本發(fā)明屬于膜分離技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒改性復(fù)合膜制備方法。
背景技術(shù)：
在當(dāng)今的水處理技術(shù)領(lǐng)域，膜分離技術(shù)仍是主流技術(shù)之一，膜分離材料具有分離效果好、功能性強(qiáng)等特點(diǎn)，在水處理、生物、醫(yī)藥等各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛地應(yīng)用。但是在膜材料使用過(guò)程中，存在著易污染、易堵塞的等現(xiàn)象，影響膜材料的使用壽命。在控制膜污染的方法中，包括膜材料本身的改性，物理、化學(xué)清洗等各種方法，其中膜材料本身的改性包括改善膜材料的親水性能，在膜材質(zhì)中添加抑菌納米銀顆粒、溶菌酶等。
近年來(lái)，科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)菌的數(shù)量積聚增加到一定程度的時(shí)候,細(xì)菌會(huì)通過(guò)信號(hào)分子發(fā)信號(hào),改變和協(xié)調(diào)它們之間的行為,這一調(diào)控機(jī)制被稱(chēng)為細(xì)菌的群體感應(yīng)(quorum sensing,QS)。細(xì)菌的群體感應(yīng)可以調(diào)控細(xì)菌生物膜的形成，生物發(fā)光，色素產(chǎn)生，抗生素形成，質(zhì)粒結(jié)合轉(zhuǎn)移等。近些年科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，群體感應(yīng)抑制劑可以干擾信號(hào)分子系統(tǒng)的傳導(dǎo)，抑制細(xì)菌某種特性和機(jī)理的表達(dá)。研究者們嘗試將淬滅酶直接引入膜材料中，即可以通過(guò)酶和納米材料的添加改變膜材料的結(jié)構(gòu)，同時(shí)又能達(dá)到抑制生物膜生長(zhǎng)的目的。
但是，當(dāng)淬滅酶單獨(dú)使用時(shí)，會(huì)存在穩(wěn)定性不好，易失活等缺點(diǎn)。因此，一般會(huì)選擇合適的固定材料將酶做成復(fù)合材料進(jìn)行應(yīng)用。碳納米材料是近幾年的研究熱點(diǎn)，主要包括氧化石墨烯、石墨烯、碳納米管、碳纖維等材料。碳納米材料由于其具有納米級(jí)尺寸、納米級(jí)片層結(jié)構(gòu)和良好地吸附等特性，被應(yīng)用在許多領(lǐng)域，并得到了快速?gòu)V泛地推廣。利用納米材料強(qiáng)大的比表面和靜電吸附作用固定酶，既能提高酶的固定量又能不對(duì)酶的活性造成大的破壞，成為一種較好的酶固定載體。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒改性復(fù)合膜制備方法。
本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
一種納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒改性復(fù)合膜制備方法，包括下述步驟:
1)納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒的制備：將25-50mg包括氧化石墨烯、石墨烯和碳納米管的納米材料分散在100-200mL磷酸鹽緩沖溶液中，室溫超聲30～60min，得到納米材料混合溶液；將75-150mg淬滅酶分散在納米材料混合溶液中，室溫超聲30～60min，得到納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆?；旌先芤海婵绽鋬龈稍?，即得納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒，冷凍保存?zhèn)溆茫?/p>
2)復(fù)合膜鑄膜液的制備：將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1～1％納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒加入80～85％有機(jī)溶劑中，超聲15～30min；加入0.1～1％高分子添加劑，高速攪拌30min，加入14～26％高分子聚合物，高溫?cái)嚢?，至高分子聚合物完全溶解，靜置脫泡；
3)成膜固化：將步驟2)制備的鑄膜液置于光滑清潔的玻璃板上，并用刮刀將其平鋪在玻璃板上，迅速把玻璃板水平浸沒(méi)在去離子水中成膜；將制好的膜放在去離子水中至少24h，得到納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒改性復(fù)合膜。
進(jìn)一步，所述石墨烯的制備方法為機(jī)械剝離法、氣相沉積法(CVD)、熱解SiC法、氧化石墨烯還原法、碳管切割法和液相直接超聲剝離法制備的三層以下石墨烯。
進(jìn)一步，所述碳納米管包括單壁，雙壁和多壁碳納米管，管徑為1～100nm，管長(zhǎng)為0.5～100μm。
