纳米粒子及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物技术、纳米材料和环境治理技术领域，具体涉及一种漆酶介体 ABTS-SiO2纳米粒子及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 漆酶（EC 1. 10. 3. 2,苯二酚氧化酶）是一种多铜离子的蛋白，属于蓝色氧化酶，能 催化多种有机底物包括酚类、芳香胺和无机化合物，其以氧作为电子受体，产生的副产物只 有水。由于漆酶有很广泛底物范围，在许多工业和生物技术中得到应用，它们是一类非常 重要的酶。研宄报道表明，在单独应用漆酶时，其对氧化还原电位较高的底物，不能够发生 完全的催化作用。但是，在加入一些被称为漆酶介体的物质后，如2, 2-联氮-二（3-乙 基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐（ABTS)等，能够显著促进漆酶对非酚类或非酶类底物的催 化作用。这些介体作为电子载体，能使电子在酶和非酚类底物之间转移。漆酶介体体系的 发现，进一步促进了漆酶的广泛使用，目前漆酶介体体系在造纸工业、有机合成、生物传感 器和环境处理等多个领域有广泛应用。然而，大部分作用效果强的介体属于人工合成的化 合物(如ABTS)，这些合成的介体是小分子化合物，而漆酶的催化反应在溶液中完成，因此介 体在使用的过程中处于一种水溶的状态，如果大量的使用这些介体，会存在以下些问题：其 一，由于介体使用后难以回收，随着废液流失，从而提高了漆酶介体系统使用成本；其二，合 成的介体有一定的毒性，使用后丢弃会造成环境污染；其三，使用后的介体如何进一步再生 利用。解决这些问题的主要思路是将介体小分子连接到固体材料中，将其固定化处理，易于 回收，从而使其再生，能够重复使用。
[0003] 纳米材料具有高比表面积和高活性等特点，其中SiO2纳米粒子的制备和表面修饰 技术已经取得了较大成功，使其在医学、生物技术、纺织、粘合剂和涂料等诸多领域得到了 较为广泛的应用。将ABTS修饰到SiO2纳米粒子上，有效利用了纳米SiO 2的生物相容性，另 外纳米级别的粒子对反应的传质过程影响较小。ABTS是一种最早使用的漆酶介体，具有催 化效率高和使用方便等优点，而如何利用化学合成的方法，将ABTS共价连接到SiO2纳米粒 子上，这是一个十分重要的研宄课题。修饰有ABTS的纳米粒子可以作为一种漆酶介体，能 够大大扩展漆酶的应用范围，甚至可以扩展到能使用ABTS作为介体的其他氧化酶类如胆 红素氧化酶和木质素氧化酶等，因此具有重要的应用价值。
[0004] 在染料生产和纺织的过程中会使用到大量的染料，而很多染料具有良好的水溶 性，生产过程和洗涤过程中产生的染料废水，对于水体会造成明显的污染。大部分染料具有 一定的毒性，难以被环境吸收和生物降解，影响水生生物的生存和人体健康，造成严重的环 境污染问题，因此当今面临的一个重大环境污染问题是如何除去污水中的染料。寻找高效 且低成本的除去工业废水中染料的方法是一个重大的挑战，现已应用的方法有吸附、混凝、 生物降解、化学降解和光降解等，但这些方法普遍存在效率低和成本高等缺陷。
【发明内容】
[0005] 本发明解决的技术问题是提供了一种工艺简单、成本低廉、重复性好且能够较好 地满足量产要求的漆酶介体ABTS-SiO2纳米粒子的制备方法，该制备方法是将ABTS通过共 价接枝到氨基化的SiO2纳米粒子表面形成漆酶介体ABTS-SiO 2纳米粒子。
[0006] 本发明解决的另一个技术问题是上述制得的漆酶介体ABTS-Si02m米粒子在去除 水体中污染物的应用，在SiO2纳米粒子固定化的ABTS漆酶介体完成催化作用后，再用还原 性物质（如抗坏血酸等)与氧化后的ABTS发生还原反应，重新生成ABTS，然后通过离心或者 过滤来回收ABTS-Si02m米粒子，进而实现SiO 2纳米粒子固定化的ABTS漆酶介体循环使 用。
[0007] 本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种漆酶介体ABTS-SiO2纳米粒 子的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1)将ABTS溶于无水甲醇中，再加入叔丁醇钾， 超声分散均匀后搅拌反应l_3h，过滤后用无水甲醇洗涤多次，然后干燥除去甲醇，得到灰白 色的2, 2-联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二钾盐；（2)将三苯基磷溶于无水乙腈 中并在冰浴条件下滴加溴至溶液呈浅黄色，再加入三苯基磷使溶液变成无色，得到二溴三 苯基膦；（3)在步骤（2)制得的二溴三苯基膦中加入步骤（1)制得的2, 2-联氮-二（3-乙 基-苯并噻唑-6-磺酸）二钾盐，搅拌反应l-3h，得到2, 2-联氮-二（3-乙基-苯并噻 唑-6-磺酰溴）；（4)在步骤（3)的反应液中加入表面氨基化的SiO2纳米粒子和三乙胺， 继续搅拌反应完全后，离心收集沉淀，所得沉淀分别用甲醇和水多次洗涤后得到漆酶介体 ABTS-SiO2纳米粒子。
[0008] 本发明所述的由上述制备方法制得的在Si02m米粒子表面共价接枝ABTS的漆酶 介体ABTS-Si02m米粒子，其具有如下结构：
[0009] 本发明所述的由上述方法制得的漆酶介体ABTS-SiO2纳米粒子在去除水体中污染 物的应用，其特征在于具体方法为：（1)取上述制得的漆酶介体ABTS-SiO2纳米粒子加入 到pH=4. 5的醋酸缓冲溶液中，再加入漆酶，然后加入含有污染物的水体，振荡反应至完全； (2)在步骤（1)的酶催化反应完全后，加入抗坏血酸，搅拌反应至ABTS-SiO2纳米粒子从绿 色变成浅黄色，然后将反应混合液离心，倒掉上清液，随后用蒸馏水洗涤沉淀物多次，回收 得到的漆酶介体ABTS-SiO2纳米粒子进一步重复使用。
[0010] 进一步限定，所述的污染物为染料、三氯苯酚或苯酚。
[0011] 本发明将ABTS修饰到SiO2纳米粒子后，像液体介体分子一样可以有效地作为漆 酶的介体使用，便于回收重复使用，能够循环再生，可以大大降低漆酶-介体系统的使用成 本，减少使用后废弃的介体对环境的二次污染。
[0012] 经试验表明，本发明能够高效地制备出漆酶介体ABTS-Si02m米粒子，使用漆酶介 体ABTS-SiO2纳米粒子和漆酶混合物来去除有机染料靛胭脂（Acid Blue 74, AB)溶液的测 试结果表明，漆酶介体ABTS-SiO2纳米粒子可以有效地作为漆酶介体使用，能完成对AB的 催化降解作用，同时使用后的漆酶介体ABTS-SiO2纳米粒子能再生重复使用。从理论上可以 预测，漆酶介体ABTS-Si02m米粒子可作为多种氧化酶的介体而广泛的应用于污染物降解、 造纸工业、木质素降解及有机合成等环境治理和能源与化学等相关领域。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明实施例1制得的漆酶介体ABTS-Si02m米粒子的扫描电镜图，图2是 本发明实施例1制得的漆酶介体ABTS-Si02m米粒子的红外光谱图，图3是本发明实施例1 制得的ABTS-S