【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料制备，具体涉及一种冷适应纳米酶及其制备方法。
技术介绍
1、生物催化剂(即生物酶)，因高效和高选择性等特性，正逐渐成为用于加速化学反应的理想之选。目前，地球上超过四分之三的环境，例如南极、北极和深海水域均为低温环境，通常低于5℃。科研工作者对该类环境下的生物酶(冷适应酶)产生了浓厚的兴趣，因为它们在恶劣的环境下仍可以保持较高的活性，在工业催化方面有着巨大的节能潜力。然而，大多数天然冷适应酶的获取需要在极端环境下进行样本筛选，再经过后续分离、提纯、发酵或克隆等一系列繁琐的步骤，需耗费大量的人力物力。另外，天然冷适应酶对温度环境极其敏感，在储存或使用过程中极易失活，严重限制了其在工业生产中的应用。
2、2007年，yan课题组发现fe3o4纳米颗粒(nanoparticles,nps)具有类过氧化物酶活性，并用fe3o4 nps代替酶联免疫反应中的生物酶，成功用于疾病标志物的检测。2013年，wei和wang将具有类酶活性的纳米材料定义为纳米酶。与生物酶相比，纳米酶具有易于制备、成本低和稳定性高等特点，在可持续能源和清洁能源领域有着广泛应用。然而，与生物酶类似，大部分纳米酶的温度曲线具有抛物线的形状，最佳使用温度通常在20～40℃之间，在低温环境下活性大幅降低，不能适应极端环境的应用场景。因此，亟需开发高效、稳定的冷适应纳米酶，以克服传统纳米酶制备技术的弊端，充分发挥其在工业催化中的潜力，推动纳米技术与生物催化技术的融合。
技术实现思路
1、本专利技术
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现的，依据本专利技术提出的一种冷适应纳米酶的制备方法，具体包括以下步骤：
3、(1)将zn(no3)2·6h2o或co(no3)2·6h2o或zn(no3)2·6h2o与co(no3)2·6h2o的混合物溶于甲醇中，得到溶液a；
4、(2)将咪唑类有机配体溶于甲醇中得到溶液b；
5、(3)将溶液b注入到溶液a中，并在25～60℃下回流搅拌30min，得到结晶沉淀；
6、(4)用甲醇对所制备的结晶沉淀离心清洗三次，并于60℃真空干燥24h；
7、(5)将步骤(4)干燥后的产物置于管式炉中在氮气氛围下于900℃热解3h，将热解后的材料用hcl溶液于80℃搅拌处理8h后，用去离子水离心清洗三次，并在60℃下真空干燥24h；
8、(6)将步骤(5)干燥后的产物再次置于管式炉中在氮气氛围下于900℃热解1h，获得冷适应纳米酶。
9、进一步地，步骤(1)中还可以在溶液a中加入表面活性剂。
10、较佳地，表面活性剂选用聚丙二醇-嵌段-聚乙二醇-嵌段-聚丙二醇、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠中的任意一种。
11、较佳地，溶液a中表面活性剂的浓度为0.01～0.04g/ml。
12、较佳地，步骤(1)中co(no3)2·6h2o与zn(no3)2·6h2o的摩尔比为4:9或9:4或6:7或0:13或13:0。
13、较佳地，所述的咪唑类有机配体选用咪唑、2-甲基咪唑、苯并咪唑中的任意一种，且咪唑类有机配体在溶液b中的浓度为0.8mmol/ml。
14、较佳地，hcl溶液的浓度为2mol/l；管式炉的升温速率为5℃/min。
15、按照前述方法制备的冷适应纳米酶具有多孔结构，其比表面积为600～1000m2/g，形貌呈现出类菱形十二面体的形状，颗粒大小为400～500nm，如果步骤(1)的原料包含co(no3)2·6h2o，则制备的冷适应纳米酶的颗粒表面还有碳纳米管形成，碳纳米管的外径为20～30nm，呈竹节形状。
16、按照前述方法加入表面活性剂之后制备的冷适应纳米酶为多孔结构，比表面积为600～1000m2/g，形貌呈现出类菱形十二面体的形状，颗粒大小为200nm，如果步骤(1)的原料包含co(no3)2·6h2o，则制备的冷适应纳米酶的颗粒表面还有碳纳米管形成，碳纳米管的外径为20～30nm，呈竹节形状。
17、本专利技术制备的冷适应纳米酶具有显著的类氧化酶活性，可在氧气存在下，用于催化氧化常见底物，例如3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(3,3’,5,5’-tetramethylbenzidine,tmb)、邻苯二胺(o-phenylenediamine,opd)或2,2’-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(2,2’-azinobis-3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate，abts)，上述底物在酶联免疫吸附和生物传感等领域是不可或缺的信号元件，起到关键作用。
18、本专利技术与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本专利技术可达到显著的技术进步性及实用性，并具有广泛的利用价值，其至少具有下列优点：
19、(1)制备方法简单
