CN113481192A - 一种基于金属氧化物和金属氢氧化物功能化碳材料的固定化酶的方法 - Google Patents

一种基于金属氧化物和金属氢氧化物功能化碳材料的固定化酶的方法 Download PDF

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雷呈宏
陈明
王秋平
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Abstract

本发明公开了一种基于金属氧化物和金属氢氧化物功能化碳材料的固定化酶的方法。为了克服现有固定化酶技术中存在的缺陷，通过金属氧化物和金属氢氧化物吸附在碳材料表面的方式，对碳材料进行功能化，必要时并进一步地引入功能化集团，将功能化后的碳材料作为固定化酶的载体，以吸附或共价的方式获得固定化的酶。本发明，基于金属氧化物和金属氢氧化物来功能化碳材料，既保留了碳材料很强的吸附力，又能保护酶的蛋白质结构，起到维持和增强酶活性的作用。本方法具有操作简易、程序简单、专一活性高等优点。

Description

一种基于金属氧化物和金属氢氧化物功能化碳材料的固定化 酶的方法
技术领域
本发明涉及固定化酶的技术领域，具体涉及基于金属氧化物和金属氢氧化物功能化碳材料的固定化酶方法。
背景技术
酶是一种生物大分子蛋白质，它可以在常温常压的条件下参与各种催化反应，是一种高效的催化剂。这种生物催化剂具有催化条件要求低、具有专一性和催化进程快等特点。因此，酶已被广泛运用于各个行业和领域，包括环境监测、临床诊断、加工食品以及生物化工等。然而酶在溶液中的稳定性差，而且难于重复和长期使用。固定化酶技术是通过选择一些具有优异的物理化学性质的不溶性材料，这种材料需要具有较大的孔径或者具有很强的吸附力等特点，最后将酶紧密结合在不溶性材料的内部或者表面实现固定化。随着固定化酶技术的发展，固定化酶的优势也开始体现了出来。与溶液酶相比，其稳定性和对环境变化的耐受能力得到提高，其应用范围更加宽广。
传统的固定化酶的方法有吸附法、共价结合法和包埋法等。碳材料由于很强的吸附力，经常被当作固定化酶的载体材料进行研究，但是由于碳材料吸附力太强，往往导致酶的蛋白质结构发生变化，导致酶活性的降低甚至失活。本专利基于不同金属氧化物和金属氢氧化物，通过金属氧化物和金属氢氧化物吸附在碳材料表面的方式，对碳材料进行功能化，必要时进一步地引入功能化集团，将功能化的碳材料作为固定化酶的载体材料，既保留了碳材料很强的吸附力，又能保护酶的蛋白质结构，起到维持和增强酶活性的作用。
发明内容
为了克服现有固定化酶技术中存在的缺陷，通过金属氧化物和金属氢氧化物来功能化碳材料，必要时还可进一步地引入功能化集团，将功能化后的碳材料作为固定化酶的载体，以吸附或共价的方式获得固定化的酶。本发明，既保留了碳材料很强的吸附力，又能保护酶的蛋白质结构，起到维持和增强酶活性的作用。本方法具有操作简易、程序简单、专一活性高等优点。
进一步地，所述的金属氧化物包括但不限于以下各种金属氧化物：氧化钛，氧化铁，氧化亚铁，氧化钒，氧化锌，氧化铝，氧化镁等，以及它们中两种和两种以上的混合物；
进一步地，所述的金属氢氧化物包括但不限于以下各种金属氢氧化物：氢氧化钛，氢氧化铁，氢氧化亚铁，氢氧化钒，氢氧化锌，氢氧化铝，氢氧化镁等，以及它们中两种和两种以上的混合物；
进一步地，所述的金属氧化物和金属氢氧化物包括但不限于上述各种金属氧化物和金属氢氧化物的两种和两种以上的混合物；
进一步地，所述的功能化方法指金属氧化物和金属氢氧化物作为功能化试剂，以吸附的方式，将碳材料表面功能化，其功能化的表面可以进一步引入功能化集团包括但不限于氨基，羧基，磺酸基，巯基，氰基，羟基等，以及它们中两种和两种以上的功能化集团.其中碳材料表面被功能化试剂覆盖或部分覆盖；
进一步地，所述的以金属氧化物和金属氢氧化物功能化的碳材料表面进一步引入功能化集团的方法，包括但不限于使用带有氨基，羧基，磺酸基，巯基，氰基，羟基的硅烷化试剂等；
进一步地，所述酶包括生物酶或人工模拟酶，包括但不限于各种氧化还原酶、水解酶、脱氢酶等，其中包括但不限于溶壁酶、溶菌酶、酵母裂解酶、葡萄糖氧化酶、过氧化物酶等。部分酶的列表，见附件；
进一步地，所述固定化的酶包括固定化的生物酶或人工模拟酶，包括但不限于各种氧化还原酶、水解酶、脱氢酶等，其中包括但不限于溶壁酶、溶菌酶、酵母裂解酶、葡萄糖氧化酶、过氧化物酶等。部分酶的列表，见附件；
进一步地，所述酶的固定化方法指酶以吸附或共价的方式固定在上述功能化的碳材料上。
附图说明
图1是本发明的用氧化钛功能化碳纳米管固定化溶壁酶的结果图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例，对溶壁酶固定在氧化钛功能化碳材料上的表观活性比较(溶壁酶,lyticase:0.03mg)，工作缓冲溶液：pH7.4，10毫摩尔/升磷酸盐，含0.9％氯化钠。
使用碳纳米管直接固定化溶壁酶时，会破坏溶壁酶的二级结构，导致溶壁酶的失活。通过使用了二氧化钛来功能化碳纳米管，并让二氧化钛功能化的碳纳米管以吸附的方式固定化溶壁酶。二氧化钛既保留了碳纳米管很强的吸附力，又改变了碳纳米管表面的微观结构和保护了酶的蛋白质结构，二氧化钛起到了协同和增强溶壁酶的活性的作用。