進(jìn)一步，所述磷酸鹽緩沖溶液為按質(zhì)量比(0.68)：(0.12):1配置的磷酸二氫鉀、氯化鈉和超純水配置的混合溶液。進(jìn)一步，所述步驟1)中，在0～10℃下攪拌1～1.5h。
進(jìn)一步，所述淬滅酶為包括氨基?；?、內(nèi)酯酶或脫羧酶在內(nèi)的所有對(duì)細(xì)菌信號(hào)分子具有降解作用的淬滅酶。
進(jìn)一步，所述高分子聚合物可由其他聚合物樹(shù)脂聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚氨酯和醋酸纖維素類(lèi)中的一種。
進(jìn)一步，所述有機(jī)溶劑包括N-N二甲基乙酰胺、N-N二甲基甲酰胺、二甲亞砜或N-甲基吡咯烷酮的一種或幾種。
進(jìn)一步，所述高分子添加劑選自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和聚乙二醇、氯化鋰、丙烯酸或β-環(huán)糊精中的一種或多種。
進(jìn)一步，將所述納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒改性復(fù)合膜用去離子水沖洗，放入去離子水中4℃保存。
本發(fā)明的有益效果在于：
(1)該納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒改性復(fù)合膜的制備方法，復(fù)合膜除了可以降解細(xì)菌信號(hào)分子，同樣可以通過(guò)水解氨基，降解蛋氨酸等氨基酸類(lèi)物質(zhì)。
(2)改善了淬滅酶固定負(fù)載量效率低、擴(kuò)散限制作用、固定化酶活性不高，并且與傳統(tǒng)化學(xué)鍵結(jié)合時(shí)，酶活性受到限制而影響酶活等問(wèn)題。
(3)低維碳納米材料易制備、易保存，比表面積大，對(duì)酶活不會(huì)造成大的破壞。
(4)納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒改性復(fù)合膜的制備方法簡(jiǎn)單易行，可在生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境等多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但并不作為對(duì)發(fā)明做任何限制的依據(jù)。
一種納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒改性復(fù)合膜制備方法，包括下述步驟:
1)納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒的制備：將25-50mg包括氧化石墨烯、石墨烯和碳納米管的納米材料分散在100-200mL磷酸鹽緩沖溶液中，室溫超聲30～60min，得到納米材料混合溶液；將75-150mg淬滅酶分散在納米材料混合溶液中，室溫超聲30～60min，得到納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒混合溶液，真空冷凍干燥，即得納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒，冷凍保存?zhèn)溆茫?/p>
所述石墨烯的制備方法為機(jī)械剝離法、氣相沉積法(CVD)、熱解SiC法、氧化石墨烯還原法、碳管切割法和液相直接超聲剝離法制備的三層以下石墨烯。碳納米管包括單壁，雙壁和多壁碳納米管，管徑為1～100nm，管長(zhǎng)為0.5～100μm。
所述磷酸鹽緩沖溶液為按質(zhì)量比(0.68)：(0.12):1配置的磷酸二氫鉀、氯化鈉和超純水配置的混合溶液。淬滅酶為包括氨基?；?、內(nèi)酯酶或脫羧酶在內(nèi)的所有對(duì)細(xì)菌信號(hào)分子具有降解作用的淬滅酶。
2)復(fù)合超濾膜鑄膜液的制備：將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1～1％納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒加入80～85％有機(jī)溶劑(N-N二甲基乙酰胺、N-N二甲基甲酰胺、二甲亞砜或N-甲基吡咯烷酮的一種或幾種中)，超聲15～30min；加入0.1～1％高分子添加劑(聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇和聚乙二醇、氯化鋰、丙烯酸或β-環(huán)糊精中的一種或多種)，高速攪拌30min，加入14～26％高分子聚合物(聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚氨酯和醋酸纖維素類(lèi)中的一種)，高溫?cái)嚢?，至高分子聚合物完全溶解，靜置脫泡；
3)成膜固化：將步驟2)制備的鑄膜液置于光滑清潔的玻璃板上，并用刮刀將其平鋪在玻璃板上，迅速把玻璃板水平浸沒(méi)在去離子水中成膜；將制好的膜放在去離子水中至少24h，得到納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒改性復(fù)合膜，然后用去離子水沖洗，放入去離子水中4℃保存。
