一种纳米材料/群体感应淬灭酶水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米材料/群体感应淬灭酶水凝胶的制备方法。所述纳米材料/群体感应淬灭酶水凝胶的制备方法，以氧化石墨烯、石墨烯或者碳纳米管作为载体，利用静电吸附作用，固载细菌群体感应淬灭酶，制备出的负载颗粒最大限度的保证了酶活。同时将该颗粒添加进海藻酸钠溶液中，利用离子交联剂制备出混有纳米材料/群体感应淬灭酶的水凝胶互穿网络。该水凝胶能最大限度的对淬灭酶进行包埋，利用淬灭酶降解细菌信号分子的功能，抑制膜面生物膜的生长，同时该水凝胶具有制备方法易操作、抗生物膜污染效果好的作用，可以广泛应用在生物和水处理等各个领域。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米材料/群体感应淬灭酶水凝胶的制备方法
本专利技术属于纳米功能材料和环境领域，涉及一种纳米材料/群体感应淬灭酶水凝胶的制备方法。
技术介绍
近年来，科学家们研究发现，细菌的群体感应(quorumsensing,QS)可以调控细菌生物膜的形成，生物发光，色素产生，抗生素形成，质粒结合转移等。群体感应抑制剂可以干扰信号分子系统的传导，抑制细菌某种特性和机理的表达。人们已经从一些原核生物和真核生物中鉴定出一些群体感应淬灭酶和抑制剂，比如猪肾脏中的酰基转移酶(acylase,EC-3.5.1.14)，这种酶能够使C4-HSL(N-Butyry-l-homoserinelactone)和C8-HSL(N-Octancy-l-homoserinelactone)脱酰基化，产生L-高丝氨酸。另一种是在植物中发现的指状褐藻能产生卤素过氧化物酶催化产生卤素氧化物破坏AHL信号分子。这些群体感应淬灭酶可以降解细菌Qs系统的信号分子AHL，干扰细菌Qs系统，并破坏其参与调控的生物学功能。Oh等分离出能够产生QQ分解酶的红球菌属(Rhodococcussp.BH4),Kim等将BH4菌株制成细菌包埋微珠，通过细菌包埋微珠对膜表面的物理冲刷和群体抑制作用，有效减缓膜污染。基于群体感应的原理，将群体感应淬灭酶应用在膜生物反应器中，可以抑制生物膜的生长，从而达到控制膜污染的目的。但是，当淬灭酶单独使用时，会存在稳定性不好，易失活等缺点。因此，一般会选择合适的固定材料将酶做成复合材料进行应用。水凝胶(Hydrogel)是以水为分散介质的具有网络交联结构的一种聚合物网络体系，其性质柔软，能保持一定的形状，并吸收大量的水分。海藻酸钠(Sodiumalginate，SA)也称为褐藻胶、褐藻酸钠等，是从褐藻类的海带或马尾藻中提取碘和甘露醇之后的副产物，其分子由β-D-甘露糖醛酸(β-D-mannuronic，M)和α-L-古洛糖醛酸(α-L-guluronic，G)按(1→4)键连接而成，是一种天然多糖，具有药物制剂辅料所需的稳定性、溶解性、粘性和安全性。海藻酸钠还因具有pH敏感性，保湿性、成膜性和生物降解性能好的特点被普遍应用于日常生活和医学、制药和环境等行业中。如在环境领域，运用海藻酸钠的溶解度、聚电解质和凝胶的特点，将其用于作为细菌、酶类的运载体、生物粘附剂和包埋剂等。
技术实现思路
本专利技术提供一种纳米材料/群体感应淬灭酶水凝胶的制备方法，本专利技术目的是以氧化石墨烯、石墨烯或者碳纳米管作为载体，利用静电吸附作用，固载细菌群体感应淬灭酶，制备出的负载颗粒最大限度的保证了酶活。同时将该颗粒添加进海藻酸钠溶液中，利用离子交联剂制备出混有纳米材料/群体感应淬灭酶的水凝胶互穿网络。本专利技术的目的是通过下述技术方案来实现的。