CN111111783A - 基于三聚氰胺海绵负载zif-氯化血红素封装方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供基于三聚氰胺海绵负载ZIF‑氯化血红素封装方法，包括以下步骤：1)将金属盐、氯化血红素溶于乙醇中，于室温下搅拌，加入咪唑作为有机配体，反应；2)将所述步骤1)得到的产物离心，用乙醇进行洗涤，得到黑色产物，在烘箱中于40℃～80℃进行烘干，得到负载ZIF的氯化血红素材料；3)将所述步骤2)得到的负载ZIF的氯化血红素材料负载于多块三聚氰胺海绵上，形成基于三聚氰胺海绵负载ZIF‑氯化血红素的三维网状纳米材料。本发明提供的合成方法简单易行，其可以保持ZIF材料的形貌和结晶度，具有优异的催化和循环性能。由此产生的新型纳米材料为封装酶提供了新的途经。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料领域，具体涉及基于三聚氰胺海绵负载ZIF材料的氯化血红素封装方法及其应用。
背景技术
酶(enzyme)作为生物催化剂，优点非常鲜明，活性高、特异性好、反应条件温和；不过它们的缺点也一样鲜明，化学稳定性及热稳定性差、容易失活、分离纯化困难、成本高、普适性差。此前工业级的酶催化应用，大多不会直接使用分离纯化的酶，而是使用包含这些酶的细胞(包括基因工程菌或者动物细胞等)，这就造成了极大的限制。无细胞生物合成技术是生物技术的一个新型领域，探索的正是如何在不使用活细胞的情况下基于酶的反应路径，这种技术更加开放，更简单，系统可以按需设计，可控制性也更好。不过，为酶找到合适的生物相容性载体，在保护酶不失活且保证酶可重复回收利用的同时，还能不损害酶的催化活性和选择性，却一直是个挑战。金属有机框架(MOFs)作为发展迅速的高结晶性多孔材料，在诸多领域都有广泛应用。近来发现的一些水溶液中稳定的MOFs材料作为酶的载体，表现出了很高的负载率和优异的酶固定化效果。由于MOFs材料结构可调，这使得它们很有希望成为无细胞酶反应体系的理想载体。
目前基于MOFs的固定策略通常需要预先对MOFs孔道进行合理的设计，通过渗透的方式将生物大分子固定于预先合成的MOFs孔道。这种常用的固定策略存在：1)加载效率低；2)构象限制弱和3)依赖孔道尺寸等缺点。从头合成的“一锅封装”策略(如仿生矿化)可有效地克服上述的缺点，但生物大分子的表面化学性质影响MOFs在蛋白质周围的预先成核，决定了封装的成功率。当今，发展对生物大分子具有普遍适用性的高效封装方法仍是挑战。
然而，封装酶的MOFs材料是一种纳米材料，使其难以与水溶液分离，容易引起团聚。三聚氰胺海绵(MS)作为底物因其低成本、低密度、高孔隙度、良好的柔韧性、易改性等特点而受到广泛关注。制备后的三聚氰胺基纳米酶复合材料结合了模板和纳米酶材料的优点，表现出优异的催化和循环性能。
发明内容
本发明针对上述缺陷，提供一种具有优异的催化和循环性能的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装方法及其应用。
本发明提供如下技术方案：基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装方法，包括以下步骤：
1)将1g～1.5g金属盐、0.2g～0.3g氯化血红素溶于20ml乙醇中，于室温下搅拌20min～40min，加入0.7g～0.9g咪唑作为有机配体，反应4h；
2)将所述步骤1)得到的产物离心，用乙醇进行洗涤，得到黑色产物，在烘箱中于40℃～80℃进行烘干，得到负载ZIF的氯化血红素材料；
3)将所述步骤2)得到的负载ZIF的氯化血红素材料负载于多块三聚氰胺海绵上，形成基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素的三维网状纳米材料。
进一步地，所述步骤3)中称取1.0g～1.5g负载ZIF的氯化血红素材料，分散于100ml～150ml无水乙醇中，得到混合溶液，将所述三聚氰胺海绵材料块浸没于所述混合溶液，超声波反应2h～3h，然后于80℃～100℃下冷凝回流反应，然后用无水乙醇离心洗涤2次～3次，于60℃～80℃下真空干燥，得到基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素的三维网状纳米材料。
进一步地，所述冷凝回流反应时间为4.5h～6h；所述离心转速为300rpm～500rpm。
进一步地，所述金属盐为Zn(NO3)2·6H2O；所述咪唑为2-甲基咪唑。
进一步地，所述三聚氰胺材料块的数量为3-7；三聚氰胺材料块的体积为(1cm～3cm)×(1cm～3cm)。
进一步地，所述金属盐的质量为1.0g。
进一步地，所述氯化血红素的质量为0.25g。
