[发明专利]硅基介孔分子筛SBA-15固定化酶生物催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用硅基介孔分子筛SBA-15的固定化酶生物催化剂的制备方法，并着重对固定化过程进行了机理分析，属固定酶生物催化剂制备技术领域。

背景技术

1992年Mobil公司的Kresge和Beck等首次以表面活性剂为模板，合成了新颖的有序介孔氧化硅材料MCM-41(Mobile Composition Material 41)，这是分子筛与多孔物质发展史上的一次飞跃。由于在重油催化和大分子分离等领域的广阔应用前景，介孔分子筛成为人们的研究热点之一，不久即开发出一系列的介孔材料，如SBA系列、MSU系列、CMK系列、HMS、KIT、以及金属和金属氧化物系列等。介孔分子筛是具有广泛应用前景的一类新材料，可用作功能材料、吸附剂、催化剂及其载体，不仅弥补了微孔沸石分子筛的不足，还可以利用有序介孔作为“微反应器”，制备具有特殊光、电、磁等性能的纳米材料，因此在化学工业、能源与环境、生物技术、吸附分离、催化及光、电、磁等众多领域具有重要的应用价值。在生物催化剂制备领域中，固定化酶技术占有重要地位，而酶固定化载体在催化剂制备中又起着重要作用。传统的酶固定化载体主要有以下几类：(1)高岭土、硅胶、皂土、氧化铝、磷酸钙胶、微孔玻璃等无机化合物，这类载体的缺点是酶与载体之间结合力弱，对pH、盐浓度、温度等条件要求苛刻；(2)戊二醛和双藕联苯胺-2，2’-二磺酸等，用这类载体制备固定化酶，制备过程较困难，且酶不能再生；(3)聚丙烯酰胺类，以聚丙烯酰胺作为包埋剂，该方法制得的固定化酶易漏失，常存在着扩散限制、催化反应受传质阻力影响、不宜催化大分子底物反应等问题。因此，为了提高酶活性、稳定性以及降低催化剂使用成本，采用新的酶固定化载体、发展酶的固定化技术是有意义和迫切需要的。介孔分子筛均一可调的介孔孔径、稳定的骨架结构、易于修饰的内表面、一定壁厚且易于掺杂的无定型骨架，以及高比表面积等属性，使其可用于酶蛋白质的固定化，充当生物催化剂的载体，制得优良的固定化生物酶催化剂。使用介孔分子筛固定化酶的潜在优势在于：(1)介孔分子筛具有的高比表面积，可导致高的酶负载量；(2)介孔分子筛孔道的可控制性，可增强酶的稳定性和活性；(3)介孔分子筛高度有序的孔道结构和均一的表面性质，可预测酶在固定化过程中的行为；(4)固定化酶的操作过程简单和可靠。

发明内容

本发明提供一种固定化酶生物催化剂的制备方法。以硅基介孔分子筛SBA-15为载体，辣根过氧化物酶为固定对象，吸附法为固定化方法，利用介孔分子筛的属性和SBA-15的孔径与辣根过氧化物酶的分子尺寸相匹配的特性，实现酶在硅基介孔分子筛SBA-15的孔道和外表面的同时固定化。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

a.硅基介孔分子筛SBA-15的制备：以聚环氧乙烯醚-聚环氧丙烯醚-聚环氧乙烯醚三嵌段共聚物(P123)为模板剂，以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源。将4重量份聚环氧乙烯醚-聚环氧丙烯醚-聚环氧乙烯醚三嵌段共聚物(P123)溶解于120重量份的2M的盐酸溶液和30重量份的去离子水中，然后加入8.5重量份的正硅酸乙酯(TEOS)，并在35℃下持续搅拌20h。随后将反应物转移到聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在80℃静置条件下反应24h。最后将固体产物收集，水洗，室温干燥，在8h内将温度缓慢升至500℃，并恒温煅烧6h。

b.在硅基介孔分子筛上固定化酶：以SBA-15为载体，辣根过氧化物酶为固定对象，吸附法为固定化方法，实现酶在硅基介孔分子筛SBA-15的孔道和外表面的同时固定化。将步骤a制备的0.2g的硅基介孔分子筛SBA-15载体加入到10～30ml、吸附反应pH为4～12的磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲液中，置于磁力搅拌器上搅拌1～2h，使其在溶液中分散均匀；搅拌完毕，将1～15mg的辣根过氧化物酶加入溶液中搅拌，吸附反应时间为1～10h；随后过滤，并用二次水和磷酸盐缓冲溶液轮流反复冲洗分子筛料，最后将得到的载酶分子筛自然干燥，得到固定化酶生物催化剂。

本发明的原理及实验验证：