一种集成酶气凝胶复合材料及其制备方法以及葡萄糖含量的检测方法技术

本发明专利技术提供了一种集成酶气凝胶复合材料，由双亲气凝胶通过吸附法将天然酶和模拟酶同时固定在三维网状结构中制备得到，所述天然酶是能够催化目标物分解产生过氧化氢的酶；所述模拟酶是具有类过氧化物酶活性的物质。本发明专利技术利用聚乙烯醇为主要原料、顺丁烯二酸为辅助交联剂，同时加入少量多壁碳纳米管以改善产物机械性能，最终合成出具备双亲性质的气凝胶，可同时吸附水相和有机溶剂相。根据这一性质，将溶于有机相和水相的氯化血红素和葡萄糖氧化酶，分别吸附于气凝胶胶体内部，实现对级联反应的催化。气凝胶作为天然酶固定化的载体，提高了酶的稳定性，防止酶在催化过程中的泄漏，简化了催化反应的步骤，缩短了反应时间，更利于葡萄糖含量检测。

Integrated enzyme aerogel composite material and its preparation method and detection method of glucose content

【技术实现步骤摘要】
一种集成酶气凝胶复合材料及其制备方法以及葡萄糖含量的检测方法
本专利技术涉及检测
，尤其涉及一种集成酶气凝胶复合材料及其制备方法以及葡萄糖含量的检测方法。
技术介绍
天然酶是一类非常重要的生物催化剂，它可以在温和的条件下高效特异地催化化学反应。天然酶的催化作用依赖于酶的一级结构和空间结构的完整。由于天然酶的本质是蛋白质或者RNA，所以天然酶存在容易变性、稳定性差、难以回收利用和生产成本高等问题。将游离酶修饰于固体材料上或限制在一定区域内，可以提高其稳定性，易于催化反应的控制与催化剂的回收，降低成本。固定化酶在生物工业、化学分析、医学及临床诊断、环境保护、能源开发与基础研究方面发挥了重要作用。目前，将酶固定在载体上的方法主要有包埋法、共价结合法和交联法。其中，包埋法的基本原理是载体与酶溶液混合后，借助引发剂进行聚合反应，通过物理作用将酶限定在载体的网格中，从而实现酶固定化的方法。该方法需要通过引发剂进行聚合反应进行包埋，操作相对繁琐，由于包埋物或半透膜具有一定的空间或立体阻碍作用，因此对一些反应不适用。共价结合法是指酶分子的非必须基团与载体表面的活性功能基团通过形成化学共价键实现不可逆结合的酶固定方法，又称载体偶联法。该方法下固定的酶，易发生不可逆失活。交联法是利用双功能或多功能交联试剂，在酶分子和交联试剂之间形成共价键的一种酶固定方法。该方法属于化学固定化法，需要通过化学反应进行固定，与酶分子上的官能团反应时无法保证活性中心不受影响，因此，易导致酶的失活。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种集成酶气凝胶复合材料及其制备方法以及葡萄糖含量的检测方法，通过吸附法将天然酶和模拟酶同时固定在双亲气凝胶三维网状结构中，制备的集成酶气凝胶具有优异的机械性能，被固定的酶不易发生泄漏，并且具有高效的催化效率；同时，气凝胶作为酶载体，在一定程度上提高了酶的热稳定性。本专利技术提供了一种集成酶气凝胶复合材料，由双亲气凝胶通过吸附法将天然酶和模拟酶同时固定在双亲气凝胶三维网状结构中制备得到，所述天然酶是能够催化目标物反应产生过氧化氢的酶；本专利技术中，所述模拟酶指模拟天然酶活性的物质，是具有类过氧化物酶活性的物质。所述天然酶和模拟酶共同负载于载体双亲气凝胶的三维网状结构中，组成了集成酶。集成酶是指将催化级联反应的两种或几种酶集成到一起，使第一个催化反应的产物直接作为第二个催化反应的底物。本专利技术中，所述集成酶的选择可以根据目标物任意安排，例如葡萄糖氧化酶催化葡萄糖分解，乳酸氧化酶催化乳酸分解。因此，任意可以产生过氧化氢的反应物都可以作为目标物，然后将催化目标物分解的酶与过氧化物酶组合。在本专利技术的一些具体实施例中，所述天然酶是葡萄糖氧化酶，所述目标物是葡萄糖。在本专利技术的另外一些具体实施例中，所述天然酶是乳酸氧化酶，所述目标物是乳酸。在本专利技术的另外一些具体实施例中，所述天然酶是胆固醇氧化酶，所述目标物是胆固醇。在本专利技术的另外一些具体实施例中，所述天然酶是胆碱氧化酶，所述目标物是胆碱。所述模拟酶优选为氯化血红素。氯化血红素可以用其他具有类过氧化物酶活性的模拟酶代替，如四氧化三铁纳米粒子，氧化石墨烯，金属有机框架材料。所述双亲气凝胶是指表面既亲水又亲油的气凝胶。优选的，所述双亲气凝胶为以聚乙烯醇为主要原料合成的双亲性质的气凝胶。本专利技术提供了集成酶气凝胶的制备方法，包括以下步骤：S1)将聚乙烯醇、辅助交联剂顺丁烯二酸，和多壁碳纳米管、无机酸混合，反应得到双亲气凝胶；S2)将双亲气凝胶依次在模拟酶溶液中、天然酶溶液中充分浸润，得到集成酶气凝胶复合材料。优选的，所述步骤S1)中，反应的温度为120-200℃，反应的时间为16-48h。在本专利技术的一些具体实施例中，反应在200℃烘箱中进行。优选的，所述步骤S1)具体为：在聚乙烯醇水溶液中，加入辅助交联剂顺丁烯二酸，搅拌溶解，然后加入多壁碳纳米管和无机酸，搅拌均匀，进行反应。所述聚乙烯醇水溶液的浓度优选为8wt％。所述辅助交联剂顺丁烯二酸和聚乙烯醇的比例关系优选为顺丁烯二酸中的-COOH与聚乙烯醇中的-OH的比例为1％～100％，例如1％、30％、50％、70％、100％，更优选为30％。所述多壁碳纳米管优选为水分散液。优选的，所述多壁碳纳米管水分散液浓度为2mg/mL，其体积与反应液总体积比至少为1:10。所述无机酸优选为浓硫酸，优选的，所述浓硫酸体积与反应液总体积比为1:10-1:20。优选的，所述步骤S1)还包括：将得到的双亲气凝胶在去离子水中浸泡至溶液呈中性，经过冷冻干燥、超临界法干燥或自然晾干。然后将得到的双亲气凝胶依次在模拟酶溶液中、天然酶溶液中得到充分浸润，以获得集成酶气凝胶复合材料。优选的，所述步骤S2)具体为：将双亲气凝胶浸没于模拟酶溶液中，待胶体充分浸润后，取出干燥；然后浸没于天然酶溶液中，充分浸润后，取出干燥，得到集成酶气凝胶复合材料。所述模拟酶、天然酶的种类同上，在此不再赘述。所述模拟酶溶液的溶剂优选为二甲基亚砜；所述天然酶溶液的溶剂优选为水。所述模拟酶溶液的浓度优选为5-30mM，更优选为25mM。所述天然酶溶液的浓度优选为5-45mg/mL，更优选为40mg/mL。本专利技术合成的双亲气凝胶具有优异的机械性能、高的孔隙率、大的比表面积和亲水亲油性质。除此以外，其具有以下优势：第一、亲水亲油的特性，相比于只亲水或只亲油的气凝胶具有更广泛的应用。第二、该双亲气凝胶的三维网状结构和高的孔隙率为集成酶提供了保护作用。与游离酶相比，固定后的酶提高了热稳定性。第三、气凝胶表面含有丰富的含氧基团(包括酯基、羧基、羟基和环氧基)，有利于与天然酶或模拟酶形成多位点的非共价键相互作用(包括氢键、静电作用、疏水基团间的相互作用等)，起到酶固定作用，同时不影响酶活性。第四、在湿润环境中浸泡一定时间，气凝胶中负载的集成酶不会发生大量泄漏和遗失，依然可以保持大部分的催化活性。因此，该气凝胶是非常理想的固定化酶的载体材料。第五、优异的机械性能使气凝胶材料更适合应用于实际场景中。在湿润环境中对气凝胶进行循环压缩，其内部的酶不会发生大量泄漏和遗失，依然可以保持大部分的催化活性，更有利于实际生活中的应用。本专利技术采用吸附法制备集成酶气凝胶，与其他固定酶的方法相比，吸附法操作简单，固定效果好，不影响酶活性，而且吸附过程更为迅速。实验结果表明，本专利技术制备的双亲气凝胶具有优异的机械性能，在形变50％的情况下，反复20次仍能保持结构完整。集成酶气凝胶在干燥及溶液中按压30次，其催化活性不受影响。所述双亲气凝胶在200℃条件下合成，而且具有高孔隙率。在高温下(70-100℃)，为葡萄糖氧化酶和氯化血红素提供了很好的保护作用，使酶的稳定性提高。因此，与游本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成酶气凝胶复合材料，由双亲气凝胶通过吸附法将天然酶和模拟酶同时固定在三维网状结构中制备得到，/n所述天然酶是能够催化目标物分解产生过氧化氢的酶；/n所述模拟酶是具有类过氧化物酶活性的物质。/n

