納米粒子及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物技術(shù)、納米材料和環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種漆酶介體 ABTS-SiO2納米粒子及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 漆酶（EC 1. 10. 3. 2,苯二酚氧化酶）是一種多銅離子的蛋白，屬于藍(lán)色氧化酶，能 催化多種有機(jī)底物包括酚類、芳香胺和無機(jī)化合物，其以氧作為電子受體，產(chǎn)生的副產(chǎn)物只 有水。由于漆酶有很廣泛底物范圍，在許多工業(yè)和生物技術(shù)中得到應(yīng)用，它們是一類非常 重要的酶。研宄報(bào)道表明，在單獨(dú)應(yīng)用漆酶時(shí)，其對(duì)氧化還原電位較高的底物，不能夠發(fā)生 完全的催化作用。但是，在加入一些被稱為漆酶介體的物質(zhì)后，如2, 2-聯(lián)氮-二（3-乙 基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽（ABTS)等，能夠顯著促進(jìn)漆酶對(duì)非酚類或非酶類底物的催 化作用。這些介體作為電子載體，能使電子在酶和非酚類底物之間轉(zhuǎn)移。漆酶介體體系的 發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步促進(jìn)了漆酶的廣泛使用，目前漆酶介體體系在造紙工業(yè)、有機(jī)合成、生物傳感 器和環(huán)境處理等多個(gè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。然而，大部分作用效果強(qiáng)的介體屬于人工合成的化 合物(如ABTS)，這些合成的介體是小分子化合物，而漆酶的催化反應(yīng)在溶液中完成，因此介 體在使用的過程中處于一種水溶的狀態(tài)，如果大量的使用這些介體，會(huì)存在以下些問題：其 一，由于介體使用后難以回收，隨著廢液流失，從而提高了漆酶介體系統(tǒng)使用成本；其二，合 成的介體有一定的毒性，使用后丟棄會(huì)造成環(huán)境污染；其三，使用后的介體如何進(jìn)一步再生 利用。解決這些問題的主要思路是將介體小分子連接到固體材料中，將其固定化處理，易于 回收，從而使其再生，能夠重復(fù)使用。
[0003] 納米材料具有高比表面積和高活性等特點(diǎn)，其中SiO2納米粒子的制備和表面修飾 技術(shù)已經(jīng)取得了較大成功，使其在醫(yī)學(xué)、生物技術(shù)、紡織、粘合劑和涂料等諸多領(lǐng)域得到了 較為廣泛的應(yīng)用。將ABTS修飾到SiO2納米粒子上，有效利用了納米SiO 2的生物相容性，另 外納米級(jí)別的粒子對(duì)反應(yīng)的傳質(zhì)過程影響較小。ABTS是一種最早使用的漆酶介體，具有催 化效率高和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而如何利用化學(xué)合成的方法，將ABTS共價(jià)連接到SiO2納米粒 子上，這是一個(gè)十分重要的研宄課題。修飾有ABTS的納米粒子可以作為一種漆酶介體，能 夠大大擴(kuò)展漆酶的應(yīng)用范圍，甚至可以擴(kuò)展到能使用ABTS作為介體的其他氧化酶類如膽 紅素氧化酶和木質(zhì)素氧化酶等，因此具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0004] 在染料生產(chǎn)和紡織的過程中會(huì)使用到大量的染料，而很多染料具有良好的水溶 性，生產(chǎn)過程和洗滌過程中產(chǎn)生的染料廢水，對(duì)于水體會(huì)造成明顯的污染。大部分染料具有 一定的毒性，難以被環(huán)境吸收和生物降解，影響水生生物的生存和人體健康，造成嚴(yán)重的環(huán) 境污染問題，因此當(dāng)今面臨的一個(gè)重大環(huán)境污染問題是如何除去污水中的染料。尋找高效 且低成本的除去工業(yè)廢水中染料的方法是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)，現(xiàn)已應(yīng)用的方法有吸附、混凝、 生物降解、化學(xué)降解和光降解等，但這些方法普遍存在效率低和成本高等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供了一種工藝簡單、成本低廉、重復(fù)性好且能夠較好 地滿足量產(chǎn)要求的漆酶介體ABTS-SiO2納米粒子的制備方法，該制備方法是將ABTS通過共 價(jià)接枝到氨基化的SiO2納米粒子表面形成漆酶介體ABTS-SiO 2納米粒子。