进一步地，所述咪唑的质量为0.8g。
进一步地，所述步骤2)的烘干温度为60℃。
进一步地，所述三维网状材料被应用于还原剂的催化氧化。
本发明还提供基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装得到的三维网状材料的应用，所述三维网状材料被应用于还原剂的催化氧化。
本发明的有益效果为：合成方法简单易行，其可以保持ZIF材料的形貌和结晶度，具有优异的催化和循环性能。由此产生的新型纳米材料为封装酶提供了新的途经。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明提供的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装得到的三维网状材料的扫描电镜图；
图2为本发明提供的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装得到的三维网状材料的催化效果对比图；
图3位本发明提供的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装得到的三维网状材料的循环效果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装方法，包括以下步骤：
1)将1.0g Zn(NO3)2·6H2O、0.2g氯化血红素溶于20ml乙醇中，于室温下搅拌20min，加入0.7g 2-甲基咪唑作为有机配体，反应4h；
2)将所述步骤1)得到的产物离心，用乙醇进行洗涤，得到黑色产物，在烘箱中于40℃烘干，得到负载ZIF的氯化血红素材料；
3)将所述步骤2)得到的负载ZIF的氯化血红素材料负载于3块三聚氰胺海绵上，具体为中称取1.0g负载ZIF的氯化血红素材料，分散于100ml无水乙醇中，得到混合溶液，将所述三聚氰胺海绵材料块浸没于所述混合溶液，超声波反应2h，然后于80℃下冷凝回流反应4.5h，然后用无水乙醇以300rpm的转速离心洗涤2次，于60℃下真空干燥，得到基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素的三维网状纳米材料。
实施例2
本实施例提供的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装方法，包括以下步骤：
1)将1.2g Zn(NO3)2·6H2O、0.25g氯化血红素溶于20ml乙醇中，于室温下搅拌30min，加入0.8g 2-甲基咪唑作为有机配体，反应4h；
2)将所述步骤1)得到的产物离心，用乙醇进行洗涤，得到黑色产物，在烘箱中于60℃进行烘干，得到负载ZIF的氯化血红素材料；
3)将所述步骤2)得到的负载ZIF的氯化血红素材料负载于5块三聚氰胺海绵上，具体为称取1.2g负载ZIF的氯化血红素材料，分散于120ml无水乙醇中，得到混合溶液，将三聚氰胺海绵材料块浸没于混合溶液，超声波反应2.5h，然后于90℃下冷凝回流反应5.0h，然后用无水乙醇以400rpm的转速离心洗涤3次，于70℃下真空干燥，得到基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素的三维网状纳米材料。
实施例3
本实施例提供的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装方法，包括以下步骤：
1)将1.5g Zn(NO3)2·6H2O、0.3g氯化血红素溶于20ml乙醇中，于室温下搅拌40min，加入0.9g 2-甲基咪唑作为有机配体，反应4h；
2)将所述步骤1)得到的产物离心，用乙醇进行洗涤，得到黑色产物，在烘箱中于80℃进行烘干，得到负载ZIF的氯化血红素材料；
3)将所述步骤2)得到的负载ZIF的氯化血红素材料负载于7块三聚氰胺海绵上，本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤3)中称取1.5g负载ZIF的氯化血红素材料，分散于150ml无水乙醇中，得到混合溶液，将三聚氰胺海绵材料块浸没于混合溶液，超声波反应3h，然后于100℃下冷凝回流反应6h，然后用无水乙醇以500rpm的转速离心洗涤3次，于80℃下真空干燥，得到基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素的三维网状纳米材料；所述冷凝回流反应时间为4.5h～6h。
实施例4
