一种利用酶-TiO2纳米管-量子点共组装催化合成的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用酶

【技术实现步骤摘要】
一种利用酶
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TiO2纳米管
‑
量子点共组装催化合成的方法


[0001]本专利技术涉及一种红外光驱动的光
‑
酶协同催化合成方法，具体地说是涉及一种利用酶
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TiO2纳米管
‑
量子点共组装催化合成的方法。

技术介绍

[0002]催化是化学领域研究的热点，常见的催化剂包括金属及其配合物、有机小分子、酶(生物催化剂)及光催化剂等。目前，所有类型的催化剂均可以实现两种及以上的组合，进而实现串联反应过程。生物系统能够依赖兼容性和选择性良好的多种酶同时催化合成复杂的天然产物及代谢产物。氧化还原酶(oxidoreductases)约占所有酶的25％左右，可在温和条件下，高选择性(100％)地催化碳基小分子氢化还原合成目标产物。然而，氧化还原酶催化碳基小分子氢化的过程通常需要昂贵的辅酶作为第二底物(还原剂)参与反应。因此，寻求绿色、可行且有效的方法实现辅酶的高效再生是研究者普遍关注的热点和难点。光催化辅酶再生过程与自然界光合过程最为相似，但由于涉及的反应物质(如牺牲剂、电子导体、光催化剂等)多为分子尺度，后续分离过程能耗较大、困难较多，因此光催化辅酶再生势必发展为构建高度集成的光催化辅酶再生系统，其过程更接近自然界的光反应，进而偶合酶催化过程，构建集成度更高的光
‑
酶偶联催化体系。由光催化和酶促还原协同反应系统获得的手性化合物可进一步转化为多种生物活性分子和有价值的合成中间体，这意味着此方法在包括制药在内的多个领域中都有广阔的应用前景。这种光催化与酶催化的协同反应体系得以成功构建的原因有两点：(1)光化学反应通常在室温或接近室温的条件下发生，与酶促反应的条件一致；(2)光催化反应通常涉及电子和能量转移，产生的中间体对水稳定，并可与酶促反应兼容。而光催化和酶催化反应结合起来，完全可以用于不对称合成。
[0003]而很多材料在光催化方向都对光有选择性，例如TiO2类材料通常对紫外波段的光吸光更强，而近年来对于TiO2材料在吸收可见光方向的研究也很多。在分子水平上调节光催化剂的结构可以提高光催化效率，并为高质量光催化剂的合成提供指导。二氧化钛(TiO2)是一种重要的技术材料，在从光催化到太阳能电池和传感器等领域都有许多有前途的应用。TiO2半导体纳米材料中电子和空穴的运动主要受一维量子约束的制约。二氧化钛的主要缺点是光生电子
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空穴对的快速重组和光响应的狭窄，这大大限制了实际应用。因此，人们已多次尝试通过抑制光生电子
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空穴对的重组，并将光吸收扩展到可见光区域，来提高二氧化钛的光催化活性。抗斯托克斯发光分子和材料作为新一代发光材料在能源、生物学和医学领域受到了人们的广泛关注。它们的发射波长比激发光短，在激发光中，相关的光物理过程包括上转换过程、二次谐波产生和双光子吸收。其中，上转换过程是最有效的，因为它涉及到稳定的中间态。
[0004]未来最有前途的方法之一是利用可再生能源进行低成本发电，太阳能是一种无尽的能源，在可再生能源中的地位非常重要。而太阳光中红外光占的比例高达50％，如何将光能充分利用是未来发展的一个研究课题。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种利用酶
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TiO2纳米管
‑
量子点共组装催化合成的方法。本专利技术利用还原后的石墨烯量子点与TiO2纳米管结合形成新型的纳米复合材料，从而实现红外光下NADPH的再生，并借助光催化进一步与酶催化偶联进行催化合成；在NADPH再生体系中，以水作为氢供体替代传统再生方法中的三乙醇胺、乙二胺四乙酸或葡萄糖等物质，解决了催化过程中杂质的引入以及分离难的问题；另外，通过酶
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TiO2纳米管
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量子点共组装完成了光
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酶催化合成阿瑞匹坦关键中间体，提高光利用率，对绿色和可持续催化合成精细化工品和医药中间体的发展具有一定的促进作用。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种利用酶
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TiO2纳米管
‑
量子点共组装催化合成的方法，包括下述步骤：
[0008](1)以醛酮还原酶作为模型，利用细胞破碎上清液在微波辅助下，利用双炔交联剂将醛酮还原酶进行共价交联形成酶蛋白组装体；
[0009](2)利用还原后的石墨烯量子点与TiO2纳米管结合形成TiO2/r
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GQDs复合材料；
