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      一種蛋白質(zhì)與金屬有機骨架材料的復(fù)合物的界面合成方法與流程

      文檔序號:12167073閱讀:732來源:國知局
      一種蛋白質(zhì)與金屬有機骨架材料的復(fù)合物的界面合成方法與流程

      本發(fā)明涉及一種蛋白質(zhì)與金屬有機骨架材料的復(fù)合物的界面合成方法,屬于有機-無機雜化材料制備技術(shù)領(lǐng)域。



      背景技術(shù):

      金屬有機骨架化合物,是金屬離子與有機配體結(jié)合形成的一種納米尺寸的復(fù)合物,它是由含氧、氮等的多齒有機配體與過渡金屬離子通過自組裝形成的配位聚合物。這些材料具有三維的孔結(jié)構(gòu),以金屬離子為連接點,有機配體位支撐構(gòu)成空間進行延伸。目前,已經(jīng)有大量的金屬有機骨架化合物被合成,主要是以含羧基有機陰離子配體或與含氮雜環(huán)有機中性配體為主。金屬有機骨架化合物具有孔結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大、化學(xué)穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)可調(diào)控等優(yōu)點。在催化、儲能、分離和分子識別等領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用。

      有機-無機雜化材料集中了有機材料和無機材料各自的特點,在光學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和生物學(xué)等方面具有許多優(yōu)越性能。蛋白質(zhì)與金屬有機骨架材料復(fù)合物作為一種新型的有機-無機雜化材料,在生物催化、醫(yī)學(xué)檢測、生物傳感器等方面都具有很大應(yīng)用前景。現(xiàn)有的蛋白質(zhì)與金屬有機骨架材料復(fù)合物的制備技術(shù)主要有兩種:1)首先合成金屬有機骨架材料,然后以此為載體將蛋白分子通過物理吸附或者化學(xué)結(jié)合的方法固定化在金屬有機骨架材料;2)在溶液中進行蛋白分子、金屬離子和有機配體的混合,通過共沉淀法一步制備蛋白質(zhì)與金屬有機骨架材料復(fù)合物。然而上述方法存在難以批量制備、合成技術(shù)較為復(fù)雜、酶活性損失較大的問題。



      技術(shù)實現(xiàn)要素:

      本發(fā)明的目的是提供一種蛋白質(zhì)與金屬有機骨架材料的復(fù)合物的界面合成方法,該界面合成方法基于噴墨打印技術(shù),具有操作簡單、條件溫和、穩(wěn)定性好、可批量制備、調(diào)控方便等特點。

      本發(fā)明所提供的蛋白質(zhì)與金屬有機骨架材料的復(fù)合物的界面合成方法,包括如下步驟:

      通過噴墨打印的方式,將蛋白質(zhì)、金屬離子和有機配體噴射于打印基底上,經(jīng)反應(yīng)即得所述復(fù)合物。

      本發(fā)明界面合成方法可采用具有多墨盒的商用或工業(yè)噴墨打印機,如市售的愛普生噴墨打印機、佳能噴墨打印機、惠普噴墨打印機、Dimatix材料噴印機等。

      上述的界面合成方法中,將蛋白質(zhì)溶液、金屬離子溶液和有機配體溶液分別加入至噴墨打印機的不同的墨盒中;

      所述蛋白質(zhì)溶液、所述金屬離子溶液和所述有機配體溶液的加入量均可為1~6mL,如3mL;

      所述蛋白質(zhì)溶液、所述金屬離子溶液和所述有機配體溶液分別由所述蛋白質(zhì)、所述金屬離子和所述有機配體溶解于溶劑中得到。

      上述的界面合成方法中,所述溶劑可為水、甲醇、二甲基甲酰胺、乙醇、乙二醇、異丙醇、叔丁醇、丙三醇、二甲基亞砜、乙腈、TritonX-100和丙酮中的一種或幾種的混合物;

      所述蛋白質(zhì)溶液、所述金屬離子溶液和所述有機配體溶液的粘度均可為1~10mPa·s,具體可為2.7~2.9mPa·s、2.7mPa·s、2.8mPa·s或2.9mPa·s;

