CN111303491B - 细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料的制备方法。所述方法采用聚合多巴胺对细菌纤维素进行修饰得到细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料。本发明方法在室温下即可实现，无需添加有毒易挥发的有机溶剂，方法简单，操作容易，适于大规模生产以及应用。本发明制得的复合纳米材料能够作为载体在无需活化的条件下对酶进行固定，具有固定化效率高、酶固定量大、活性回收率及稳定性高的特点。

Description

细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料的制备方法。
背景技术
细菌纤维素是微生物发酵合成的多孔性纳米级天然高分子材料，其中纤维素含量超过99％。细菌纤维素是由纳米纤维素组成的三维网状机构，具有孔隙率高、机械性能强、结晶度和聚合度高、成形性良好等特点，且生物相容性好，因而可以成为绿色安全的酶固定化载体。然而细菌纤维素表面缺乏能够和酶有效结合的官能团，如果直接利用其作为载体进行固定化，会导致固定化酶稳定性较差且固定量较少等问题。为了实现利用细菌纤维素作为载体进行酶固定化的目标，需要对细菌纤维素进行改性从而使其表面接枝上具有反应活性的基团，从而实现酶的固定化。目前常用的对细菌纤维素进行表面修饰方法对纤维素结构影响较大，且操作过程复杂，往往需要较高的温度和较多的有机溶剂，会引入过量的反应物和催化剂及副产物以外的其他试剂，给除杂过程带来了更大的难度，同时为将来制剂的安全性带来隐患。
发明内容
为解决细菌纤维素作为载体固定化酶过程中存在的问题，本发明提供一种细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料的制备方法。所述方法将细菌纤维素与多巴胺混合，制得生物相容性好的细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料。
本发明的技术方案如下：
细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
将清洗干净的细菌纤维素置于0.1～10mg/mL、pH为7.5～11的多巴胺溶液中，混合充分后，制备得到细菌纤维素/聚合多巴胺湿态复合纳米材料。
所述的细菌纤维素的形状可以为片状、球状、块状、丝状、纤维状等。
所述的多巴胺溶液为多巴胺的Tris-HCl缓冲溶液，采用氢氧化钠、氨水、氨气、尿素或碳酸钠等中的一种或多种调节pH至7.5～11。
优选地，所述的混合时间为5min～24h。
优选地，所述的混合温度为10℃～90℃。
优选地，所述的混合方式可以为静置、搅拌、振荡等。
本发明还提供上述制备方法得到的细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料。
进一步地，本发明还提供上述细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料在酶的固定化中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明制备工艺简单，反应条件温和，且制备的复合材料生物相容性好，在无需活化的条件下就可对酶进行高效的固定化。
附图说明
图1是细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料的制备流程图。
图2是实施例1、2、3所得的细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料作对漆酶的固定化效果图，其中0.5h对应实施例1中对应的漆酶固定化量，1h对应实施例2中对应的漆酶固定化量，4h对应实施例3中对应的漆酶固定化量。
图3为实施例1、2所得细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料的X射线衍射图，其中对照为实施例1，2中未经聚合多巴胺改性的细菌纤维素，0.5h对应实施例1中对应的复合纳米材料，1h对应实施例2中对应的复合纳米材料。
图4为实施例1、2所得细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料的傅里叶转换红外光谱，其中对照为实施例1，2中未经聚合多巴胺改性的细菌纤维素，0.5h对应实施例1中对应的复合纳米材料，1h对应实施例2中对应的复合纳米材料。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合附图和较佳的实施例来对本发明做更全面、细致的描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
实施例1
