CN109913440A - 一种通过压力合成生物酶/MOFs复合功能材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通过压力合成生物酶/MOFs复合功能材料的方法，包括以下步骤：将MOFs与生物酶混合后，通过轴向压力作用，得到MOFs颗粒与生物酶的自组装复合材料；将上述自组装复合材料置于溶剂或者含有该溶剂的蒸汽中；将上述溶剂或者含有该溶剂的蒸汽的温度升至25‑50℃，保温时间为5‑120h，之后经过后处理，得到所述染料/MOFs复合功能材料。该方法得到的复合功能材料中，生物酶在MOFs材料中负载率高，且方法简单易行，能充分发挥生物酶的活性，同时也能起到对酶的保护作用。
Description
技术领域
本发明涉及多功能配位聚合物复合材料领域，具体涉及一种通过压力合成生物酶/MOFs复合功能材料的方法。
背景技术
酶是由活细胞产生的，对其底物具有高度特异性和高度催化效能的蛋白质或RNA。酶的催化作用主要依赖于酶分子的一级结构及空间结构的完整，若酶分子变性或亚基解聚均可导致酶活性丧失，所以尽管其具有高效性，特异性，可调节性，但是其不稳定性也是目前急需解决的问题之一。我们选择的葡萄糖氧化酶(GOx)可以除去食品和容器中的氧，从而有效地防止食物的变质，因此可以应用于茶叶、冰淇淋、奶粉、啤酒、果酒及其他饮料制品的包装中。在医学诊断、动物养殖与疾病防治方面也具有重要的作用。而辣根过氧化物酶(HRP)是临床检验试剂中常用的酶，具有比活性高，分子量小，容易制备等突出优势。
针对游离的酶容易失活的不足，目前可以采用MOFs等材料加以固定的方法增加其稳定性与活性。固定化处理后的葡萄糖氧化酶/辣根过氧化物酶稳定性较好，不易失活，能够重复使用，并且在反应后更易与产品分离。
但是，生物酶的尺寸一般在纳米级别，但是MOFs材料，例如ZIF-8的孔道为生物酶无法直接被封装在ZIF-8里面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有蛋黄蛋壳结构的金属有机骨架复合材料及其制备方法，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。
本发明提供一种通过压力合成生物酶/MOFs复合功能材料的方法，包括以下步骤：
α1、将MOFs与生物酶混合后，通过轴向压力作用，得到MOFs颗粒与生物酶的自组装复合材料；
α2、将上述自组装复合材料置于溶剂或者含有该溶剂的蒸汽中；
α3、将上述溶剂或者含有该溶剂的蒸汽的温度升至25-50℃，保温时间为5-120h，之后经过后处理，得到所述染料/MOFs复合功能材料。
在一些实施方式中，MOFs为ZIF-8或ZIF-67
在一些实施方式中，生物酶为葡萄糖氧化酶或过氧化氢酶中的至少一种。
在一些实施方式中，溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇，N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基已酰胺或二甲基亚砜中的至少一种。
在一些实施方式中，步骤α1中，通过轴向压力作用，实现MOFs颗粒与生物酶的自组装的方法包括以下步骤：
将混合后的MOFs与生物酶放置于红外压片机的腔体中，敲击腔壁使其均匀的附着在红外压片机圆片的底部，之后对其施加压力，所述压力不低于1364MPa。
在一些实施方式中，步骤α1中，所述MOFs与生物酶的按质量比1:1-20:1进行混合。
在一些实施方式中，步骤α1中，还包括：将MOFs与生物酶混合后进行研磨。
在一些实施方式中，步骤α3中的后处理包括：将溶液进行离心分离、洗涤，最后再干燥。
在一些实施方式中，MOFs经过100-140℃下真空干燥10-14h进行活化。
有益效果：
本发明实施例运用较为简单温和的方法构建了一种染料/MOFs复合功能材料。该方法一方面有利于提高生物酶的负载率，另一方面也使得大于MOFs孔道的生物酶也可以被包覆在MOFs材料的孔道之中，从而摆脱了合成MOFs复合材料时孔道限域性的影响，最终实现了MOFs与生物酶的协同作用。该方法包覆的生物酶具有较高的负载率，同时在催化的过程中也展现了较好的稳定性。
且本发明通过压力合成生物酶/MOFs复合功能材料，达到协同作用，扩展了应用范围，实现生物酶/MOFs材料的功能化应用。例如可以应用于催化，传感，生物医药等方面。
附图说明
图1为恢复后生物酶/ZIF-8的TEM图；
