[发明专利]一种防污酶在氧化石墨烯表面的固定化方法

说明书

本发明属于海洋生物污损防护材料制备技术领域，具体涉及一种防污酶在氧化石墨烯表面的固定化方法，工艺过程包括分散、氨基化、醛基化和固定化，采用单层或多层氧化石墨烯作为防污酶的固定化载体，一是利用氧化石墨烯的吸附作用和氨基烷氧基硅烷的氨基化直接物理固定防污酶，二是利用氧化石墨烯表面的含氧基团(羟基、环氧基等)和戊二醛的醛基化化学固定防污酶，具体工艺过程是：首先将氧化石墨烯与氨基烷氧基硅烷混合制备成分散液并搅拌回流，使得氧化石墨烯分散液的氨基化，然后通过戊二醛对氨基化的氧化石墨烯醛基化，最后将防污酶固定在氨基化的氧化石墨烯表面形成共价结合的固定化防污酶；其固定化方法原理科学可靠，操作简便。

技术领域：

本发明属于海洋生物污损防护材料制备技术领域，具体涉及一种防污酶在氧化石墨烯表面的固定化方法，是一种利用氧化石墨烯的吸附作用和氧化石墨烯表面的含氧基团(羟基、环氧基等)，依次通过氨基烷氧基硅烷氨基化和戊二醛的醛基化，同时实现防污酶在氧化石墨烯表面的吸附(物理固定)和化学固定的方法。

背景技术：

海洋污损生物也称为海洋附着生物，是生长在船底和海中一切设施、设备和构筑物表面的动物、植物和微生物的总称，污损生物附着生长过程称为生物污损。针对海洋生物污损对船舶和海上人工设施造成严重危害，必须采用有效措施防止海洋生物的污损附着。有机锡防污涂料因严重危害海洋生态和环境，已被禁止使用；目前广泛使用的含铜元素防污涂料由于会导致海湾铜元素累积，同样会导致严重海洋生态环境问题，在一些国家已被限制使用，也面临着禁用的趋势。所以，开发环境友好型海洋防污涂料具有重要意义，其中酶基防污涂层技术由于其环保性、高效性和广普性已引起世界各国的广泛关注和深入研究，成为新型对环境友好防污材料发展的重要方向之一。基于海洋生物污损对船舶及海上人工设施造成严重危害以及传统有毒防污涂料面临禁用和限制使用的背景，开发对环境友好防污涂层材料具有良好的应用前景和重要的环境生态意义。其中利用酶对污损生物黏附物质高效的水解活性和良好的环境友好性发展酶基防污涂层材料是海洋防污技术重要发展趋势，防污酶的固定化处理是其应用过程中的重要环节。

防污酶常用的固定方法可根据作用力分为：物理吸附法、包埋法、醛基化法和共价结合法：Gatenholm等证实包埋在涂料里的细菌仍可保持活力并产生生物活性成分；Holmstrom等则探讨了影响固定于凝胶中细菌活力的因素及所需条件；Dandavate和Yilmaz分别将假丝酵母脂肪酶共价固定在硅纳米粒子和玻璃微珠表面，获得可重复利用和用于酯化合成的酶制剂；Huijs等人通过聚合物中的乙酰乙酸基、醛基、氯甲基等进行防污酶的固定化；固定化防污酶及防污测试结果表明，通过涂层粘结剂的官能团共价连接固定酶可以产生有效的防污作用。以这种方式应用的酶在涂层中体现出显著的防污效果，另外固定化也提高了防污酶的防污性能。Biolocus公司申请的美国专利US20080038241公开的一种用有机硅-丙烯酸自抛光树脂作为成膜物，用酶催化产生过氧化物作防污剂的防污涂料；韩国大学研究与商业基金申请了用酶与纤维混合物作防污物质的防污涂料；国际知名的丹麦酶制剂公司GENECOR公司与著名涂料生产厂商HEMPEL公司合作研发基于葡萄糖化酶和己糖氧化酶联合作用生产双氧水的防污新技术，目前该技术已经成功应用到防污涂料中，并已开始实船应用。防污酶固定化载体主要分为无机载体和有机载体两大类：无机载体目前主要包括硅藻土、硅胶、多孔玻璃、介孔分子筛等多孔无机材料；有机载体目前主要包括天然高分子载体(如海藻酸钠、纤维素、壳聚糖等)和合成有机高分子载体(如大孔树脂、合成纤维等)。