[發明專利]酶/氧化石墨烯功能型雜化納米復合物及其制備方法

有效

• 申請號: 201410412701.6
• 申請日: 2014-08-21
• 公開（公告）號: CN104164414B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 張亞濤;劉金盾;段林林;董冠英;申亦佳
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: C12N9/96
• 分類號: C12N9/96;C12N9/36;C12N9/02;C12N9/16
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務所(普通合伙)41117
• 代理人: 楊妙琴

技術領域

本發明屬于新材料技術領域，具體涉及一種酶/氧化石墨烯功能型雜化納米復合物及其制備方法。

背景技術

酶是一類具有生物催化功能的生物大分子，是一種生物催化劑，其反應速度快，選擇特異性強，能完成復雜的反應過程，且反應條件溫和，工藝簡單，污染小。因此生物酶已經在醫藥、工業、食品、飼料、環保、能源等多領域得到廣泛應用。然而，酶作為生物催化劑，它的生物活性常常在應用過程中喪失，導致不可恢復性的酶失活，其穩定性和重復利用率也很低。酶固定能克服一定的缺陷，但可能造成酶的構象變化，從而在一定程度上導致酶活降低，且重復利用性很弱。很多酶的生產過程不易，價格昂貴，因此，增強酶活、提高酶的穩定性和重復利用率就顯得格外重要。

氧化石墨烯（graphene oxide，GO）是石墨烯的氧化物，氧化石墨烯薄片是石墨粉末經化學氧化后的產物，它的單原子層可以在橫向尺寸上擴展，其結構超越了一般化學和材料科學的尺度。因此，GO被視為一種非傳統型態材料，是一種性能極其優越的新型碳材料，其比表面積較高且表面具有豐富的官能團，比如羰基、羥基、羧基和酚羥基。GO因其在熱學、光學、機械力學等方面優越的表現及其突出的納米結構，21世紀以來吸引了眾多研究人員參與研究。其中，氧化石墨烯復合材料備受關注，包括聚合物類復合材料和無機物類復合材料等。改性的GO及其復合材料在能量儲存、傳感器、有機電化學、材料科學等眾多領域均具有深遠意義。

無機材料的納米花已經在催化和分析科學中得到廣泛應用，但是有機-無機材料的雜化納米花是2012年Ge等首次發現的，這種酶-無機雜化材料可提高酶活，提高酶穩定性和重復利用性。

從目前的文獻報道可以將酶-無機雜化納米花的研究分為以下幾類：

①機理的研究

有機-無機材料的雜化納米花是2012年J. Ge（Protein-inorganic hybrid nanoflowers, Nature nanotechnology, 2012, 7, 428-432）等首次發現的，研究表明大多數酶與磷酸銅晶體雜化后的復合物呈現出“花朵”狀的納米結構，其復合物中酶的活性也都有不同程度的提高，并進一步比較了不同酶與無機材料（磷酸銅晶體）雜化納米花的結構及酶活的提高，解釋了在雜化復合材料中各個成分所起到的作用。最初磷酸銅晶體形成，蛋白質骨架上的氨基和銅離子結合形成主要的成核位點，之后大量的蛋白質分子和晶體在成核位點形成，最后，非均質的生長形成花一樣的結構。此外，分析比較了不同酶形成的納米花。

②實驗條件的研究

L. B. Wang 等人 (A New Nanobiocatalytic System Based on Allosteric Effect with Dramatically Enhanced Performance, Journal of the American Chemical Society, 2013, 135, 1272-1275) 在J.Ge的基礎上詳細分析了各種條件對酶-無機材料納米花的影響，主要包括緩沖液的濃度、pH、酶的濃度、金屬離子的濃度。結果發現不同的實驗條件下得到不同的納米結構：納米花、納米片、平行六面體，同時還證明了納米花中除了酶活增加以外，其穩定性和重復利用率也大大提高。K. Ghosh (Temperature-dependent morphology of hybrid nanoflowers from elastin-like polypeptides, APL Materials, 2014, 2, 021101)研究了溫度對納米花的影響，發現不同的溫度對納米花的結構有很大影響。

③ 多酶的研究

J. Sun 等人(Multi-enzyme co-embedded organic-inorganic hybrid nanoflowers: synthesis and application as a colorimetric sensor, Nanoscale, 2014, 6, 255-262) 研究了多酶-無機材料雜化納米花，其實驗中復合物由兩種不同的酶和無機成分復合得到。

綜上所述，就酶-無機雜化納米材料而言，目前研究還處于探索階段，主要的研究是圍繞單一的酶-無機雜化納米花。氧化石墨烯作為新型的無機材料雖然具有很好的性能，在酶固定中也有研究，但將酶-無機雜化材料和氧化石墨烯結合起來的研究還未見報道。

發明內容