[0006] 本發(fā)明解決的另一個(gè)技術(shù)問題是上述制得的漆酶介體ABTS-Si02m米粒子在去除 水體中污染物的應(yīng)用，在SiO2納米粒子固定化的ABTS漆酶介體完成催化作用后，再用還原 性物質(zhì)（如抗壞血酸等)與氧化后的ABTS發(fā)生還原反應(yīng)，重新生成ABTS，然后通過離心或者 過濾來回收ABTS-Si02m米粒子，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)SiO 2納米粒子固定化的ABTS漆酶介體循環(huán)使 用。
[0007] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，一種漆酶介體ABTS-SiO2納米粒 子的制備方法，其特征在于包括以下步驟：（1)將ABTS溶于無水甲醇中，再加入叔丁醇鉀， 超聲分散均勻后攪拌反應(yīng)l_3h，過濾后用無水甲醇洗滌多次，然后干燥除去甲醇，得到灰白 色的2, 2-聯(lián)氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二鉀鹽；（2)將三苯基磷溶于無水乙腈 中并在冰浴條件下滴加溴至溶液呈淺黃色，再加入三苯基磷使溶液變成無色，得到二溴三 苯基膦；（3)在步驟（2)制得的二溴三苯基膦中加入步驟（1)制得的2, 2-聯(lián)氮-二（3-乙 基-苯并噻唑-6-磺酸）二鉀鹽，攪拌反應(yīng)l-3h，得到2, 2-聯(lián)氮-二（3-乙基-苯并噻 唑-6-磺酰溴）；（4)在步驟（3)的反應(yīng)液中加入表面氨基化的SiO2納米粒子和三乙胺， 繼續(xù)攪拌反應(yīng)完全后，離心收集沉淀，所得沉淀分別用甲醇和水多次洗滌后得到漆酶介體 ABTS-SiO2納米粒子。
[0008] 本發(fā)明所述的由上述制備方法制得的在Si02m米粒子表面共價(jià)接枝ABTS的漆酶 介體ABTS-Si02m米粒子，其具有如下結(jié)構(gòu)：
[0009] 本發(fā)明所述的由上述方法制得的漆酶介體ABTS-SiO2納米粒子在去除水體中污染 物的應(yīng)用，其特征在于具體方法為：（1)取上述制得的漆酶介體ABTS-SiO2納米粒子加入 到pH=4. 5的醋酸緩沖溶液中，再加入漆酶，然后加入含有污染物的水體，振蕩反應(yīng)至完全； (2)在步驟（1)的酶催化反應(yīng)完全后，加入抗壞血酸，攪拌反應(yīng)至ABTS-SiO2納米粒子從綠 色變成淺黃色，然后將反應(yīng)混合液離心，倒掉上清液，隨后用蒸餾水洗滌沉淀物多次，回收 得到的漆酶介體ABTS-SiO2納米粒子進(jìn)一步重復(fù)使用。
[0010] 進(jìn)一步限定，所述的污染物為染料、三氯苯酚或苯酚。
[0011] 本發(fā)明將ABTS修飾到SiO2納米粒子后，像液體介體分子一樣可以有效地作為漆 酶的介體使用，便于回收重復(fù)使用，能夠循環(huán)再生，可以大大降低漆酶-介體系統(tǒng)的使用成 本，減少使用后廢棄的介體對(duì)環(huán)境的二次污染。
[0012] 經(jīng)試驗(yàn)表明，本發(fā)明能夠高效地制備出漆酶介體ABTS-Si02m米粒子，使用漆酶介 體ABTS-SiO2納米粒子和漆酶混合物來去除有機(jī)染料靛胭脂（Acid Blue 74, AB)溶液的測 試結(jié)果表明，漆酶介體ABTS-SiO2納米粒子可以有效地作為漆酶介體使用，能完成對(duì)AB的 催化降解作用，同時(shí)使用后的漆酶介體ABTS-SiO2納米粒子能再生重復(fù)使用。從理論上可以 預(yù)測，漆酶介體ABTS-Si02m米粒子可作為多種氧化酶的介體而廣泛的應(yīng)用于污染物降解、 造紙工業(yè)、木質(zhì)素降解及有機(jī)合成等環(huán)境治理和能源與化學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制得的漆酶介體ABTS-Si02m米粒子的掃描電鏡圖，圖2是 本發(fā)明實(shí)施例1制得的漆酶介體ABTS-Si02m米粒子的紅外光譜圖，圖3是本發(fā)明實(shí)施例1 制得的ABTS-S