[发明专利]磁性氧化石墨烯复合材料固定化辣根过氧化物酶及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种磁性氧化石墨烯复合材料固定化辣根过氧化物酶及其制备方法和应用，属于无机材料和分析技术领域；本发明首先通过磁性氧化石墨烯GO‑Fe₃O₄和6‑arm‑PEG‑NH₂制备了含有六臂聚乙二醇氨基（6‑arm‑PEG‑NH₂）的磁性聚合物微球，并固定化辣根过氧化物酶，并将该固定化酶用于降解污染物苯酚；该材料合成过程设计合理，该载体材料耦合了氧化石墨烯的类酶催化活性以及多臂聚合物6‑arm‑PEG‑NH₂表面高密度氨基官能团于一体，有效的提高固定化酶的活性和重复利用能力；并且，本发明制备的固定化酶对对苯酚的降解速率明显高于游离酶和载体材料。

技术领域

本发明属于无机材料和分析技术领域，涉及一种磁性氧化石墨烯复合材料固定化辣根过氧化物酶及其制备方法和应用。

背景技术

辣根过氧化物酶（HRP）是一种很有前途的生物催化剂，据报道，它可用于溶液中酚类化合物和芳香胺的去除以及纺织废水的脱色。在过氧化氢存在下HRP催化酚类的氧化生成苯氧基。生成的自由基形成不溶性聚合物，可以通过简单的过滤或倾析进行分离。这种方法的显着缺点之一是由于聚合会导致酶失活，使参与反应的辣根过氧化物酶的催化寿命相对较短。为了解决这个问题，陈等人（Cheng J, Ming Y S, Zuo P. Horseradishperoxidase immobilized on aluminium-pillared inter-layered clay for thecatalytic oxidation of phenolic wastewater. [J]. Water Research, 2006, 40(2):283-290.）通过将辣根过氧化物酶固定化，在较宽的pH值范围内（4.5到9.3），苯酚去除效果也很好，并可以将产物沉淀或转化为其他产品。Entezari等人（Entezari M H, Pétrier C.A combination of ultrasound and oxidative enzyme:sono-biodegradation ofsubstituted phenols. [J]. 2003, 10(4-5):241-246.）通过超声辐照增强苯酚酶促氧化反应效应，且超声强化酶促氧化相结合的方法比单独的超声降解或酶处理苯酚及其卤代化合物更有效。目前已见报道的关于增强酶促效应的类酶催化剂物质有表面分子印迹纳米TiO₂，Fe₃O₄磁性纳米粒子等。

有人报道氧化石墨烯（GO）具有过氧化物酶类酶活性，在过氧化氢的存在下，可以催化过氧化物酶底物3, 3, 5, 5-四甲基联苯胺的氧化。GO是厚度只有一个原子大小的二维纳米材料。丰富的表面基团和比较大的比表面积，独特的双面结构，表面易于功能化，可以作为载荷生物大分子的有效载体。由于其表面高导电性，GO固定化酶的电化学应用方面已有报道。此外，由于GO具有较高的比表面积，使其可以在非均相反应中具有巨大的潜在应用前景。同时，Fe₃O₄磁性纳米粒子（Fe₃O₄ MNP）也可激活过氧化氢，导致苯酚等有机污染物在H₂O₂存在下氧化降解，同样具有过氧化物类酶活性。

由于GO具有较大的比表面积和丰富的官能团，是固定化酶的理想的材料，因此设计一个新型催化体系，通过在GO上接枝6臂聚合物（6-arm- PEG-NH₂）形成酰胺。通过戊二醛将辣根过氧化物酶与6-arm-PEG-NH₂结合实现酶的固定化。亲水性PEG和剩余的亲水基团可以帮助酶保留更多的必需的水分子，防止聚合沉淀导致的失活，保持其活性构象。同时在GO上附载四氧化三铁粒子，通过施加适当的磁场有助于回收该固定化酶。更重要的是，GO和四氧化三铁粒子都具有过氧化物类酶效应，可以成倍增强降解苯酚效果。

发明内容

本发明的目的在于克服游离辣根过氧化物酶存在的缺陷，从而合成一种磁性氧化石墨烯复合材料固定化辣根过氧化物酶