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氧化石墨烯和过渡金属碳/氮化合物固定化酶
毛梦雷，孙丹阳，孟子晖，刘文芳
北京理工大学化学与化工学院，北京
●引用本文：毛梦雷,孙丹阳,孟子晖,等.氧化石墨烯和过渡金属碳/氮化合物固定化酶[J].化工进展,,41(4):-.
●DOI：10./j.issn.-.-
文章摘要
二维纳米材料具有高机械强度和比表面积、大量表面官能团、良好的亲水性及生物相容性，是固定化酶的良好载体。本文选取经典的氧化石墨烯（GO）以及新型的过渡金属碳/氮化合物（MXenes），分别介绍了它们的制备方法和结构、物理和化学性质，综述了它们在固定化酶领域的应用研究，并进行了比较。文中指出：GO由石墨烯经化学氧化再剥离制得，MXenes由其前体经刻蚀制得，不同的氧化或刻蚀方法制得的材料在组成、结构、性能等方面存在差异。GO表面的可反应官能团更多，包括羟基、羧基和环氧基，故在固定化酶领域应用广泛。MXenes固定化酶则主要利用表面的羟基反应或负电荷吸附，目前主要用于制备生物传感器。最后指出这两种材料还存在制备效率低、纳米片易聚集、循环利用性差等问题。今后的发展方向是要开发更为简单和安全的材料制备方法，探索更为有效的插层和剥离手段以及改善固定化酶的回收策略，进一步推进二维纳米材料在固定化酶领域的应用。
酶作为一种重要的生物催化剂，所催化的反应具有条件温和、高效性、专一性等优点。但同时，游离酶稳定性较差，无法长期维持其催化活性，使得酶催化反应工业化受限。固定化酶是通过物理或化学作用将酶固定在载体材料上的一种技术。通常，固定化酶的稳定性较游离酶高，易于分离和重复利用，可降低生产成本。固定化载体和固定化方法是固定化酶技术的两个关键点。通常，固定化方法视载体而定，包括包埋法、物理吸附法、共价连接法、交联法等。载体的结构、物理和化学性质、表面官能团的种类及数量都会影响酶的固定化。传统的固定化载体包括海藻酸钠、几丁质、壳聚糖、甲壳素、纤维素、淀粉等天然有机材料，聚氨酯、大孔树脂等合成有机材料，硅胶、硅藻土、玻璃、二氧化硅、氧化铝、介孔二氧化硅、介孔分子筛等无机材料，磁性高分子微球等复合材料。天然有机材料机械强度低、容易生物降解、寿命短、来源受产地限制；合成有机材料传质性能差、固定化酶的活性和稳定性不高、操作步骤复杂、难度大。传统无机材料具有结构不易调整、表面官能团匮乏等缺点。复合材料制备过程复杂，工艺要求高，成本高。因此，固定化酶技术仍面临巨大挑战。相较于传统固定化酶载体，二维纳米材料机械强度高、不会被生物降解、比表面积高、表面官能团丰富、易与酶形成稳定结构。二维纳米材料的出现为固定化酶的进一步发展带来了曙光。
年，石墨烯问世后，叩响了二维纳米材料的大门。二维纳米材料是指具有片状结构以及高度各向异性和化学功能的一类超薄纳米材料。由于具有高的纵横比、量子尺寸效应和平面构象，二维材料具有许多独特的性能。例如，电子传输可限定在二维结构内；超薄的原子厚度和强的面内化学键赋予材料高的机械强度、柔韧性和光学透明性；大的水平尺寸赋予材料超高的比表面积；材料表面大量的原子使得易于表面工程化，通过活性位点的构建来增强材料自身的性能等。二维纳米材料具有优异的电学、光学、磁学、力学和化学性能，已广泛应用于电池、超级电容器、储能、催化、吸附分离、传感和生物医学等领域。
到目前为止，已经开发了数百种二维材料，如石墨烯、硅烯、锗烯、锡烯、硼烯、磷烯、砷烯、锑烯、铋烯、铪烯、氧化石墨烯（GO）、金属氧化物、过渡金属硫化物（TMDs）、过渡金属氧化物（TMOs）、六方氮化硼（h-BN）、石墨相氮化碳（g-C3N4）、过渡金属碳/氮化合物（MXenes）、层状双氢氧化物（LDHs）、二维金属有机框架（MOFs）、二维共价有机框架（COFs）、金属磷三卤代物、杂化钙钛矿等。其中，GO作为开发较早的经典二维材料，将其用于固定化酶的报道较多，而MXenes作为新型二维材料的典型代表，近年来也受到越来越多的
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