将实施例3所得到的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素的三维网状纳米材料溶于蒸馏水中，形成浓度为100mg/L的三维网状纳米催化材料溶液，加入含有0.8mmol/L的3,3',5,5'-四甲基联苯胺的H2O2溶液，H2O2溶液的浓度为10mmol/L，将得到的三维网状纳米催化材料应用于H2O2存在条件下的3,3',5,5'-四甲基联苯胺的氧化。
对比例1
将与实施例4相同浓度的，即100mg/L的负载ZIF-氯化血红素的纳米材料、氯化血红素纳米材料、ZIF纳米材料分别加入浓度为0.8mmol/L3,3',5,5'-四甲基联苯胺的H2O2溶液，H2O2溶液的浓度为10mmol/L，测量实施例3与对比例1中各种纳米材料的吸收值与波长，进行对比分析。结果见图2。
由图2可知，采用本发明方法制备的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素具有良好的催化性能。
对比例2
将与实施例4相同浓度的，即100mg/L的负载ZIF-氯化血红素的纳米材料、氯化血红素纳米材料、ZIF纳米材料分别加入浓度为0.8mmol/L3,3',5,5'-四甲基联苯胺的H2O2溶液，H2O2溶液的浓度为10mmol/L，测量实施例3与对比例2中各种纳米材料的循环次数与相对活性，结果见图3。
由图3可知，采用本发明方法制备的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素具有良好的循环性能。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将1g～1.5g金属盐、0.2g～0.3g氯化血红素溶于20ml乙醇中，于室温下搅拌20min～40min，加入0.7g～0.9g咪唑作为有机配体，反应4h；
2)将所述步骤1)得到的产物离心，用乙醇进行洗涤，得到黑色产物，在烘箱中于40℃～80℃进行烘干，得到负载ZIF的氯化血红素材料；
3)将所述步骤2)得到的负载ZIF的氯化血红素材料负载于多块三聚氰胺海绵上，形成基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素的三维网状纳米材料。
2.根据权利要求1所述的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装方法，其特征在于，所述步骤3)中称取1.0g～1.5g负载ZIF的氯化血红素材料，分散于100ml～150ml无水乙醇中，得到混合溶液，将所述三聚氰胺海绵材料块浸没于所述混合溶液，超声波反应2h～3h，然后于80℃～100℃下冷凝回流反应，然后用无水乙醇离心洗涤2次～3次，于60℃～80℃下真空干燥，得到基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素的三维网状纳米材料。
3.根据权利要求2所述的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装方法，其特征在于，所述冷凝回流反应时间为4.5h～6h；所述离心转速为300rpm～500rpm。
4.根据权利要求1所述的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装方法，其特征在于，所述金属盐为Zn(NO3)2·6H2O；所述咪唑为2-甲基咪唑。
5.根据权利要求1所述的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装方法，其特征在于，所述三聚氰胺材料块的数量为3-7；三聚氰胺材料块的体积为(1cm～3cm)×(1cm～3cm)。
6.根据权利要求1-5任一所述的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装方法，其特征在于，所述金属盐的质量为1.0g。
7.根据权利要求1-5任一所述的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装方法，其特征在于，所述氯化血红素的质量为0.25g。
8.根据权利要求1-5任一所述的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装方法，其特征在于，所述咪唑的质量为0.8g。
9.根据权利要求1-5任一所述的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装方法，其特征在于，所述步骤2)的烘干温度为60℃。
10.根据权利要求1所述的基于三聚氰胺海绵负载ZIF-氯化血红素封装得到的三维网状材料的应用，其特征在于，所述三维网状材料被应用于还原剂的催化氧化。
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