專利名稱：：一種生物-無(wú)機(jī)納米雜化材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于固定化酶
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是提供了一種生物-無(wú)機(jī)納米雜化材料的制備方法。
背景技術(shù)：
：生物酶等生物活性物質(zhì)由于在一定的環(huán)境中結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定和價(jià)格昂貴而使應(yīng)用受到限制，無(wú)機(jī)納米材料結(jié)構(gòu)豐富新穎、熱穩(wěn)定性優(yōu)良、表面活性可調(diào)節(jié)、價(jià)格低廉，生物-無(wú)機(jī)納米材料的有效復(fù)合，不僅對(duì)于維持生物大分子的結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，并廣泛參與各種生命過程，是對(duì)傳統(tǒng)固定化酶技術(shù)的發(fā)展，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。由于生物無(wú)機(jī)材料對(duì)于基因工程、制藥業(yè)、食品業(yè)發(fā)展的重要意義，如何有效制備生物無(wú)機(jī)材料是需要解決的首要問題。目前對(duì)于生物無(wú)機(jī)材料科學(xué)研究從以人工合成為主轉(zhuǎn)向生物無(wú)機(jī)材料的"軟合成"、"自組裝"。自組裝過程就是指一種人不主動(dòng)介入的過程，系統(tǒng)中的分子、原子、分子團(tuán)或組件自動(dòng)排成有序起作用的實(shí)體。分子自組裝是在平衡條件下，分子間通過非共價(jià)相互作用自發(fā)組合形成的一類結(jié)構(gòu)明確、穩(wěn)定、具有某種特定功能或性能的分子聚集體或超分子結(jié)構(gòu)。自組裝最大的特點(diǎn)就是可以消除人的介入可能產(chǎn)生的失誤和損耗。自組裝作為一種"軟合成"的方法引入以酶制備生物無(wú)機(jī)雜化材料的研究中，無(wú)機(jī)物種與生物分子之間的相互作用誘導(dǎo)組裝，有利于實(shí)現(xiàn)生物-無(wú)機(jī)納米材料的有效復(fù)合?，F(xiàn)如今生物無(wú)機(jī)納米雜化材料的研究熱點(diǎn)主要集中于探索新型高效的無(wú)機(jī)載體。很多具有納米結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)物種被用于制備生物無(wú)機(jī)納米雜化材料的研究中。例如分子篩、炭納米管、無(wú)機(jī)層狀材料等。其中無(wú)機(jī)層狀材料由于其功能性結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的理化性能，使其在生物雜化材料的研究中受到越來(lái)越多的重視。但是無(wú)機(jī)層狀材料的層間表面難于被生物大分子接觸，使得大部分層間表面被浪費(fèi)，因此將無(wú)機(jī)層狀材料剝離，可使其具有納米尺度的開放結(jié)構(gòu)，能消除空間效應(yīng)、擴(kuò)散阻力的影響，使水滑石與生物分子在更小的尺度下相互作用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種生物-無(wú)機(jī)納米雜化材料的制備方法，利用剝離無(wú)機(jī)層狀材料開放的納米結(jié)構(gòu)與酶自組裝，在界面效應(yīng)和納米效應(yīng)共同的作用下，將賦予組裝產(chǎn)物許多明顯不同于單一原材料的獨(dú)特性能，得到生物-無(wú)機(jī)雜化材料。為生物無(wú)機(jī)納米雜化材料分子水平設(shè)計(jì)與控制的開發(fā)應(yīng)用、工業(yè)化生產(chǎn)提供可能。發(fā)明選擇剝離水滑石為無(wú)機(jī)載體，與豬胰脂肪酶自組裝的方法制備生物無(wú)機(jī)雜化材料，研究水滑石的界面效應(yīng)和納米效應(yīng)對(duì)酶分子活性的影響。生物-無(wú)機(jī)納米雜化材料的制備方法如下a、制備剝離水滑石。