(1)在无菌条件下，将木醋杆菌(acetobacter xylinum)接种于25mL的液体培养基(50g/L果糖，5g/L蛋白胨，1.15g/L酵母提取物，2.3g/L柠檬酸，2.3g/L磷酸二钠)，并置于在32℃条件下进行静态培养48h后，获得种子液。将25mL种子液和100mL液体培养基混合后静态培养120h，然后将获得的细菌纤维素置于0.1M NaOH水溶液中，在80℃的温度下浸泡2h以除去细菌细胞碎片，之后用去离子水洗涤直至pH达到7。
(2)将多巴胺(20mg)加入到75mM Tris-HCl缓冲液中以制备多巴胺溶液(pH8.5，10mL)。然后将细菌纤维素(100mg，干重)加入混合物中。搅拌0.5h后，用漏斗过滤细菌纤维素。为了除去残留的未反应的多巴胺，使用去离子水将细菌纤维素洗涤三次，在4℃的去离子水中储存，即可获得湿态细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料。
实施例2
(1)在无菌条件下，将木醋杆菌(acetobacter xylinum)接种于25mL的液体培养基(50g/L果糖，5g/L蛋白胨，1.15g/L酵母提取物，2.3g/L柠檬酸，2.3g/L磷酸二钠)，并置于在32℃条件下进行静态培养48h后，获得种子液。将25mL种子液和100mL液体培养基混合后静态培养120h，然后将获得的细菌纤维素置于0.1M NaOH水溶液中，在80℃的温度下浸泡2h以除去细菌细胞碎片，之后用去离子水洗涤直至pH达到7。
(2)将多巴胺(20mg)加入到75mM Tris-HCl缓冲液中以制备多巴胺溶液(pH8.5，10mL)。然后将细菌纤维素(100mg，干重)加入混合物中。搅拌1h后，用漏斗过滤细菌纤维素。为了除去残留的未反应的多巴胺，使用去离子水将细菌纤维素洗涤三次，在4℃的去离子水中储存，即可获得湿态细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料。
实施例3
(1)在无菌条件下，将木醋杆菌(acetobacter xylinum)接种于25mL的液体培养基(50g/L果糖，5g/L蛋白胨，1.15g/L酵母提取物，2.3g/L柠檬酸，2.3g/L磷酸二钠)，并置于在32℃条件下进行静态培养48h后，获得种子液。将25mL种子液和100mL液体培养基混合后静态培养120h，然后将获得的细菌纤维素置于0.1M NaOH水溶液中，在80℃的温度下浸泡4h以除去细菌细胞碎片，之后用去离子水洗涤直至pH达到7。
(2)将多巴胺(20mg)加入到75mM Tris-HCl缓冲液中以制备多巴胺溶液(pH8.5，10mL)。然后将细菌纤维素(100mg，干重)加入混合物中。搅拌4h后，用漏斗过滤细菌纤维素。为了除去残留的未反应的多巴胺，使用去离子水将细菌纤维素洗涤三次，在4℃的去离子水中储存，即可获得湿态细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料。
实施例4
漆酶固定化性能测试
将实施例1，2，3所得复合纳米材料作为载体进行漆酶固定化，在4℃下进行固定12h，然后将固定化漆酶通过玻璃滤器过滤并用乙酸钠缓冲液(10mL，pH5)洗涤三次。通过使用Bradford方法在595nm下使用牛血清白蛋白(BSA)作为标准，在固定化后测量酶溶液的蛋白质浓度来确定细菌纤维素上的酶负载量。通过从用于固定化的蛋白质中减去上清液中回收的蛋白质来计算与载体结合的蛋白质的量。其中实施例1，2，3中复合纳米材料的制备以及酶固定化过程如图1所示，酶固定化结果如图2所示。在图2中，对照为实施例1，2，3中未经聚合多巴胺改性的细菌纤维素作为载体的漆酶固定化量，0.5h对应实施例1中对应的漆酶固定化量，1h对应实施例2中对应的漆酶固定化量，4h对应实施例3中对应的漆酶固定化量。结果表明，相比于细菌纤维素，细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料的漆酶的固定化量得到显著提升；同时细菌纤维素与多巴胺混合时间对酶固定化的效果影响较大，混合1h所得的复合材料具有较高的漆酶固定化量。

Claims (1)

1.细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料在漆酶的固定化中的应用，其特征在于，所述的细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料通过以下步骤制备：
将20mg多巴胺加入到10mL 的pH8.5、75mM Tris-HCl缓冲液中以制备多巴胺溶液，然后将干重为100mg的细菌纤维素加入混合物中，搅拌1 h后，用漏斗过滤细菌纤维素，为了除去残留的未反应的多巴胺，使用去离子水将细菌纤维素洗涤三次，在4℃的去离子水中储存，即可获得湿态细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料。
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