[0010](3)以TiO2/r
‑
GQDs作为光催化剂，铑配体为电子传递剂，水作为氢供体，在红外光下进行辅因子NADPH的再生，建立了光
‑
酶催化体系，得到酶
‑
TiO2纳米管
‑
量子点共组装复合催化材料；
[0011](4)在红外光下通过酶
‑
TiO2纳米管
‑
量子点共组装催化合成医药关键中间体。
[0012]作为优选，细胞破碎上清液通过下述方法制备得到：使大肠杆菌成为诱导醛酮还原酶基因表达的宿主，并以离心获得细胞沉淀，离心的转数为7000～9000rpm，时间为4～8min，并用PBS缓冲液洗涤沉淀；沉淀重悬于PBS中并通过超声处理裂解细胞，其中PBS加入量为原菌液体积的1/6～1/4，其中PBS浓度为0.02M，pH为7.0，超声破碎采用冰浴，功率300～500W，破碎时间8～13min，其中每10s设置破碎3s停7s；细胞破碎后的可溶性和不溶性部分通过离心分离，离心的转数为9000～12000rpm，时间为10～20min，从而分离得到细胞破碎上清液。
[0013]作为优选，电子传递剂铑配体为三氯化铑
‑
五甲基环戊二烯
‑
双丙炔联吡啶衍生物，铑配体的终浓度为0.5mM～3mM。
[0014]作为优选，光
‑
酶催化反应体系中TiO2/r
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GQDs复合材料的终浓度为0.5mg
·
mL
‑1～5mg
·
mL
‑1。
[0015]作为优选，微波温度为5～25℃，功率为5～40W，时间为1～5min。
[0016]作为优选，光
‑
酶催化的温度为20～40℃，时间为10～24h。
[0017]为了提高光利用率，使用红外光作为光源，作为优选，光
‑
酶催化过程中，红外光光强度为20～80mW
·
cm
‑2，红外灯的波长>800nm。
[0018]作为优选，所述双炔交联剂为5,6,11,12
‑
四氢二苯并[a,e]环辛烯，并将双炔交联剂溶解在异丙醇中，使其浓度为0.5mg
·
mL
‑1～1mg
·
mL
‑1。
[0019]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用酶
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TiO2纳米管
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量子点共组装催化合成的方法，其特征在于包括下述步骤：(1)以醛酮还原酶作为模型，利用细胞破碎上清液在微波辅助下，利用双炔交联剂将醛酮还原酶进行共价交联形成酶蛋白组装体；(2)利用还原后的石墨烯量子点与TiO2纳米管结合形成TiO2/r
‑
GQDs复合材料；(3)以TiO2/r
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GQDs作为光催化剂，铑配体为电子传递剂，水作为氢供体，在红外光下进行辅因子NADPH的再生，建立了光
‑
酶催化体系，得到酶
‑
TiO2纳米管
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量子点共组装复合催化材料；(4)在红外光下通过酶
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TiO2纳米管
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量子点共组装催化合成医药关键中间体。2.根据权利要求1所述利用酶
‑
TiO2纳米管
‑
量子点共组装催化合成的方法，其特征在于细胞破碎上清液通过下述方法制备得到：使大肠杆菌成为诱导醛酮还原酶基因表达的宿主，并以离心获得细胞沉淀，离心的转数为7000～9000rpm，时间为4～8min，并用PBS缓冲液洗涤沉淀；沉淀重悬于PBS中并通过超声处理裂解细胞，其中PBS加入量为原菌液体积的1/6～1/4，其中PBS浓度为0.02M，pH为7.0，超声破碎采用冰浴，功率300～500W，破碎时间8～13min，其中每10s设置破碎3s停7s；细胞破碎后的可溶性和不溶性部分通过离心分离，离心的转数为9000～12000rpm，时间为10～20min，从而分离得到细胞破碎上清液。3.根据权利要求1所述利用酶
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TiO2纳米管
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量子点共组装催化合成的方法，其特征在于：电子传递剂铑配体为三氯化铑
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五甲基环戊二烯
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双丙炔联吡啶衍生物，铑配体的终浓度为0.5mM～3mM。4.根据权利要求1所述利用酶
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TiO2纳米管
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量子点共组装催...

【专利技术属性】
技术研发人员：王安明，高鹏，张静，
申请(专利权)人：杭州师范大学，
类型：发明
国别省市：