[发明专利]一种氧化石墨烯水凝胶固定化酶的制备方法

说明书

本发明涉及酶工程技术领域，公开了一种氧化石墨烯水凝胶固定化酶的制备方法。本发明提供的制备方法首先通过在氧化石墨烯中引入聚乙烯亚胺交联，然后通过戊二醛修饰进一步提高分子间作用力，最后将酶共价结合负载于水凝胶表面，制得兼具良好的循环批次使用性和催化活性的固定化酶。

技术领域

本发明涉及酶工程技术领域，尤其涉及一种氧化石墨烯水凝胶固定化酶的制备方法。

背景技术

生物酶具有高催化效率、高选择性、反应条件温和等优点。但游离酶催化面临稳定性差、回收困难等问题，使其在工业应用中受到限制。酶固定化技术将游离酶限定在一定空间内或附着在固态结构上不能自由移动，进而提升酶的稳定性和可回收性。载体材料是酶固定化的基础和关键，其性能影响酶催化效率。近年来，多孔硅材料、纳米材料(如氧化石墨烯、碳纳米管等)、磁性材料、金属有机骨架(MOF)等新型材料用于酶的固定化，提高了酶的稳定性和可回收性。

氧化石墨烯是一种单原子层的二维纳米材料，具有比表面积大、表面官能团丰富和生物相容性良好等优点，被认为是一种理想的固定化酶载体材料。例如，氧化石墨烯负载的脂肪酶在气相反应中展现出优异的催化性能。然而，氧化石墨烯作为纳米材料，基于其制备的固定化酶在催化过程中易造成载体残留或损失，循环批次使用性较差。

水凝胶是一类含水的宏观三维多孔结构凝胶材料，在电子、材料以及生物医学等领域应用广泛。组装氧化石墨烯构建宏观多孔的水凝胶材料，并用于酶固定化，有望提升氧化石墨烯固定化酶的可回收性；同时，宏观的三维多孔结构具有良好的流体特性，可用于构建生物反应器。

目前，氧化石墨烯水凝胶酶固定化主要采用共组装固定法，也就是包埋法，即利用氧化石墨烯与生物分子的作用力(如氢键、范德华力、静电相互作用等)，使氧化石墨烯与生物分子自组装构建水凝胶，将酶包裹在水凝胶内部以实现酶的固定。然而，由于生物分子与氧化石墨烯之间的作用力较弱，共组装法构建的水凝胶机械性能较差，导致固定化酶的循环批次使用性较差；同时，由于酶被包埋在水凝胶内部，该固定化酶的催化活性较低。

因此，亟待开发一种新的氧化石墨烯水凝胶固定化酶的制备方法，使得固定化酶兼具良好的循环批次使用性和催化活性。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种氧化石墨烯水凝胶固定化酶的制备方法。本发明提供的制备方法首先通过在氧化石墨烯中引入聚乙烯亚胺交联，然后通过戊二醛修饰进一步提高分子间作用力，最后将酶共价结合负载于水凝胶表面，制得兼具良好的循环批次使用性和催化活性的固定化酶。

本发明的具体技术方案为：

本发明提供了一种氧化石墨烯水凝胶固定化酶的制备方法，包括以下步骤：

(1)交联凝胶制备：取氧化石墨烯溶解，调节pH至碱性，加入聚乙烯亚胺溶液，混匀，反应，得到聚乙烯亚胺交联的氧化石墨烯水凝胶；

(2)戊二醛修饰：取步骤(1)制备得到的水凝胶置于戊二醛溶液中，反应，得到戊二醛修饰的氧化石墨烯水凝胶；

(3)酶负载：将步骤(2)制备得到的水凝胶加入酶溶液中，固定反应，获得所述氧化石墨烯水凝胶固定化酶。