CN109266641A - 一种基于戊二醛将酶固定于石墨烯上的方法及检测电极 - Google Patents

一种基于戊二醛将酶固定于石墨烯上的方法及检测电极 Download PDF

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    • C12Q1/001—Enzyme electrodes

Abstract

本发明公开了一种基于戊二醛将酶固定于石墨烯上的方法及检测电极，其中所述方法包括(1)将戊二醛与需要固定酶进行脱水处理，形成结构稳定的肽键，从而形成稳定的聚合游离体；(2)在(1)的溶液中加入低浓度石墨烯，控制pH数值和反应温度，使得石墨烯与酶发生脱水缩合反应形成结构稳定的肽键,从而将酶固定在石墨烯基底上；(3)往(2)的溶液中加入琼脂糖凝胶溶液，加热后冷凝形成酶/凝胶的复合结构。本发明通过戊二醛作为酶的交联剂，交联效率高，结构稳定，在酸或者碱性条件下都能够稳定存在，并能够保持酶的活性；再通过石墨烯以与酶上发生脱水缩合反应形成结构稳定的肽键，将酶固定在功能化的石墨烯基底上，增强检测稳定性。

Description

一种基于戊二醛将酶固定于石墨烯上的方法及检测电极
技术领域
本发明涉及催化材料合成领域，尤其涉及一种基于戊二醛将酶固定于石墨烯上的方法及检测电极。
背景技术
酶的固定化技术研究始于1910年，正式研究于20世纪60年代，70年代已在全世界普遍开展。酶的固定化(Immobilization of enzymes)是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内，仍能进行其特有的催化反应、并可回收及重复利用的一类技术。与游离酶相比，固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时，又克服了游离酶的不足之处，呈现贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续可控、工艺简便等一系列优点。固定酶不仅在化学、生物学及生物工程、医学及生命科学等学科领域的研究异常活跃，得到迅速发展和广泛的应用，而且因为具有节省能源、减少或防治污染的生态环境效应而符合可持续发展的战略要求。经固定化的酶与游离酶相比具有稳定性高，回收方便。易于控制、可反复使用、成本低廉等优点。在生物工业、医学及临床诊断、化学分析、环境保护、能源开发以及基础研究等方面发挥了重要作用。
酶的固定方法有物理法和化学法两大类。物理方法包括物理吸附法、包埋法等。物理法固定酶的优点在于酶不参加化学反应，整体结构保持不变，酶的催化活性得到很好保留。但是，由于包埋物或半适膜具有一定的空间或立体阻碍作用，因此对一些反应不适用。化学法是将酶通过化学键连接到天然的或合成的高分子载体上，使用偶联剂通过酶表面的基团将酶交联起来，而形成相对分子里更大、不溶性的固定化酶的方法。
但是现有固定酶的制备工艺复杂繁琐，且制备成本较高，不利于固定酶的大规模生产及商业化，且现有吸附固定酶的介质材料的稳定性较低，不利于提高酶的活性。
发明内容
为解决现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于戊二醛将酶固定于石墨烯上的方法及检测电极，其能够高效的将酶固定住，同时保持酶的生物活性，提高酶的活性和灵敏度。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于戊二醛将酶固定于石墨烯基底上的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将戊二醛与需要固定酶进行脱水处理，形成结构稳定的肽键，从而形成稳定的聚合游离体；
(2)在(1)的溶液中加入低浓度石墨烯，控制pH数值和反应温度，使得石墨烯与酶发生脱水缩合反应形成结构稳定的肽键,从而将酶固定在石墨烯基底上；
(3)往(2)的溶液中加入琼脂糖凝胶溶液，加热后冷凝形成酶/凝胶的复合结构.
优选的，所述步骤(2)中pH数值范围为5.5-9.0，反应温度37-60℃。
优选的，所述步骤(2)中低浓度石墨烯的浓度为0.25％-5.0％。
优选的，所述步骤(3)中琼脂糖凝胶溶液的浓度为1.0％-8.0％，加热温度为45℃-60℃。
优选的，所述石墨烯为氧化石墨烯。
优选的，所述氧石墨烯可以通过将可膨胀石墨放置在坩埚内进行微波处理后加入到分散剂中进行超声处理得到浆料，然后对浆料进行离心处理，浆料分为上下两层，去掉上层清液，制备得到氧化石墨烯。
一种检测电极，其包括电极以及设在电极上述任一方法所制得的酶。
本发明采用以上技术方案，通过戊二醛作为酶的交联剂，交联效率高，结构稳定，在酸或者碱性条件下都能够稳定存在，并能够保持酶的活性；再通过石墨烯以与酶上发生脱水缩合反应形成结构稳定的肽键，将酶固定在功能化的石墨烯基底上，不仅能够促进电化学信号稳定的输出，增强检测稳定性；同时由于电子信号在石墨烯表面传导速度快，因此能够加快检测速度，提高检测效率；再利用石墨烯大的比表面积，通过化学交联作用力，可以吸附更多酶在基底表面，增强检测灵敏度。
附图说明