一种纳米材料/群体感应淬灭酶水凝胶的制备方法，包括下述步骤:1)纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒的制备：按照质量比将25～50mg包括氧化石墨烯、石墨烯和碳纳米管的纳米材料分散在100～200ml磷酸盐缓冲溶液中，室温超声，得到纳米材料混合溶液；按照质量比将75～150mg淬灭酶分散在上述纳米材料混合溶液中，超声搅拌，得到纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒混合溶液，真空冷冻干燥，即得纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒，冷冻保存备用；2)水凝胶混合溶液的制备：①纳米材料/群体感应淬灭酶-海藻酸钠溶液：将适量海藻酸钠溶于20～100ml去离子水中，配制0.5～5g/L海藻酸钠溶液；将步骤1)得到的占海藻酸钠质量分数为0.1～10wt％纳米材料/群体感应淬灭酶杂化颗粒加入海藻酸钠溶液中，超声；②配制添加剂溶液：将占海藻酸钠质量分数为10～50wt％的添加剂，溶于20～100ml去离子水中，配制0.5～5g/L添加剂溶液；③将混有纳米材料/群体感应淬灭酶的海藻酸钠溶液和添加剂溶液按10:1～1:10不同比例混合，搅拌溶解均匀，放置于4～10℃的密闭容器中备用；3)水凝胶的制备：配制金属离子质量百分比为0.1～15wt％的金属盐水溶液，作为离子交联剂；将步骤2)得到的水凝胶混合溶液挤入或滴入100～500ml金属盐水溶液中，得到不同形态的水凝胶；将水凝胶用去离子水反复冲洗，保存在4～10℃的密闭容器中备用。进一步，所述石墨烯的制备方法为机械剥离法、气相沉积法CVD、热解SiC法、氧化石墨烯还原法、碳管切割法和液相直接超声剥离法制备的三层以下石墨烯。进一步，所述碳纳米管包括单壁，双壁和多壁碳纳米管，管径为1～100nm，管长为0.5～100μm。进一步，所述磷酸盐缓冲溶液为按质量比为0.68：0.12:1配制的磷酸二氢钾、氯化钠和超纯水配制的混合溶液。进一步，所述步骤1)中，在0～10℃下超声搅拌30～60min。进一步，所述步骤2)-①中，超声15～30min。进一步，所述淬灭酶为包括氨基酰化酶、内酯酶或脱羧酶在内的所有对细菌信号分子具有降解作用的淬灭酶。进一步，所述添加剂为明胶、壳聚糖、木聚糖、羧基壳聚糖或羧甲基纤维素钠中的一种或两种以上混合物。进一步，所述金属盐水溶液为硫酸铜、氯化锌、氯化钡、氯化铁、氯化铝、氯化钙、磷酸二氢钙、硫酸钙、硝酸钙、磷酸氢钙或乳酸钙水溶液中的任意一种或两种以上混合物。进一步，所述水凝胶的形态为纤维状、球状、柱状或膜状。本专利技术的有益效果在于：(1)水凝胶主要材料海藻酸钠成本低廉、制备方法简单、对酶活破坏率低。(2)制备出的多种形态水凝胶便于使用过程中的多种选择。(3)低维碳纳米材料易制备、易保存，比表面积大，对酶活不会造成大的破坏。(4)纳米材料/群体感应淬灭酶水凝胶的制备方法简单易行，可在生物、环境等多个领域进行应用。该水凝胶能最大限度的对淬灭酶进行包埋，利用淬灭酶降解细菌信号分子的功能，抑制膜面生物膜的生长，同时该水凝胶具有制备方法易操作、抗生物膜污染效果好的作用，可以广泛应用在生物和水处理等各个领域。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细说明，但并不作为对专利技术做任何限制的依据。一种纳米材料/群体感应淬灭酶水凝胶的制备方法，包括下述步骤:1)纳米材料/群体感应淬灭酶的制备：按照质量比将25～50mg包括氧化石墨烯、石墨烯和碳纳米管的纳米材料分散在100～200ml磷酸盐缓冲溶液中，室温超声30～60min，得到纳米材料混合溶液；按照质量比将75～150mg淬灭酶分散在纳米材料混合溶液中，在0～10℃下超声搅拌30～60min，得到纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒混合溶液，真空冷冻干燥，即得纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒，冷冻保存备用。上述石墨烯的制备方法为机械剥离法、气相沉积法(CVD)、热解SiC法、氧化石墨烯还原法、碳管切割法和液相直接超声剥离法制备的三层以下石墨烯。碳纳米管包括单壁，双壁和多壁碳纳米管，管径为1～100nm，管长为0.5～100μm。磷酸盐缓冲溶液为按质量比0.68：0.12:1配制的磷酸二氢钾、氯化钠和超纯水配制的混合溶液。淬灭酶为包括氨基酰化酶、内酯酶或脱羧酶在内的所有对细菌信号分子具有降解作用的淬灭酶。