图2为实例1压片后和恢复后的生物酶/ZIF-8酶活性数据图；
图3为在蛋白酶溶液和EDTA溶液处理后的游离酶，压片后的酶/ZIF-8复合材料以及恢复后的ZIF-8复合材料的酶活性的数据图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例只是用于更加清楚地说明本发明的性能，而不能仅局限于下面的实施例。
实施例1
制备MOFs材料(以ZIF-8为例)：
称取2-甲基咪唑(22.7g，0.28mol)溶于8ml水中(0.03mol mL-1)。称取Zn(NO3)2·6H2O(1.17g，3.9mmol)，溶于80ml水中(0.049mmol mL-1)。分别超声溶液由浑浊至澄清透明，将Zn(NO3)2·6H2O水溶液倒入2-甲基咪唑水溶液中，溶液瞬间变成白色乳状物，搅拌5分钟，转速600rpm。然后用离心管将白色乳液离心下来，超声几分钟，用水洗3次，然后放在真空干燥箱里120℃活化得到十二面体100nm尺寸的ZIF-8。制备HRP-GOx/ZIF-8复合材料：
称取90mg活化后的ZIF-8材料，再分别称取5mg葡萄糖氧化酶(GOx)以及5mg辣根过氧化物酶(HRP)，充分混合后每次取20mg放入到红外压片机的腔体中，敲击腔壁使其均匀的附着在圆片底部，对其施加30MPa(表压，实际压强为1364MPa)的压力，5分钟后撤去压力，退模之后能明显看到材料变成红棕色圆片，备用，记为压片后生物酶/ZIF-8。
取部分压片后的复合材料，放在甲醇蒸汽，之后将甲醇蒸汽的温度升至25℃保持48h，备用，记为恢复后生物酶/ZIF-8。所得到的产物通过图1透射电子显微镜(TEM)可见。
性能测试：
取20mg压片后生物酶/ZIF-8，以及恢复后生物酶/ZIF-8，放入6mM 2,2’-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)的pH 7.4磷酸缓冲溶液中(PBS)。再分别加入少量葡萄糖，以保证葡萄糖浓度为1mM，2mM，2.5mM，4mM以及6mM。将变色后的溶液用水溶液稀释后，通过紫外以及朗伯比尔定律来检测不同浓度条件下，压片后生物酶/ZIF-8和恢复后生物酶/ZIF-8活性对比。
从图2可知，通过实验发现，在轴向压力的作用下，压力不仅不会使酶失活，而且使得酶在MOFs的保护下，且恢复后生物酶/ZIF-8的大部分酶仍然能够保持较高的活性。这也表明在蒸汽中恢复MOF的孔道可以增加复合材料的传质速率，提高反应物与催化剂的接触位点，最大程度上增强生物酶和MOFs的协同作用。
压片后生物酶/ZIF-8和恢复后生物酶/ZIF-8在抑制剂处理24小时后的酶活性对比实验：
取20mg压片后生物酶/ZIF-8，以及恢复后生物酶/ZIF-8，分别放入1mg/ml蛋白酶和1wt％乙二胺四乙酸(EDTA)中处理24小时。之后倒掉溶液，放入6mM 2,2’-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)的pH 7.4的磷酸缓冲溶液中(PBS)。再加入少量葡萄糖，以保证葡萄糖浓度为1mM。将变色后的溶液用水溶液稀释后，通过紫外以及朗伯比尔定律来检测不同浓度条件下，压片后生物酶/ZIF-8和恢复后生物酶/ZIF-8活性对比。
从图3可知，游离酶经过蛋白酶处理以后失去了大约60％的酶活性，而经过乙二胺四乙酸处理以后失去了大约90％的酶活性，而压片后生物酶/ZIF-8经过蛋白酶和乙二胺四乙酸处理以后仅仅失去了10％和60％的酶活性，这是由于大部分酶被包埋在了MOF纳米粒子的间隙中。
恢复后生物酶/ZIF-8经过蛋白酶和乙二胺四乙酸处理以后，测试结果表明酶的活性几乎没有损失。因此，压力诱导恢复的过程使得酶的活性保持的同时，也利用MOF的孔道保护了酶免受酶抑制剂的侵害。
本发明提供的实施方案中的生物酶在MOFs材料中负载率高，且方法简单易行，能充分发挥生物酶的活性，同时也能起到对酶的保护作用。
以上表述仅为本发明的优选方式，应当指出，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种通过压力合成生物酶/MOFs复合功能材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
α1、将MOFs与生物酶混合后，通过轴向压力作用，得到MOFs颗粒与生物酶的自组装复合材料；
α2、将上述自组装复合材料置于溶剂或者含有该溶剂的蒸汽中；
