Mn-MOF适冷纳米酶及其制备方法和用途技术

本申请公开了一类基于纳米Mn‑MOF的适冷纳米酶(又称耐低温纳米酶)及其制备方法和用途，该类纳米MOF主要包括纳米MIL‑100(Mn)和Mn‑BTC两类，其中纳米MIL‑100(Mn)的制备方法为将含锰前驱体Mn(NO

【技术实现步骤摘要】
Mn-MOF适冷纳米酶及其制备方法和用途
本申请属于纳米生物学
，尤其涉及纳米Mn-MOF适冷纳米酶及其制备方法和用途。
技术介绍
地球上超过80％的环境为低温生物圈(<5℃)，天然适冷酶(又称耐低温酶)对于维持这些极端环境下正常的生化反应及生态良性循环具有无可替代的的关键作用。现代工业生产中，适冷酶在生物医药、污水处理、食品加工和纺织工业等领域亦具有重要的应用价值。然而，适冷酶具有热稳定性差的重大弊端，在随温度升至中温区的过程中极易变性失活，导致传统酶工程难以实现批量的克隆表达，且严重限制了其在工业生产中的实际应用。纳米酶是指蕴含类酶特性的无机纳米材料。相较于传统人工模拟酶，纳米酶具有稳定性良好、制备简易、成本低廉、易于批量化生产、活性优异且可灵活调控等诸多优势，因而在生物医学的诸多前沿领域展现出不凡的应用前景。目前，已有300多种无机纳米材料被报道具有过氧化物酶、氧化酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶等类酶活性，但目前尚未有利用纳米酶模拟天然适冷酶的报道。因此，开发高效、稳定的适冷纳米酶是当前研究的重大挑战，其研究有望克服传统酶工程的局限性，开辟适冷酶的应用新局面。
技术实现思路
本申请的目的是提供一类Mn-MOF适冷纳米酶及其制备方法，可用于替代自然界难以提取分离、且稳定性极差的适冷酶，应用于极端环境的生物医学工程、生态环境治理等领域。本申请具体是通过以下技术方案来实现的：本申请第一方面提供一种Mn-MOF纳米颗粒作为类天然适冷酶的模拟酶用途，所述Mn-MOF为粒径小于10nm的纳米MOF。作为本申请的进一步说明，所述Mn-MOF纳米颗粒为MnBTC或纳米MIL-100(Mn)。本申请第二方面提供一种上述的纳米MIL-100(Mn)的制备方法，包括以下步骤：将含锰前驱体Mn(NO3)2﹒4H2O充分溶解于甲醇溶液中，制得Mn(NO3)2﹒4H2O溶液；将均苯三甲酸固体充分溶解于甲醇溶液中，制得均苯三甲酸溶液；将所述Mn(NO3)2﹒4H2O溶液和所述均苯三甲酸溶液置于反应釜中，利用水热法充分反应；离心去除上清液，得到纳米MIL-100(Mn)。作为本申请的进一步说明，所述Mn(NO3)2﹒4H2O溶液和所述均苯三甲酸溶液的浓度均为0.1-2mM。作为本申请的进一步说明，所述Mn(NO3)2﹒4H2O溶液和所述均苯三甲酸溶液的混合体积比为1:5-5:1，反应条件为：90-150℃条件下反应120min。在以上纳米MIL-100(Mn)的制备方法的基础上，本申请还通过调控锰前驱体的种类，合成的温度，溶剂的种类与比列，获得具有更多活性位点的无定形的MnBTC，具有更为优异的类酶活性和耐低温特性；具体的：本申请第三方面提供一种上述的MnBTC的制备方法，包括以下步骤：将含锰前驱体Mn(CH3COO)3﹒2H2O充分溶解于醇类与蒸馏水的混合溶液中，制得Mn(CH3COO)3﹒2H2O溶液，其中，所述醇类为乙醇或甲醇；将均苯三甲酸固体充分溶解于所述醇类与蒸馏水的混合溶液中，制得均苯三甲酸溶液；将所述Mn(CH3COO)3﹒2H2O溶液和所述均苯三甲酸溶液，利用共沉淀法充分反应；离心去除上清液，得到MnBTC。作为本申请的进一步说明，所述Mn(CH3COO)3﹒2H2O溶液和所述均苯三甲酸溶液的浓度均为0.1-2mM。作为本申请的进一步说明，所述Mn(CH3COO)3﹒2H2O溶液和所述均苯三甲酸溶液的混合体积比为1:5-5:1，反应条件为：50-150℃条件下反应120min。本申请第四方面提供一种Mn-MOF适冷纳米酶，由上述任一项所述的制备方法制得。作为本申请的进一步说明，所述适冷纳米酶为类氧化物酶，且所述适冷纳米酶的适应范围为4～37℃。与现有技术相比，本申请具有以下有益的技术效果：(1)本申请合成的MnBTC和纳米MIL-100(Mn)在低温下均具有优异的类氧化物酶活性，在温度4～37℃范围，随着温度降低其类氧化物酶活性保持恒定或仅发生微弱的下降(<10％)。(2)本申请合成的MnBTC和纳米MIL-100(Mn)均具有优异的稳定性，可在常温和高温条件下长时间保存。(3)本申请在MnBTC合成过程中，利用Mn(CH3COO)3﹒2H2O作为金属前驱体，能直接提供三价的Mn离子，因而合成含有高比例高价Mn-O键(+3价，+4价)的Mn-MOF，具有更多活性位点，赋予其更为优异的类酶活性。(4)本申请合成的纳米Mn-MOF均具有超细的粒径，能提供更大的比表面积和更好的类酶活性。(5)本申请所采用的合成方法操作步骤简单，反应条件容易控制，可大量快速制备。(6)本申请合成的MnBTC为无定形态，具有更为丰富的催化位点和更高的底物亲和力，相比纳米MIL-100(Mn)具有更为优异的类酶活性。附图说明图1为本申请实施例8所制备得到的MnBTC的TEM图，标尺为100nm；图2为本申请实施例1所制备得到的纳米MIL-100(Mn)的TEM图，标尺为100nm；图3为本申请实施例1所制备得到的纳米MIL-100(Mn)的类氧化物酶活性随温度变化的酶催化动力学曲线图；图4为本申请实施例8所制备得到的MnBTC的类氧化物酶活性随随温度变化的酶催化动力学曲线图；图5为天然辣根过氧化物酶活性随温度变化的酶催化动力学曲线图；图6为Pt纳米酶活性随温度变化的酶催化动力学曲线性图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。纳米MIL-100(Mn)的合成：实施例1将含锰前驱体Mn(NO3)2﹒4H2O溶解于20ml甲醇，搅拌至充分溶解，配成1mM的Mn(NO3)2﹒4H2O溶液。称取168.11mg1，3，5-均苯三甲酸(BTC)固体溶解于20ml甲醇中，搅拌至充分溶解，配成1mM的BTC溶液。将Mn(NO3)2﹒4H2O溶液和BTC溶液按照1:1的体积混合，充分搅拌10分钟。随后转入反应釜在90℃水热反应120分钟，反应结束后，通过高速离心反应液收集沉淀，所得到的沉淀用甲醇清洗三次，所得到的沉淀即为纳米MIL-100(Mn)。实施例2本实施例与实施例1的不同之处在于，将Mn(NO3)2﹒4H2O溶液和BTC溶液按照1:1的体积混合，置于150℃下水热反应120分钟。所得的纳米MIL-100(Mn)的活性较实施例1略微降低，同样具有适冷特性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Mn-MOF纳米颗粒作为类天然适冷酶的模拟酶用途，其特征在于：所述Mn-MOF为粒径小于10nm的纳米MOF。/n