20、冷适应生物酶的获取需要在极端条件下对生物样品进行筛选，再经过后续的分离、提纯、发酵或克隆等繁琐步骤。传统制备过程涉及到固体底物培养物提取、细胞提取、固体分离、膜分离、凝胶过滤、吸附、沉淀、转换储存等复杂技术。相比于传统制备过程，本专利技术的冷适应纳米酶仅需在温和条件下，回流搅拌前驱体溶液生成zif结晶后，进行热解、酸洗和二次热解步骤即可获得。因而操作过程简单，无技术壁垒，适于批量生产。
21、(2)经济和时间成本较低
22、冷适应生物酶的获取需要生物样品、低温离心机、冷冻干燥设备、超滤设备、液氮、色谱或色谱质谱联用设备等，需要投入大量的人力、物力和时间成本。相比于冷适应生物酶的制造过程，本专利技术冷适应纳米酶的合成仅需常见的化工原料和简单设备，操作步骤少，需要的设备简单，经济和时间成本较低。
23、(3)催化活性高和冷适应性强
24、本专利技术制备的冷适应纳米酶因具有氮掺杂碳或co-nx活性位点，并且具有较小的粒径和高的比表面积等优势，因此michaelis-menten动力学模型中vmax大于100nmol/l·s，说明其具有优异的类氧化酶催化活性。另外，本专利技术的冷适应纳米酶在低温环境下(5℃)可维持较高的催化水平，表现出优异的冷适应性，适用于极端工业环境。
25、(4)对底物亲和力好
26、本专利技术制备的冷适本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种冷适应纳米酶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的冷适应纳米酶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中还在溶液A中加入表面活性剂。
3.如权利要求2所述的冷适应纳米酶的制备方法，其特征在于：表面活性剂选用聚丙二醇-嵌段-聚乙二醇-嵌段-聚丙二醇、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠中的任意一种。
4.如权利要求2或3所述的冷适应纳米酶的制备方法，其特征在于：溶液A中表面活性剂的浓度为0.01～0.04g/mL。
5.如权利要求1所述的冷适应纳米酶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中Co(NO3)2·6H2O与Zn(NO3)2·6H2O的摩尔比为4:9或9:4或6:7或0:13或13:0。
6.如权利要求1或5所述的冷适应纳米酶的制备方法，其特征在于：所述的咪唑类有机配体选用咪唑、2-甲基咪唑、苯并咪唑中的任意一种，且咪唑类有机配体在溶液B中的浓度为0.8mmol/mL。
7.如权利要求1所述的冷适应纳米酶的制备方法，其特征在于HCl溶液的浓度为2mol/L；管
8.如权利要求1所述的冷适应纳米酶的制备方法，其特征在于：所制备的冷适应纳米酶具有多孔结构，比表面积为600～1000m2/g，形貌呈现出类菱形十二面体的形状，颗粒大小为400～500nm；如果步骤(1)的原料包含Co(NO3)2·6H2O，则制备的冷适应纳米酶的颗粒表面还有碳纳米管形成，碳纳米管的外径为20～30nm，呈竹节形状。
9.如权利要求2或3所述的冷适应纳米酶的制备方法，其特征在于：所制备的冷适应纳米酶为多孔结构，比表面积为600～1000m2/g，形貌呈现出类菱形十二面体的形状，颗粒大小为200nm；如果步骤(1)的原料包含Co(NO3)2·6H2O，则制备的冷适应纳米酶的颗粒表面还有碳纳米管形成，碳纳米管的外径为20～30nm，呈竹节形状。
...【技术特征摘要】
1.一种冷适应纳米酶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的冷适应纳米酶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中还在溶液a中加入表面活性剂。
3.如权利要求2所述的冷适应纳米酶的制备方法，其特征在于：表面活性剂选用聚丙二醇-嵌段-聚乙二醇-嵌段-聚丙二醇、聚乙二醇、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠中的任意一种。
4.如权利要求2或3所述的冷适应纳米酶的制备方法，其特征在于：溶液a中表面活性剂的浓度为0.01～0.04g/ml。
5.如权利要求1所述的冷适应纳米酶的制备方法，其特征在于：步骤(1)中co(no3)2·6h2o与zn(no3)2·6h2o的摩尔比为4:9或9:4或6:7或0:13或13:0。
6.如权利要求1或5所述的冷适应纳米酶的制备方法，其特征在于：所述的咪唑类有机配体选用咪唑、2-甲基咪唑、苯并咪唑中的任意一种，且咪唑类有机配体在溶液b...
【专利技术属性】
技术研发人员：马逍，赵丽红，张拦，张少文，赵丹，王芳，王万慧，程绍娟，李现东，杜加伟，马大宝，丁煊祺，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：
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