【技术特征摘要】
1.一种集成酶气凝胶复合材料，由双亲气凝胶通过吸附法将天然酶和模拟酶同时固定在三维网状结构中制备得到，
所述天然酶是能够催化目标物分解产生过氧化氢的酶；
所述模拟酶是具有类过氧化物酶活性的物质。


2.根据权利要求1所述的集成酶气凝胶复合材料，其特征在于，所述天然酶是葡萄糖氧化酶，所述目标物是葡萄糖；
或者所述天然酶是乳酸氧化酶，所述目标物是乳酸；
或者所述天然酶是胆固醇氧化酶，所述目标物是胆固醇；
或者所述天然酶是胆碱氧化酶，所述目标物是胆碱；
所述模拟酶是氯化血红素，四氧化三铁纳米粒子，氧化石墨烯或金属有机框架材料。


3.根据权利要求1所述的集成酶气凝胶复合材料，其特征在于，所述双亲气凝胶为以聚乙烯醇为主要原料合成的双亲性质的气凝胶。


4.一种集成酶气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
S1)将聚乙烯醇、辅助交联剂顺丁烯二酸，和多壁碳纳米管、无机酸混合，反应得到双亲气凝胶；
S2)将双亲气凝胶依次在模拟酶溶液中、天然酶溶液中充分浸润，得到集成酶气凝胶复合材料。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1)还包括：
将得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜衍，张玉，马崇博，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22