下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做具體說(shuō)明。
實(shí)施例1：
氧化石墨烯的制備采用的是Hummer改進(jìn)方法。所用的天然鱗片石墨粉為100目的粉末，純度為99.999&。
1)納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒的制備：將50mg氧化石墨烯分散在150mL0.02M pH(6.9)的磷酸鹽緩沖溶液中，室溫超聲30min，加入150mg氨基?；?，在0℃下攪拌1h，超聲30min，真空冷凍干燥，即得氧化石墨烯/氨基?；鸽s化顆粒，冷凍保存?zhèn)溆谩?/p>
2)復(fù)合膜鑄膜液的制備：將0.1wt％氧化石墨烯/氨基?；鸽s化顆粒加入84.9wt％N,N二甲基甲酰胺中，超聲15min；加入1wt％聚乙烯醇，高速攪拌30min，加入14wt％聚偏氟乙烯，40℃攪拌，至聚偏氟乙烯完全溶解，靜置脫泡。
3)成膜固化：將步驟2)制備的鑄膜液置于光滑清潔的玻璃板上，并用刮刀將其平鋪在玻璃板上，迅速把玻璃板水平浸沒(méi)在10℃去離子水中成膜。將制好的膜放在去離子水中24h。得到納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒改性復(fù)合超濾膜。將膜用去離子水沖洗，放入去離子水中4℃保存。
實(shí)施例2：
石墨烯的制備采用水合肼還原氧化石墨烯法：將實(shí)施例1中的氧化石墨烯(100mg)分散到水溶液(100ml)中，超聲分散50min，然后加入水合肼(2ml,50％w/v)，混合均勻后回流條件下反應(yīng)24h。反應(yīng)結(jié)束后，樣品過(guò)濾分離洗滌，并在60℃的真空烘箱中烘干。
1)納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒的制備：將25mg石墨烯分散在100mL0.2M pH(7.0)的磷酸鹽緩沖溶液中，室溫超聲40min，加入100mg氨基?；福?℃下攪拌1h，超聲40min，真空冷凍干燥，即得石墨烯/氨基?；鸽s化顆粒，冷凍保存?zhèn)溆谩?/p>
2)復(fù)合膜鑄膜液的制備：將0.3wt％石墨烯/氨基?；鸽s化顆粒加入80wt％二甲亞砜和N甲基吡咯烷酮按照1:1的混合液中，超聲30min；加入0.5wt％聚乙二醇和氯化鋰按照1:1的比例混合，高速攪拌30min，加入19.2wt％聚砜，45℃攪拌，至聚偏氟乙烯完全溶解，靜置脫泡。
3)成膜固化：將步驟2)制備的鑄膜液置于光滑清潔的玻璃板上，并用刮刀將其平鋪在玻璃板上，迅速把玻璃板水平浸沒(méi)在10℃去離子水中成膜。將制好的膜放在去離子水中24h。得到納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒改性復(fù)合超濾膜。將膜用去離子水沖洗，放入去離子水中4℃保存。
實(shí)施例3：
1)納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒的制備：將30mg碳納米管分散在200mL0.2M pH(7.0)的磷酸鹽緩沖溶液中，室溫超聲60min，加入75mg氨基?；?，在10℃下攪拌1h，超聲60min，真空冷凍干燥，即得碳納米管/氨基?；鸽s化顆粒，冷凍保存?zhèn)溆谩?/p>
2)復(fù)合膜鑄膜液的制備：將1wt％碳納米管/氨基?；鸽s化顆粒加入72.9wt％N,N二甲基乙酰胺中，超聲20min；加入0.1wt％聚乙烯吡咯烷酮和β-環(huán)糊精按照1:1的比例混合，高速攪拌30min，加入26wt％醋酸纖維素，40℃攪拌，至醋酸纖維素完全溶解，靜置脫泡。
3)成膜固化：將步驟2)制備的鑄膜液置于光滑清潔的玻璃板上，并用刮刀將其平鋪在玻璃板上，迅速把玻璃板水平浸沒(méi)在10℃去離子水中成膜。將制好的膜放在去離子水中24h。得到納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒改性復(fù)合超濾膜。將膜用去離子水沖洗，放入去離子水中4℃保存。
以上三種超濾膜的水通量和酶膜活性天數(shù)見(jiàn)附表1。
附表1
從表1可以看出，本發(fā)明制備納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒改性復(fù)合膜，其在2000ppm NaCl溶液水通量不低于26L/(M2·H)，BSA截留不低于78％；酶膜活性天數(shù)為28d。
由表1可以看出，本發(fā)明所制備的納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒改性復(fù)合膜不僅具有較高的分離性能，同時(shí)具備優(yōu)異的生物活性特性，是一種加工性能良好的有機(jī)復(fù)合膜。
以上所述，僅是本發(fā)明針對(duì)一種納米材料/群體感應(yīng)淬滅酶顆粒改性復(fù)合膜及其制備方法的實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改，變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。