Claims (10)

1.一种基于金属氧化物和金属氢氧化物功能化碳材料的固定化酶的方法，其特征在于，具体步骤为：
(1)本专利所述基于金属氧化物和金属氢氧化物功能化碳材料的固定化酶的方法，是将金属氧化物和金属氢氧化物作为功能化试剂，以吸附的方式，将碳材料表面功能化，必要时进一步地引入功能化集团，其中碳材料表面被功能化试剂覆盖或部分覆盖；
(2)酶以吸附或共价的方式被固定在(1)中所述的功能化的碳材料上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碳材料包括但不限于碳纳米管，石墨烯，石墨炔，多孔碳，活性碳，碳纤维。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属氧化物和金属氢氧化物包括但不限于以下各种金属氧化物：氧化钛，氧化铁，氧化亚铁，氧化钒，氧化锌，氧化铝，氧化镁等，以及它们中两种和两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属氢氧化物包括但不限于以下各种金属氢氧化物：氢氧化钛，氢氧化铁，氢氧化亚铁，氢氧化钒，氢氧化锌，氢氧化铝，氢氧化镁等，以及它们中两种和两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属氧化物和金属氢氧化物包括但不限于上述各种金属氧化物和金属氢氧化物的两种和两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的功能化方法指金属氧化物和金属氢氧化物作为功能化试剂，以吸附的方式，将碳材料表面功能化，其功能化的表面可以进一步引入功能化集团包括但不限于氨基，羧基，磺酸基，巯基，氰基，羟基等，以及它们中两种和两种以上的功能化集团.其中碳材料表面被功能化试剂覆盖或部分覆盖。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的以金属氧化物和金属氢氧化物功能化的碳材料表面进一步引入功能化集团的方法，包括但不限于使用带有氨基，羧基，磺酸基，巯基，氰基，羟基的硅烷化试剂等。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的酶包括生物酶或人工模拟酶。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的固定化酶包括固定化的生物酶或人工模拟酶。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的固定化酶为单一酶或多种酶联合使用。
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