下面结合附图对本发明进行进一步说明：
图1为本发明的方法流程示意图；
图2为本发明的戊二醛和酶的化学反应示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，一种基于戊二醛将酶固定于石墨烯基底上的方法，所述方法包括以下步骤：
S101:将戊二醛与需要固定酶进行脱水处理，形成结构稳定的肽键，从而形成稳定的聚合游离体；
S102:在上述的溶液中加入低浓度石墨烯，控制pH数值和反应温度，使得石墨烯与酶发生脱水缩合反应形成结构稳定的肽键,从而将酶固定在石墨烯基底上；
S103:往上述的溶液中加入琼脂糖凝胶溶液，加热后冷凝形成酶/凝胶的复合结构.
具体的本发明可以通过以下实施例实现：
实施例1
将戊二醛与需要固定酶进行脱水处理，形成结构稳定的肽键，从而形成稳定的聚合游离体；如图2所示，戊二醛有两个醛基-CHO，能够与带有氨基-NH2的化合物在适当条件下，通过脱去一分子水H2O或者两分子水H2O，形成稳定的肽键，从而形成稳定的单链聚合物或者环状聚合物，由于戊二醛带有两个醛基，因此能够与两分子的酶交联，戊二醛作为酶的交联剂，交联效率高，结构稳定，在酸或者碱性条件下都能够稳定存在，并能够保持酶的活性；
在上述的溶液中加入0.01mg/mL浓度的石墨烯，控制体系pH在5.5，和反应温度37℃范，使得石墨烯与酶发生脱水缩合反应形成结构稳定的肽键,从而将酶固定在石墨烯基底上，由于石墨烯具有优异的导电性，可将其应用于电化学生物传感器中，加速电子在电极表面的传导速率，提高修饰电极的导电性，从而增强电化学的响应信号，提高检测灵敏度；另一方面，石墨烯片层大的比表面积，为生物分子的吸附提供更多的结合位点，表面易于功能化，化学性质稳定，因此可以在石墨烯表面接上含氧官能团，包括羟基-OH，羧基-COOH等，可以通过控制氧化程度，修饰大量的-COOH，而-COOH同样可以与酶上的氨基-NH2发生脱水缩合反应形成结构稳定的肽键，其中所述石墨烯为氧化石墨烯，氧石墨烯可以通过将可膨胀石墨放置在坩埚内进行微波处理后加入到分散剂中进行超声处理得到浆料，然后对浆料进行离心处理，浆料分为上下两层，去掉上层清液，制备得到氧化石墨烯；
最后滴入1.0％浓度的琼脂糖凝胶溶液，加热到45℃，冷凝形成酶-凝胶的复合结构，通过凝胶的固定化作用。
进一步的可以将制的酶固定在电极表面，制得检测电极，由于检测电极上采用的酶是将酶固定在功能化的石墨烯基底上，不仅能够促进电化学信号稳定的输出，增强检测稳定性；同时由于电子信号在石墨烯表面传导速度快，因此能够加快检测速度，提高检测效率；再利用石墨烯大的比表面积，通过化学交联作用力，可以吸附更多酶在基底表面，增强检测灵敏度。
实施例2
与实施例1不同的是，在本实施例中，将戊二醛与需要固定酶进行脱水处理，形成结构稳定的肽键，从而形成稳定的聚合游离体；在上述的溶液中加入0.1mg/mL浓度的石墨烯，控制体系pH在7.5，和反应温度60℃范，使得石墨烯与酶发生脱水缩合反应形成结构稳定的肽键,从而将酶固定在石墨烯基底上，其中所述石墨烯为氧化石墨烯，氧石墨烯可以通过将可膨胀石墨放置在坩埚内进行微波处理后加入到分散剂中进行超声处理得到浆料，然后对浆料进行离心处理，浆料分为上下两层，去掉上层清液，制备得到氧化石墨烯；
最后滴入5.0％浓度的琼脂糖凝胶溶液，加热到60℃，冷凝形成酶-凝胶的复合结构，通过凝胶的固定化作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于戊二醛将酶固定于石墨烯基底上的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将戊二醛与需要固定酶进行脱水处理，形成结构稳定的肽键，从而形成稳定的聚合游离体；
(2)在(1)的溶液中加入低浓度石墨烯，控制pH数值和反应温度，使得石墨烯与酶发生脱水缩合反应形成结构稳定的肽键,从而将酶固定在石墨烯基底上；
(3)往(2)的溶液中加入琼脂糖凝胶溶液，加热后冷凝形成酶/凝胶的复合结构。
2.根据权利要求1所述的基于戊二醛将酶固定于石墨烯基底上的方法，其特征在于：所述步骤(2)中pH数值范围为5.5-9.0，反应温度为37-60℃。
3.根据权利要求1所述的基于戊二醛将酶固定于石墨烯基底上的方法，其特征在于：所述步骤(2)中低浓度石墨烯的浓度为0.25％-5.0％。
4.根据权利要求1所述的基于戊二醛将酶固定于石墨烯基底上的方法，其特征在于：所述步骤(3)中琼脂糖凝胶溶液的浓度为1.0％-8.0％，加热温度为45℃-60℃。
5.根据权利要求1所述的基于戊二醛将酶固定于石墨烯基底上的方法，其特征在于：所述石墨烯为氧化石墨烯。
6.根据权利要求5所述的基于戊二醛将酶固定于石墨烯基底上的方法，其特征在于：所述氧石墨烯可以通过将可膨胀石墨放置在坩埚内进行微波处理后加入到分散剂中进行超声处理得到浆料，然后对浆料进行离心处理，浆料分为上下两层，去掉上层清液，制备得到氧化石墨烯。
7.一种检测电极，其特征在于：其包括电极以及设在电极上采用权利要求1-6任一方法所制得的酶。
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