以水為溶劑，所用鹽為硝酸鎂和硝酸鋁，以共沉淀堿滴鹽法制備乳酸插層Mg/Al=2/1的水滑石漿液，在水中分散后，加熱80-12(TC至完全透明狀態(tài)，即得剝離水滑石膠體溶液；步驟a中所有過程都必須在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行，所用水全部為去二氧化碳去離子水；步驟a中所得剝離水滑石膠體溶液中水滑石的濃度一定為4g/L。以共沉淀(堿滴鹽)法制備乳酸插層Mg/Al=2/1的水滑石，通過對(duì)堿滴加方式的改進(jìn)可以乳酸代替常規(guī)用的乳酸鹽。b、剝離水滑石與酶組裝制備生物-無(wú)機(jī)雜化材料稱取0.05-0.24g酶，加入40ml的緩沖溶液，再加入10ml剝離水滑石膠體溶液，控制酶和水滑石的質(zhì)量比為1/8到6/1，置于25-3(TC的搖床中，保持搖床震蕩速率100-150轉(zhuǎn)/分鐘震蕩10-30分鐘，即得到生物-無(wú)機(jī)納米雜化材料。步驟b中緩沖溶液的pH值范圍是7~8。步驟b中所有過程可在空氣或氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行?？刂泼负退馁|(zhì)量比分別為為1/8，1/4，1/2，1/1，2/1，4/1，5/1，6/1，首次考慮了組裝配比對(duì)組裝產(chǎn)物的活性的影響。隨著組裝配比的增加，組裝生成的生物無(wú)機(jī)納米雜化材料的活性呈火山形曲線變化規(guī)律。c、測(cè)定組裝得到的生物-無(wú)機(jī)雜化材料的活性，酶活表達(dá)率為139%到44線。本發(fā)明的有點(diǎn)在于，酶與剝離水滑石層板的組裝速率快(幾微秒到幾毫秒)，酶在剝離水滑石層板上的組裝量大。并且酶與剝離水滑石層板組裝得到的生物-無(wú)機(jī)雜化材料酶活表達(dá)率都大于100%,在酶與水滑石組裝配比為1/2時(shí)，組裝得到的生物-無(wú)機(jī)雜化材料酶活表達(dá)率最高，達(dá)444%。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:制備剝離水滑石稱取3.7513g的硝酸鋁(Al(NO3)^9H20)和5.1280g的硝酸鎂(Mg(NO3)2'6H20)，加入60ml水，配制成Mg/Al為2/1的鹽溶液。稱取化學(xué)計(jì)量過量的乳酸5.30gC0.05mo1)，用1.25mol/L的NaOH溶液滴加到劇烈攪拌的乳酸中，至體系pH值為10，加入Mg/Al混合鹽溶液，繼續(xù)滴加NaOH溶液至pH值為10。加熱至回流晶化10小時(shí)，得到的白色漿液，離心分離，洗滌至中性后，在600ml水中分散，加熱回流至幾乎透明狀態(tài)，靜置穩(wěn)定存在，表明水滑石剝離。所有過程盡量在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，所用水全部為去二氧化碳去離子水。實(shí)施例2:制備不同組裝配比的生物-無(wú)機(jī)雜化材料分別稱取0.0050g，0.0100g:0.0200g，0.0400g，0.0800g，0.1600g，0.2000g，0.2400g的酶，加入40mlHCl-tris緩沖溶液，再加入10ml剝離水滑石膠體溶液后(控制酶和水滑石的質(zhì)量比分別為為1/8，1/4，1/2，1/1，2/1，4/1,5/1，6/1)，置于30°C的搖床中，保持搖床震蕩速率150轉(zhuǎn)/分鐘震蕩30分鐘，過濾得到清液，密封后低溫儲(chǔ)存，將沉淀在室溫下靜置至干燥，即得到生物-無(wú)機(jī)納米雜化材料。以考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定清液中的所殘余的酶量，將溶液中初始酶量減去清液中殘余的酶量，計(jì)為組裝產(chǎn)物中酶的組裝量。結(jié)果見表l。