[发明专利]一种多功能模拟酶复合球的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于酶催化与环境毒物催化降解技术领域，涉及一种多功能模拟酶复合球的制备方法及其应用。

背景技术

酶是重要的生物催化剂，具有专一性强、催化效率高、无污染等优良性能。绝大多数酶是大分子蛋白质，必须在温和适宜的条件下才能发挥催化作用，在高温、高离子浓度、强酸、强碱及部分有机溶剂中均不稳定，容易变性失活而降低其催化性能。为了解决这些问题，研究工作者们尝试对天然酶进行修饰形成模拟酶以改良其催化性能。模拟酶是一类人工合成的非蛋白结构但是却与天然酶具有相类似的催化活性的催化剂。并且，固定化修饰的酶稳定性有所增加,有一定的形状和机械强度,可以装填在反应器中长期使用,便于实现生产自动化和连续化。常见的酶的固定化有吸附、包埋、结合和交联等方式。其中，包埋固定化法是近年来发展迅速的一种新兴固定化技术，是把酶固定在聚合物材料的格子结构或微囊结构等多空载体中，而底物仍能渗入格子或微囊内与酶相接触，并使其保持活性且能反复利用。常用的包埋固定化载体有琼脂、明胶、海藻酸钠（SA）、聚乙烯醇和丙烯酰胺。其中，海藻酸钠是一种线性天然生物大分子多糖类，在单元糖环上具有羧基和羟基等功能基团，温和条件下可与二价阳离子（如Ca²⁺、Zn²⁺）形成凝胶，并且由于海藻酸可生物降解、生物相容性和黏附性好而广泛应用。药学中利用海藻酸钠的成膜性制备微囊，利用其溶解度特性、凝胶和聚电解质作为缓释制剂的载体、包埋剂或生物粘附剂等。

血红素（Hemin）作为辣根过氧化物酶（HRP）等血红素类蛋白质的催化活性中心，是由二价铁离子镶嵌在原卟啉环中构成的一种小分子铁卟啉化合物，能够催化H₂O₂氧化底物反应产生颜色变化，表现出类过氧化物酶的活性。然而，血红素本身催化活性低且不溶于水，在水溶液中易聚集成活性很低的二聚体，在氧化性媒介中结构易被破坏而致催化活性减弱。为了解决这些问题，研究工作者们尝试对血红素进行化学修饰以改良其催化性能。近年来，随着纳米技术的高速发展，贵金属纳米材料（如纳米金）由于粒径小、表面活性高和比表面积大而被广泛用作催化剂。目前，对金纳米颗粒的类过氧化物酶催化性能的研究已显成熟，特别是，采用纳米金颗粒修饰过氧化物酶以提高其催化性能的研究已被广泛报道，一些经过生物矿化生成的小尺寸（小于5 nm）金纳米颗粒不仅本身具有一定的过氧化物酶活性，而且可接近或深入被修饰的过氧化物酶的催化活性中心，极大地发挥其纳米导线功能，促进酶催化反应的电子传输能力。

与此同时，磁性四氧化三铁（Fe₃O₄）纳米材料因具有量子尺寸、小尺寸、表面和宏观量子隧道效应，以及独特的磁性可回收利用性质，在现代社会越来越受到人们的关注，在物质分离、催化及环境毒物降解领域发挥极大作用。而且这些纳米材料制备简单、廉价、稳定性高，且具有抗变形性和可回收利用性，在酶催化降解应用中比天然酶更具有优势。另外，球形石墨烯（SG）因具有优良的机械性质、特殊的单原子层平面二维结构和超高的比表面积，广泛用于结合一些纳米材料形成复合催化剂，提高对污染物的吸附能力。

发明内容

本发明通过模拟天然酶的催化原理，提供一种多功能模拟酶复合球的制备方法，制备出一种具有显著酶催化活性和高吸附降解性的磁性模拟酶复合球（SA-Hemin-Au-SG-Fe₃O₄）。具有催化活性高、稳定性好、可回收利用等优点。

同时，本发明还提供了上述多功能模拟酶复合球的应用，将该模拟酶复合球用于一些环境有机毒物，如苯酚（Ph）、亚甲基蓝（MB）和罗丹明B（RB）等的快速催化、吸附降解。

本发明的技术方案如下：

一种多功能模拟酶复合球的制备方法，在碱性条件下，以血红素（Hemin）为还原剂和稳定剂，与氯金酸（HAuCl₄）混合后矿化反应，形成具有高催化活性的金纳米簇模拟酶（Hemin- Au），再与球形石墨烯（SG）和四氧化三铁（Fe₃O₄）混合反应后，加入海藻酸钠（SA）与钙离子进行包埋处理，得到多功能模拟酶复合球（SA-Hemin-Au-SG-Fe₃O₄）。

上述一种多功能模拟酶复合球的制备方法，步骤包括：