α3、将上述溶剂或者含有该溶剂的蒸汽的温度升至25-50℃，保温时间为5-120h，之后经过后处理，得到所述染料/MOFs复合功能材料。
2.根据权利要求1所述的一种通过压力合成生物酶/MOFs复合功能材料的方法，其特征在于，所述MOFs为ZIF-8或ZIF-67。
3.根据权利要求1所述的一种通过压力合成生物酶/MOFs复合功能材料的方法，其特征在于，所述生物酶为葡萄糖氧化酶或过氧化氢酶中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种通过压力合成生物酶/MOFs复合功能材料的方法，其特征在于，所述溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇，N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基已酰胺或二甲基亚砜中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种通过压力合成生物酶/MOFs复合功能材料的方法，其特征在于，所述步骤α1中，通过轴向压力作用，实现MOFs颗粒与生物酶的自组装的方法包括以下步骤：
将混合后的MOFs与生物酶放置于红外压片机的腔体中，敲击腔壁使其均匀的附着在红外压片机圆片的底部，之后对其施加压力，所述压力不低于1364MPa。
6.根据权利要求1所述的一种通过压力合成生物酶/MOFs复合功能材料的方法，其特征在于，所述步骤α1中，所述MOFs与生物酶的按质量比1:1-20:1进行混合。
7.根据权利要求1所述的一种通过压力合成生物酶/MOFs复合功能材料的方法，其特征在于，所述步骤α1中，还包括：将MOFs与生物酶混合后进行研磨。
8.根据权利要求1所述的一种通过压力合成生物酶/MOFs复合功能材料的方法，其特征在于，所述步骤α3中的后处理包括：将溶液进行离心分离、洗涤，最后再干燥。
9.根据权利要求1所述的一种通过压力合成Pt/MOFs复合功能材料的方法，其特征在于，所述步骤α1中，所述MOFs经过100-140℃下真空干燥10-14h进行活化。
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| CN201910241925.8A CN109913440A (zh) | 2019-03-27 | 2019-03-27 | 一种通过压力合成生物酶/MOFs复合功能材料的方法 |
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| CN201910241925.8A Pending CN109913440A (zh) | 2019-03-27 | 2019-03-27 | 一种通过压力合成生物酶/MOFs复合功能材料的方法 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111494339A (zh) * | 2020-04-24 | 2020-08-07 | 东南大学 | 癌细胞膜仿生纳米反应器agz@cm在制备抗癌药物中的应用 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN106117593A (zh) * | 2016-06-16 | 2016-11-16 | 南京工业大学 | 一种制备纳米材料@金属有机骨架材料的方法 |
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-
2019
- 2019-03-27 CN CN201910241925.8A patent/CN109913440A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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| CN115646542A (zh) * | 2022-09-26 | 2023-01-31 | 齐鲁师范学院 | 一种具有类过氧化物酶活性的复合催化剂及其应用 |
| CN115646542B (zh) * | 2022-09-26 | 2024-05-03 | 齐鲁师范学院 | 一种具有类过氧化物酶活性的复合催化剂及其应用 |
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