[发明专利]一种基于孢粉外壁胶囊的微马达及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于孢粉外壁胶囊的微马达及其制备方法,本发明采用腐蚀掉内核的花粉孢粉外壁胶囊作为载体，在其内部装载过氧化物酶；在其外部不对称溅射金属铂层，包裹含有碳酸氢铵的多巴胺涂层；在多巴胺外层原位生长磁性氧化铁纳米颗粒。合成了可以通过磁场定向驱动到所需位置，在近红外刺激下释放过氧化物酶并通过化学反应自主运动的微马达，可以有效降解水环境中的有机污染物。微马达依靠化学反应产生的自主运动具有自搅拌的功效。该微马达的合成符合绿色环保的要求，并且可以实现无缆自驱动，进行长距离、大范围作业或深入狭小空间进行定点降解，缩短操作时间，提高处理效率。

技术领域

本发明属于微纳米材料及环境领域，涉及一种具有磁驱动和化学自驱动特性的孢粉外壁胶囊微马达，具体涉及到一种能够通过外部磁场定向驱动，并在近红外刺激下使外部聚合物破裂，从而释放可以在双氧水燃料中自主运动的装载过氧化物酶的孢粉外壁胶囊微马达来降解高浓度有机污染物。

背景技术

水污染已经成为影响人类生存和可持续发展的全球性问题。随着工业的迅速发展，废水中开始出现大量的有机化学物质。有机污染物对环境污染十分严重，所以对含这些污染物的废水进行有效处理是极为必要的。利用吸附剂吸附有机污染物，吸附剂再生成本高，难以大规模应用，而化学氧化法氧化剂成本高，且容易造成二次污染。因为具有效率高、能源消耗少、反应条件温和、副产物少等优点，生物催化在有机污染物降解领域的应用逐渐成为研究的热点。虽然微生物可以降解有机污染，但是微生物生长需要一定的条件。酶是从生物体内提取的一种具有高度催化效能的蛋白质，使用酶代替微生物对有机污染物进行降解可以降低降解环境要求，耐毒能力也大大提高。辣根过氧化物酶(HRP)作为一种具有高活性的天然催化剂，具有良好的生物相容性，可以用于降解水中的芳香族污染物和染料。对于自然水体的原位治理，如何将用于降解有机污染物的酶运输到定点位置，并进行定时释放是实际应用中面临的一个问题。

微纳马达是一种具有独特运动能力的微纳米材料，可以将所负载物质主动运输到所需位置，因此，利用微纳马达装载酶可以实现水体中有机污染物的原位降解。已报道的微纳马达大多需要复杂的合成过程，并且所用材料很多不具备生物兼容性，可能对水体造成新的污染。孢粉外壁胶囊是一种源于花粉的天然材料，具有环境友好、耐酸耐碱、性质稳定和高度单分散等特点。利用酸将花粉内核腐蚀即可以形成孢粉外壁胶囊，而胶囊中空的结构也有利于酶的大量装载，为酶的定向运输提供了便利条件。以孢粉外壁胶囊作为基底大大简化了具有装载功能的微马达的制备，可以实现对有机物污染物高效、低成本的降解。为了实现微马达的定向运动和定点治理，可以对孢粉外壁胶囊马达的外层进行修饰，覆盖能够对近红外产生响应的聚多巴胺仿生涂层和磁性氧化铁纳米颗粒。修饰后的孢粉外壁胶囊马达可以在外界磁场控制下到达指定位置，随后，在近红外刺激下，聚多巴胺涂层破裂使微马达表面的铂金属层接触双氧水燃料，产生自主运动，并且释放过氧化物酶，实现对该位置有机污染物的降解。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于孢粉外壁胶囊的微马达及其制备方法，操作简便，成本低廉，环境友好，可进行磁驱动和化学自驱动。

本发明的另一目的是提供上述方法制得的微马达降解高浓度有机废水的应用，绿色环保，可以深入到传统手段无法到达的位置进行作业，实现水体的原位修复。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一种可定时定点降解有机污染物的基于孢粉外壁胶囊的微马达制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）通过酸解预处理花粉，形成孢粉外壁胶囊；

（2）在孢粉外壁胶囊表面修饰一层可催化双氧水分解的金属催化剂，形成微马达；

（3）通过真空负载手段将过氧化物酶装载到微马达胶囊内部；

（4）在微马达外层包裹一层可以对红外产生响应而破裂的聚合物；

（5）在聚合物外层负载磁性纳米粒子；