      所述蛋白質(zhì)溶液、所述金屬離子溶液和所述有機配體溶液的表面張力均可為10~70mN/m,具體可為36~39mN/m、36.5~38.3mN/m、36.5mN/m、36.8mN/m或38.3mN/m。

      上述的界面合成方法中,所述蛋白質(zhì)與所述金屬離子的質(zhì)量比可為0.00001~1:1,具體可為0.22~0.43:1、0.22:1或0.43:1;

      所述金屬離子與所述有機配體的摩爾比可為1:0.1~100,具體可為1:8~40、1:8或1:40。

      上述的界面合成方法中,所述反應(yīng)的溫度可為-10~50℃,時間可為0.01~48小時,如在25℃下反應(yīng)6~24小時、6小時或24小時。

      上述的界面合成方法中,所述蛋白質(zhì)為細胞色素C、細胞色素P450、辣根過氧化物酶、乙醇脫氫酶、脂肪酶、乙酰膽堿酯酶、漆酶、綠色熒光蛋白、葡萄糖脫氫酶、葡萄糖氧化酶、胰蛋白酶、枯草桿菌蛋白酶、碳酸酐酶、乙醇脫氫酶、蔗糖酶、南極假絲酵母脂肪酶、3α-羥類固醇脫氫酶、黃遞酶、尿酸酶、乳酸脫氫酶和過氧化氫酶中的任一種或幾種;

      所述蛋白質(zhì)的分子量可為5~300kDa。

      上述的界面合成方法中,所述金屬離子為鋅離子、銅離子和鋁離子中任一種或幾種;

      所述鋅離子來自于水合硝酸鋅、水合醋酸鋅、水合硫酸鋅和水合氯化鋅中任一種或幾種;

      所述銅離子來自于水合醋酸銅、水合硝酸銅和水合氯化銅中任一種或幾種;

      所述鋁離子來自于水合硝酸鋁、水合氯化鋁和水合硫酸鋁中任一種或幾種。

      上述的界面合成方法中,所述有機配體為2-甲基咪唑、苯并咪唑、咪唑、均苯三酸、苯甲酸、對苯二甲酸、偏苯三酸中任一種或幾種。

      上述的界面合成方法中,所述打印基底為普通A4打印紙、濾紙、涂覆親水高分子層的塑料薄片、PET薄片、PVC薄片、銅片、無紡布、牛皮紙和錫紙中的任一種。

      上述的界面合成方法中,所述界面合成方法包括根據(jù)計算機設(shè)計的圖案和色彩進行噴墨打印的步驟,打印圖案形狀根據(jù)實際用途設(shè)計,可為圓形,長方形或更復(fù)雜的圖案,可通過打印圖案的顏色配比來調(diào)控噴墨打印各反應(yīng)物間的比例。

      本發(fā)明方法在所述打印基底上得到的所述蛋白質(zhì)與金屬有機骨架材料的復(fù)合物也屬于本發(fā)明的保護范圍。

      本發(fā)明具有以下優(yōu)點:

      本發(fā)明蛋白質(zhì)與金屬有機骨架材料的復(fù)合物的界面合成方法具有操作簡單、條件溫和、穩(wěn)定性好、可批量制備、調(diào)控方便等特點。對不同種蛋白質(zhì)、金屬有機骨架材料以及不同的打印介質(zhì)都具有很好的適用性??梢灾苯釉诮橘|(zhì)表面一步、快速合成蛋白質(zhì)與金屬有機骨架材料復(fù)合物,并可以根據(jù)需要進行圖案化設(shè)計。所得產(chǎn)品的穩(wěn)定性提高、催化活性提高,在生物催化、醫(yī)學(xué)和環(huán)境檢測、生物傳感器等方面都有很好的應(yīng)用前景。

