[发明专利]一种局部光热效应的酶催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种局部光热效应的酶催化剂及其制备方法。本发明提出一种催化剂，由光热材料、聚多巴胺及酶组成，经过光热材料将聚多巴胺修饰到石墨烯表面，最后将酶通过聚多巴胺固定在光热材料上形成催化剂。本发明具有可以促进局部发热以达到催化反应的目的，且本发明的制备方法酶适用性广，操作简便，易于工业化，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及催化剂领域，尤其涉及一种局部光热效应的酶催化剂及其制备方法。

背景技术

化学反应中存在旧键的断裂和新键的形成，其过程中涉及到反应能的变化。在化学反应中加入催化剂，能够降低反应能，使化学反应更快进行。催化剂分为天然催化剂和人工合成催化剂。无论采用人工合成催化剂还是采用天然催化剂，在催化反应中，经常需要通过加热来提高反应物分子的能级，使其能够更轻易地越过能量壁垒，发生化学反应。但是，对于一些热稳定性差的反应物分子，或者加热引起较多副反应的反应过程，对反应体系进行整体加热往往不是理想的选择。如果能够实现催化剂表面区域的局部加热，而不改变反应体系整体的温度，即只有当反应物分子接近催化剂时才会被加热而发生催化反应，这种方法将非常有利于热稳定性差的反应物分子发生催化反应，也有利于加热会引起较多副反应发生的反应过程。

酶作为一类由生物体产生的天然催化剂，相比传统的人工合成催化剂，具有高效、专一、反应条件温和等优点，在医药合成、生物传感器等领域应用广泛。游离酶的应用仍存在很多问题，例如在储存及反应过程中酶易失活或变性而导致较差的操作稳定性及重复使用性；另外，酶促反应后酶与底物和产物不易分离，导致产品纯度不高且增加了生产成本。为了解决酶存在的问题，人们将酶固定于不同载体材料中，如多孔载体材料(介孔硅，介孔TiO₂等)、含多电子基团的载体(水滑石，多糖类，碳材料等)。

发明专利申请CN104569099A的中国专利申请公开了一种快速测酚电极及其制备方法，将1-氨基芘(1-AP)功能化的还原氧化石墨烯(rGO)与戊二醛(GA)一端的醛基交联，然后将酪氨酸酶(Tyr)交联到GA另一端的醛基上，得到rGO-1-AP-GA-Tyr酶液。最后将酶液滴涂到丝网印刷电极(SPE)上，得到修饰电极，此发明的酶电极用于化学分析和环境监测领域，具有成本低，操作简便，响应速度快，灵敏度高，检测限低，选择性好等特点。但其制备的产品不能引起自然光下局部发热，无法达到催化反应物的目的。

发明专利申请CN106542568A公开了一种固定化酶、固定化酶载体及其制备方法。本发明申请中固定化酶载体包括氧化石墨烯及修饰于所述氧化石墨烯表面的含有多电子基团的无机纳米颗粒；固定化酶载体是由溶剂中的修饰剂与表面活性剂充分反应形成无机纳米颗粒并修饰于氧化石墨烯表面而制得，固定化酶则包括固定化酶载体及固定于固定化酶载体上的脂肪酶。本发明固定化酶载体一方面其表面具有大量的含氧官能团与酶结合率较高且能够将酶牢固的固定在载体表面，提高了酶的操作稳定性；另一方面具有较大比表面积，为固定化酶在催化过程中提供了充足的催化界面环境及质量转移；另外，固定化酶载体抑制了氧化石墨烯在反复使用过程中的团聚，减少了酶被石墨层覆盖，提高了酶的重复使用性能。但其制备方法适合修饰的酶的种类少，具有一定的局限性，且未公开是否促进局部升温。

因此，需要一种酶适用性范围广、可以促进局部升温已达到催化化学反应目的的催化剂。所得催化剂可以适用于催化热稳定性差的反应分子的催化反应，以及加热引起较多副反应发生的反应过程，在医药合成、生物传感器等领域有很好的应用前景。

发明内容

为了解决现有技术中酶适用性差、不能促进局部加热等问题，本发明提供一种局部光热效应的酶催化剂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供一种局部光热效应的酶催化剂，其特征在于，由光热材料、聚多巴胺及酶组成。

进一步地，所述光热材料为四氧化三铁磁性石墨烯或氧化石墨烯中的一种。

进一步地，所述催化剂的结构为：酶通过聚多巴胺固定在光热材料表面。