中，以180W超声波超声处理20～30min后转入水热反应釜中，在200～220℃下反应5～6h，冷却至室温后磁分离并用去离子水洗涤2～3次，再加入50～100mL去离子水中，混合均匀得磁流体，称取0.1～0.2g活性酶，0.05～0.08g戊二醛，加入30～50mL去离子水中混合均匀后加入50~100g磁流体，在4～10℃下以200～300r/min搅拌4~6h，磁分离得固化物，用去离子水洗涤固化物2~3次，得生物-化学复合纳米酶。实例1取8.1g六水合氯化铁，4.4g四水合氯化亚铁，加入300mL去离子水中，在氮气氛围下，以300r/min搅拌至固体完全溶解，再加入18g质量分数为25%氨水，搅拌均匀后以1mL/min滴加4.6g腐植酸，搅拌加热至80℃反应1h，冷却至室温后用磁铁分离得胶状沉淀，依次用无水乙醇和去离子水洗涤胶状沉淀3次，将洗涤后的胶状沉淀浸泡在160g质量分数为1%高锰酸钾溶液中，以180W超声波超声处理4h，磁分离并用去离子水洗涤2次后转入真空冷冻干燥箱中干燥30h，得改性磁性Fe3O4纳米粒子，取1g改性磁性Fe3O4纳米粒子，加入50g质量分数为5%葡萄糖溶液中，以180W超声波超声处理20min后转入水热反应釜中，在200℃下反应5h，冷却至室温后磁分离并用去离子水洗涤2次，再加入50mL去离子水中，混合均匀得磁流体，称取0.1g活性酶，0.05g戊二醛，加入30mL去离子水中混合均匀后加入50g磁流体，在4℃下以200r/min搅拌4h，磁分离得固化物，用去离子水洗涤固化物2次，得生物-化学复合纳米酶。实例2取10.1g六水合氯化铁，5.5g四水合氯化亚铁，加入400mL去离子水中，在氮气氛围下，以350r/min搅拌至固体完全溶解，再加入23g质量分数为25%氨水，搅拌均匀后以1mL/min滴加5.6g腐植酸，搅拌加热至88℃反应1h，冷却至室温后用磁铁分离得胶状沉淀，依次用无水乙醇和去离子水洗涤胶状沉淀4次，将洗涤后的胶状沉淀浸泡在200g质量分数为1%高锰酸钾溶液中，以180W超声波超声处理6h，磁分离并用去离子水洗涤2次后转入真空冷冻干燥箱中干燥35h，得改性磁性Fe3O4纳米粒子，取1g改性磁性Fe3O4纳米粒子，加入80g质量分数为5%葡萄糖溶液中，以180W超声波超声处理25min后转入水热反应釜中，在210℃下反应5h，冷却至室温后磁分离并用去离子水洗涤2次，再加入80mL去离子水中，混合均匀得磁流体，称取0.1g活性酶，0.06g戊二醛，加入40mL去离子水中混合均匀后加入80g磁流体，在8℃下以250r/min搅拌5h，磁分离得固化物，用去离子水洗涤固化物2次，得生物-化学复合纳米酶。实例3取12.2g六水合氯化铁，6.6g四水合氯化亚铁，加入500mL去离子水中，在氮气氛围下，以400r/min搅拌至固体完全溶解，再加入27g质量分数为25%氨水，搅拌均匀后以1mL/min滴加7.0g腐植酸，搅拌加热至90℃反应2h，冷却至室温后用磁铁分离得胶状沉淀，依次用无水乙醇和去离子水洗涤胶状沉淀5次，将洗涤后的胶状沉淀浸泡在240g质量分数为1%高锰酸钾溶液中，以180W超声波超声处理8h，磁分离并用去离子水洗涤3次后转入真空冷冻干燥箱中干燥40h，得改性磁性Fe3O4纳米粒子，取2g改性磁性Fe3O4纳米粒子，加入100g质量分数为5%葡萄糖溶液中，以180W超声波超声处理30min后转入水热反应釜中，在220℃下反应6h，冷却至室温后磁分离并用去离子水洗涤3次，再加入100mL去离子水中，混合均匀得磁流体，称取0.2g活性酶，0.08g戊二醛，加入50mL去离子水中混合均匀后加入100g磁流体，在10℃下以300r/min搅拌6h，磁分离得固化物，用去离子水洗涤固化物3次，得生物-化学复合纳米酶。对照例：东莞某公司生产的复合纳米酶。将实例及对照例的复合纳米酶进行检测，具体检测如下：催化剂催化效果：选用材料来催化模型反应。催化剂稳定性：将一定量的催化剂与目标分子作用10次左右后，再通过TEM和XRD等手段表征循环前后材料的形貌、尺寸，以及主要衍射峰的数目、位置和强度是否发生了显著性改变。具体检测结果如表1。表1检测项目实例1实例2实例3对照例催化时间/h0.250.250.404.0催化反应产率%98969779循环10次后的产率%9091890由表1可知，本发明制备的复合纳米酶催化反应速率高，催化效率高，循环反应前后，各主要衍射峰的数目、位置和强度都未出现大的变化，对复杂的反应体系相对稳定。当前第1页1 2 3