      附圖說明

      圖1是實施例1所制備的復(fù)合物的掃描電鏡圖。

      圖2是實施例2所制備的復(fù)合物的掃描電鏡圖。

      圖3是實施例3所制備的復(fù)合物的掃描電鏡圖。

      圖4是實施例4所制備的復(fù)合物的掃描電鏡圖。

      圖5是實施例5所制備的復(fù)合物的掃描電鏡圖。

      圖6是實施例6所制備的復(fù)合物的掃描電鏡圖。

      圖7是實施例7所制備的復(fù)合物的掃描電鏡圖。

      圖8是實施例8所制備的復(fù)合物的掃描電鏡圖。

      圖9是實施例9所制備的復(fù)合物的掃描電鏡圖。

      圖10是實施例10所制備的復(fù)合物的掃描電鏡圖。

      圖11是實施例11所制備的復(fù)合物的掃描電鏡圖。

      圖12是實施例13所制備的復(fù)合物的掃描電鏡圖。

      圖13是實施例14所制備的復(fù)合物的掃描電鏡圖。

      圖14是實施例15所制備的復(fù)合物的掃描電鏡圖。

      圖15是實施例16所制備的復(fù)合物的掃描電鏡圖。

      圖16是實施例15所制備的復(fù)合物的掃描電鏡圖。

      圖17是實施例16所制備的復(fù)合物的掃描電鏡圖。

      圖18是實施例1所制備的復(fù)合物與ZIF-8晶體的X射線衍射數(shù)據(jù)圖。

      圖19是實施例1所制備的復(fù)合物對過氧化氫的顯色示意圖。

      具體實施方式

      下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明,均為常規(guī)方法。

      下述實施例中所用的材料、試劑等,如無特殊說明,均可從商業(yè)途徑得到。

      實施例1、蛋白質(zhì)與金屬有機骨架材料復(fù)合物的界面合成

      1、配制含細胞色素C(分子量為12400),濃度為8mg/mL的溶液(粘度為2.8mPa.s,表面張力為38.3mN/m),溶劑為水、丙三醇和TritonX-100的混合物,三者的質(zhì)量比為175:75:1。

      2、分別配制濃度為125mmol/L的水合硝酸鋅的溶液(粘度為2.7mPa.s,表面張力為36.5mN/m)和濃度為1mol/L的2-甲基咪唑的溶液(粘度為2.8mPa.s,表面張力為36.5mN/m),溶劑均為DMSO、乙二醇和乙醇的混合物,三者的體積比為4:6:9。

      3、將上述的硝酸鋅溶液放入打印機藍色墨盒中,2-甲基咪唑溶液放入到紅色墨盒中,細胞色素C溶液放入到黃色墨盒中,將步驟2中的混合溶劑加入黑色墨盒(所有墨盒必須有墨水才能打印),加入量為3mL,,靜置10分鐘。

      4、使用濾紙作為打印基底,裝入噴墨打印機的進紙區(qū)。

      5、設(shè)置打印圖案顏色為:藍色100%,黃色100%,紅色100%,即細胞色素C與鋅離子的質(zhì)量比為0.22:1,鋅離子與2-甲基咪唑的摩爾比為1:8,執(zhí)行打印程序,重復(fù)打印次數(shù)4次。

      6、將步驟5所得產(chǎn)物置于25℃下空氣中干燥6小時。

      本實施例制備的復(fù)合物的掃描電鏡照片如圖1所示,由圖1可知,所得復(fù)合物的主體形狀比較規(guī)則,顆粒粒徑在100nm~500nm之間。

      本實施例制備的復(fù)合物的X射線衍射圖如圖18所示,由圖18可知,復(fù)合物保留了金屬有機骨架化合物(ZIF-8)中的晶面。

      本實施例制備的復(fù)合物對過氧化氫檢測結(jié)果如圖19所示,由圖19可知,以細胞色素C/ZIF-8復(fù)合物為催化劑時,對濃度在10mM到120mM之間的過氧化氫待測液,可以明顯的看出顏色深淺的差異,可以用于過氧化氫濃度的快速檢測。

      上述打印細胞色素C的樣品片檢測過氧化氫的具體方法是:以過氧化氫和2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽(ABTS)為底物,將待測的樣品片裁剪成0.6mm直徑的圓片,將2mM過氧化氫與532μM ABTS加入1mL磷酸緩沖溶液(50mM,pH7.0)中,取10μL滴在圓片上,放置10min,觀察顯色顯色。