2)水凝胶混合溶液的制备：将适量海藻酸钠溶于20～100ml去离子水中，配制0.5～5g/L海藻酸钠溶液，将步骤1)得到的海藻酸钠质量分数为0.1～10wt％纳米材料/群体感应淬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米材料/群体感应淬灭酶水凝胶的制备方法，其特征在于，包括下述步骤:1)纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒的制备：按照质量比将25～50mg包括氧化石墨烯、石墨烯和碳纳米管的纳米材料分散在100～200ml磷酸盐缓冲溶液中，室温超声，得到纳米材料混合溶液；按照质量比将75～150mg淬灭酶分散在上述纳米材料混合溶液中，超声搅拌，得到纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒混合溶液，真空冷冻干燥，即得纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒，冷冻保存备用；2)水凝胶混合溶液的制备：①纳米材料/群体感应淬灭酶‑海藻酸钠溶液：将适量海藻酸钠溶于20～100ml去离子水中，配制0.5～5g/L海藻酸钠溶液；将步骤1)得到的占海藻酸钠质量分数为0.1～10wt％纳米材料/群体感应淬灭酶杂化颗粒加入海藻酸钠溶液中，超声；②配制添加剂溶液：将占海藻酸钠质量分数为10～50wt％的添加剂，溶于20～100ml去离子水中，配制0.5～5g/L添加剂溶液；③将混有纳米材料/群体感应淬灭酶的海藻酸钠溶液和添加剂溶液按10:1～1:10不同比例混合，搅拌溶解均匀，放置于4～10℃的密闭容器中备用；3)水凝胶的制备：配制金属离子质量百分比为0.1～15wt％的金属盐水溶液，作为离子交联剂；将步骤2)得到的水凝胶混合溶液挤入或滴入100～500ml金属盐水溶液中，得到不同形态的水凝胶；将水凝胶用去离子水反复冲洗，保存在4～10℃的密闭容器中备用。...

【技术特征摘要】
1.一种纳米材料/群体感应淬灭酶水凝胶的制备方法，其特征在于，包括下述步骤:1)纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒的制备：按照质量比将25～50mg包括氧化石墨烯、石墨烯和碳纳米管的纳米材料分散在100～200ml磷酸盐缓冲溶液中，室温超声，得到纳米材料混合溶液；按照质量比将75～150mg淬灭酶分散在上述纳米材料混合溶液中，超声搅拌，得到纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒混合溶液，真空冷冻干燥，即得纳米材料/群体感应淬灭酶颗粒，冷冻保存备用；2)水凝胶混合溶液的制备：①纳米材料/群体感应淬灭酶-海藻酸钠溶液：将适量海藻酸钠溶于20～100ml去离子水中，配制0.5～5g/L海藻酸钠溶液；将步骤1)得到的占海藻酸钠质量分数为0.1～10wt％纳米材料/群体感应淬灭酶杂化颗粒加入海藻酸钠溶液中，超声；②配制添加剂溶液：将占海藻酸钠质量分数为10～50wt％的添加剂，溶于20～100ml去离子水中，配制0.5～5g/L添加剂溶液；③将混有纳米材料/群体感应淬灭酶的海藻酸钠溶液和添加剂溶液按10:1～1:10不同比例混合，搅拌溶解均匀，放置于4～10℃的密闭容器中备用；3)水凝胶的制备：配制金属离子质量百分比为0.1～15wt％的金属盐水溶液，作为离子交联剂；将步骤2)得到的水凝胶混合溶液挤入或滴入100～500ml金属盐水溶液中，得到不同形态的水凝胶；将水凝胶用去离子水反复冲洗，保存在4～10℃的密闭容器中备用。2.根据权利要求1所述的纳米材料/群体感应淬灭酶水凝胶的制备方法，其特征在于，所述石墨烯的制备方法为机械剥离法、气相沉积法CVD、热解Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱振亚，王磊，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61