【技术特征摘要】
1.一种Mn-MOF纳米颗粒作为类天然适冷酶的模拟酶用途，其特征在于：所述Mn-MOF为粒径小于10nm的纳米MOF。


2.根据权利要求1所述的Mn-MOF纳米颗粒作为类天然适冷酶的模拟酶用途，其特征在于：所述Mn-MOF纳米颗粒为纳米MIL-100(Mn)或MnBTC。


3.一种权利要求2所述的纳米MIL-100(Mn)的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含锰前驱体Mn(NO3)2﹒4H2O充分溶解于甲醇溶液中，制得Mn(NO3)2﹒4H2O溶液；
将均苯三甲酸固体充分溶解于甲醇溶液中，制得均苯三甲酸溶液；
将所述Mn(NO3)2﹒4H2O溶液和所述均苯三甲酸溶液置于反应釜中，利用水热法充分反应；
离心去除上清液，得到纳米MIL-100(Mn)。


4.根据权利要求3所述的纳米MIL-100(Mn)的制备方法，其特征在于，所述Mn(NO3)2﹒4H2O溶液和所述均苯三甲酸溶液的浓度均为0.1-2mM。


5.根据权利要求3所述的纳米MIL-100(Mn)的制备方法，其特征在于：所述Mn(NO3)2﹒4H2O溶液和所述均苯三甲酸溶液的混合体积比为1:5-5:1，反应条件为：90-150℃条件下反应1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈耀，张连兵，覃勇，田庆，韩瑞婷，杨陆秋，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61