      將打印細胞色素C的樣品片替換為下述實施例中制備的蛋白質(zhì)-復(fù)合物,其它操作一致,以細胞色素C測定的酶活為100%進行計算。

      實施例2、蛋白質(zhì)與金屬有機骨架材料復(fù)合物的界面合成

      操作步驟同實施例1,不同之處在于,將步驟2中硝酸鋅溶液更改為醋酸銅溶液(粘度為2.9mPa.s,表面張力為36.8mN/m),二甲基咪唑溶液更改為均苯三酸溶液(粘度為2.9mPa.s,表面張力為36.8mN/m),濃度分別為20mmol/L和80mmol/L,進行反應(yīng)。

      本實施例制備的復(fù)合物的掃描電鏡照片如圖2所示,由圖2可知,所得復(fù)合物的主體形狀為比較規(guī)則的片狀結(jié)構(gòu),顆粒粒徑在50nm~200nm之間。

      將復(fù)合物應(yīng)用于H2O2檢測,檢測限可達到10mM。

      實施例3-4、蛋白質(zhì)與金屬有機骨架材料復(fù)合物的界面合成

      操作步驟同實施例1,不同之處在于,將細胞色素C依次替換為辣根過氧化物酶和南極假絲酵母脂肪酶。

      復(fù)合辣根過氧化物酶的復(fù)合物的掃描電鏡圖如圖3所示。

      葡萄糖氧化酶的復(fù)合物的掃描電鏡圖如圖4所示。

      由上述各圖可得知,實施例3-4制備得到的復(fù)合物主體形狀比較規(guī)則,尺寸在100nm~500nm之間。

      將復(fù)合物應(yīng)用于H2O2檢測,檢測限可達到15mM。

      實施例5-7、蛋白質(zhì)與金屬有機骨架化合物復(fù)合物的合成

      將實施例1中的介質(zhì)由濾紙改為PVC薄片、打印膠片和銅片,將幾種材質(zhì)的打印次數(shù)依次改為1次。

      PVC薄片打印的復(fù)合物掃描電鏡照片如圖5所示。

      打印膠片打印的復(fù)合物掃描電鏡照片如圖6所示。

      銅片打印的復(fù)合物掃描電鏡照片如圖7所示。

      由上述各圖可得知,實施例5-7制備得到的復(fù)合物,尺寸在100nm~1μm,本實施例制備得到的復(fù)合物與實施例1制得的復(fù)合物相比表面不規(guī)則程度增加。