實(shí)施例3:組裝產(chǎn)物活性測(cè)定采用測(cè)定載體的耗堿量30'C水浴，加入10mlLDH膠體溶液，加入45mlHCl-tris緩沖溶液，反應(yīng)30分鐘后，加入30ml無(wú)水乙醇，利用pH計(jì)指示，以0.05MNaOH溶液滴定至pH-8，記錄消耗NaOH溶液的體積；測(cè)定底物的耗堿量3(TC水浴，加入10mlLDH膠體溶液，再加入2.0000g三乙酸甘油酯，加入45mlHCl-tris緩沖溶液，反應(yīng)30分鐘后，加入30ml無(wú)水乙醇，利用pH計(jì)指示，以0.05MNaOH溶液滴定至pH-8，記錄消耗NaOH溶液的體積；測(cè)定酶的耗堿量30"C水浴，加入10ml去離子水，再加入2g三乙酸甘油酯，加入45mlHCl-tris緩沖溶液，加入0.0100g酶，反應(yīng)30分鐘后，加入30ml無(wú)水乙醇，利用pH計(jì)測(cè)量體系的pH值，以0.05MNaOH溶液滴定至pH-8，記錄消耗NaOH溶液的體積；測(cè)定組裝產(chǎn)物的耗堿量30'C水浴，加入10ml去離子水，再加入2g三乙酸甘油酯，加入45mlHCl-tris緩沖溶液，加入組裝產(chǎn)物(酶量相同)，反應(yīng)30分鐘后，加入30ml無(wú)水乙醇，利用pH計(jì)測(cè)量體系的pH值，以0.05MNaOH溶液滴定至pH-8，記錄消耗NaOH溶液的體積。計(jì)算酶活-VNaOHxN他oHxl0V(Axt)，其中VNa0H為消耗NaOH溶液的體積(L)，N他oH為NaOH溶液的當(dāng)量濃度(0.05mol/L)，A為酶的量(g)，t為測(cè)定時(shí)間(30min)。酶活的單位IU/(gmin)。酶活表達(dá)率-(實(shí)際酶活/理論酶活)xl00%結(jié)果見表l。表1剝離水滑石與酶組裝生物無(wú)機(jī)納米雜化材料的性能*自由酶的比活力為106IU/g酶<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、一種生物-無(wú)機(jī)納米雜化材料的制備方法，其特征在于，工藝為a、制備剝離水滑石以水為溶劑，以共沉淀堿滴鹽法制備乳酸插層Mg/Al＝2/1的水滑石漿液，在水中分散后，加熱80～120℃至完全透明狀態(tài)，得到剝離水滑石膠體溶液，所述的鹽為硝酸鎂和硝酸鋁；b、剝離水滑石與酶組裝制備生物-無(wú)機(jī)雜化材料稱取稱取0.05-0.24g酶，加入40ml的緩沖溶液，再加入10ml剝離水滑石膠體溶液，控制酶和水滑石的質(zhì)量比為1/8～6/1，置于25～30℃的搖床中，保持搖床震蕩速率100～150轉(zhuǎn)/分鐘震蕩10～30分鐘，得到生物-無(wú)機(jī)納米雜化材料；c、測(cè)定組裝得到的生物-無(wú)機(jī)雜化材料的活性，酶活表達(dá)率為139％到444％。2、按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所有過程在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行。3、按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所用水為去二氧化碳去離子水。4、按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的緩沖溶液的pH值范圍是78。全文摘要一種生物-無(wú)機(jī)納米雜化材料的制備方法，屬于固定化酶
技術(shù)領(lǐng)域：
。制備工藝為以水為溶劑，所用鹽為硝酸鎂和硝酸鋁，以共沉淀堿滴鹽法制備乳酸插層Mg/Al＝2/1的水滑石漿液，在水中分散后，加熱80-120℃至完全透明狀態(tài)，得到剝離水滑石膠體溶液；稱取稱取0.05-0.24g酶，加入40ml的緩沖溶液，再加入10ml剝離水滑石膠體溶液，控制酶和水滑石的質(zhì)量比為1/8～6/1，置于25～30℃的搖床中，保持搖床震蕩速率100～150轉(zhuǎn)/分鐘震蕩10～30分鐘，得到生物-無(wú)機(jī)納米雜化材料。優(yōu)點(diǎn)在于，酶與剝離水滑石層板的組裝速率快，酶在剝離水滑石層板上的組裝量大，組裝得到的生物-無(wú)機(jī)雜化材料酶活表達(dá)率最高。文檔編號(hào)C12N11/14GK101096666SQ200710100009公開日2008年1月2日申請(qǐng)日期2007年6月4日優(yōu)先權(quán)日2007年6月4日發(fā)明者靜何,楊德寶申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)