      將復(fù)合物應(yīng)用于H2O2檢測,檢測限可達到10mM。

      實施例8、蛋白質(zhì)與金屬有機骨架化合物復(fù)合物的合成

      操作步驟同實施例1,不同之處在于,將步驟3的打印次數(shù)改為8次。

      打印8次的復(fù)合物的掃描電鏡照片如圖8所示,由圖8可知,本實施例制備得到的復(fù)合物與實施例1制得的復(fù)合物相比界面上的分布密度增加。

      將復(fù)合物應(yīng)用于H2O2檢測,檢測限可達到12mM。

      實施例9、將實例8中的介質(zhì)由濾紙改為A4打印紙。

      復(fù)合物的掃描電鏡照片如圖9所示,由圖9可知,本實施例制備的復(fù)合物與實施例1制得的復(fù)合物晶體的分布更加不均勻。

      將復(fù)合物應(yīng)用于H2O2檢測,檢測限可達到20mM。

      實施例10、蛋白質(zhì)與金屬有機骨架化合物復(fù)合物的界面合成

      操作步驟同實施例1,不同之處在于,將步驟1的酶替換成辣根過氧化物酶,濃度替換為4mg/mL。

      本實施例制備的復(fù)合物的掃描電鏡照片如圖10所示,由圖10可知,本實施例制備得到的復(fù)合物與實施例1制得的復(fù)合物基本一致。

      實施例11、蛋白質(zhì)與金屬有機骨架化合物復(fù)合物的界面合成

      操作步驟同實施例1,不同之處在于,水合硝酸鋅溶液和2-甲基咪唑溶液濃度替換為62.5mmol/L和1mol/L,得到的結(jié)果如圖11所示。

      實施例12、蛋白質(zhì)與有機骨架化合物的復(fù)合物的界面合成。

      操作步驟同實施例2,不同之處在于,將均苯三酸替換為對苯二甲酸,得到的復(fù)合物表面不規(guī)則。

      實施例13、蛋白質(zhì)與金屬有機骨架化合物復(fù)合物的界面合成

      操作步驟同實施例1,不同之處在于,金屬溶液和有機配體溶液的溶劑替換為水、乙醇和乙二醇的混合物。

      本實施例制備的復(fù)合物的掃描電鏡照片如圖12所示,由圖12可知,本實例所得的復(fù)合物大小均勻,尺寸在100nm左右。

      實施例14、蛋白質(zhì)與金屬有機骨架化合物復(fù)合物的合成

      1、分別配制濃度為0.0625mol/L的水合硝酸鋅水溶液(粘度為2.8mPa.s,表面張力為36.5mN/m),濃度為2.5mol/L的2-甲基咪唑水溶液(粘度為2.8mPa.s,表面張力為36.5mN/m),溶劑為DMSO、乙二醇和乙醇的混合物,對所得溶液分別進行超聲處理10分鐘。

      2、配制細胞色素C溶液(粘度為2.8mPa.s,表面張力為38.3mN/m),溶劑為水、叔丁醇和乙二醇的混合物,細胞色素C的濃度為8mg/mL。

      3、將上述的硝酸鋅溶液放入打印機藍色墨盒中,2-甲基咪唑溶液放入到紅色墨盒中,細胞色素C溶液放入到黃色墨盒中,將步驟2中的混合溶劑加入黑色墨盒,將步驟2中的混合溶劑加入黑色墨盒,加入量為3ml,靜置10分鐘。

      4、使用A4紙作為打印基底,裝入打印機進紙區(qū)。

      5、設(shè)置打印圖案顏色為:藍色100%,黃色80%,紅色100%,即細胞色素C與鋅離子的質(zhì)量比為0.43:1,鋅離子與2-甲基咪唑的摩爾比為1:40,執(zhí)行打印程序,打印次數(shù)1次。

      6、將步驟5所得產(chǎn)物置于25℃下空氣中干燥24小時。

      本實施例制備的復(fù)合物的掃描電鏡照片如圖13所示,由圖13可知,本實例所得的復(fù)合物粒徑分布范圍較大。

      將復(fù)合物應(yīng)用于H2O2檢測,檢測限可達到10mM。

      實施例15、蛋白與金屬有機骨架化合物復(fù)合物的界面合成

      操作步驟同實施例14,不同之處在于,將步驟1的細胞色素C濃度替換為0.15mg/mL。

      本實施例制備的復(fù)合物的掃描電鏡照片如圖14所示,由圖14可知,本實例所得的復(fù)合物粒徑分布范圍較大。

      實施例16、蛋白/金屬有機骨架化合物復(fù)合物的界面合成

      操作步驟同實施例1,不同之處在于,將打印圖案顏色比例調(diào)整為藍色80%,黃色100%,紅色80%。

      本實施例制備的復(fù)合物的掃描電鏡照片如圖15所示,由圖15可知,本實例所得的復(fù)合物粒徑分布范圍較大,并摻雜部分副產(chǎn)物。

      實施例17、蛋白/金屬有機骨架化合物復(fù)合物的界面合成

      操作步驟同實施例1,不同之處在于,將步驟2中硝酸鋅溶液更改為硝酸鋁溶液,二甲基咪唑溶液更改為對苯二甲酸溶液,濃度分別為20mmol/L和80mmol/L,進行反應(yīng)。

      本實施例制備的復(fù)合物主體形狀為比較規(guī)則,顆粒粒徑在100nm~500nm之間。

      實施例18-19、蛋白/金屬有機骨架化合物復(fù)合物的界面合成

      操作步驟同實施例14,不同之處在于將細胞色素C分別更換為黃遞酶和乙酰膽堿酯酶。本實施例制備的復(fù)合物的掃描電鏡照片如圖16和圖17所示,由圖可知,實施例所得的復(fù)合物粒徑分布范圍較大。

      以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例,凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的變化與修飾,皆應(yīng)屬于本發(fā)明的涵蓋范圍。

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