[发明专利]固定生物酶的核壳式超顺磁性聚合物微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生物酶固定化的核壳式超顺磁性聚合物微球及其制备方法，属于生物技术领域。具体地说，采用反相悬浮聚合法制备了比表面积大、球形度好、粒径分布均匀和表面含有环氧基团的核壳式超顺磁性聚合物微球。

背景技术

酶是一类由生物活体细胞产生的具有催化性能的蛋白质，故又称为生物催化剂。它能在十分温和条件下高效催化各种化学反应，因而无论在实验室还是工业上都是一种常用的催化剂。但是游离酶在催化反应过程中存在以下两方面的弊端：第一，在热、强酸、强碱、高离子强度和有机溶剂中，酶的催化活性会大大下降甚至丧失；第二，作为一类液体催化剂，在水溶液中进行反应，反应结束之后，催化剂与底物和产物分离困难，不利于催化剂的循环利用和提高产物的纯度，以上两方面大大限制了游离酶在连续化大规模生产中的应用。酶的固定化技术是一种将酶从均相催化状态转变成为多相催化状态的方法，将酶固定在特定的载体上制成固定化酶，不仅大大提高了酶的热稳定性和酸碱稳定性，而且固定化酶容易与产物和底物分离，提高了产物纯度的同时也实现了酶的重复利用，在生产过程中容易实现连续操作。

青霉素酰化酶(EC3.5.1.11)是半合成β-内酰胺类抗生素生产中最关键的酶，它既能催化青霉素及其扩环酸水解去侧链，生产半合成β-内酰胺类抗生素的重要中间体6-氨基青霉烷酸(6-APA)和7-氨基-3-脱乙酰氧基头孢烷酸(7-ADCA)，又能催化6-APA和7-ADCA与侧链缩合，生产多种半合成β-内酰胺类抗生素(如Ampicillin，Amoxicillin，Cephalexin和Cefadroxil等)。6-APA可以由青霉素酰化酶水解法和化学合成法生产，青霉素酰化酶水解法具有专一性强、反应条件温和、无污染等优点，而化学合成法反应过程复杂、反应条件苛刻，需在-40℃和高毒性的卤代溶剂中进行，易造成环境污染，不符合绿色化学的要求。因此，青霉素酰化酶水解法具有高效、经济和环保等优点，成为生产6-APA的首选方法。

磁性聚合物微球的性质及其合成方法的研究已成为近十多年来新材料研究中的热点。磁性聚合物微球结合了磁性粒子和高分子聚合物的特性，磁性粒子使材料具有一定的磁响应性，能在外加磁场的作用下实现迅速地简单分离，同时包覆的聚合物赋予材料一定的吸水性和弹性，并可通过共聚、改性等手段使材料表面带有特定的能与生物活性物质相结合的官能团，从而使磁性聚合物微球在固定化酶、细胞分离、靶向药物和免疫分析等方面都具有极其诱人的发展前景。同时，对于表面含有环氧基团的聚合物微球，环氧基团能够在室温条件下开环与酶的活性非必需侧链基团反应形成共价键，因酶与载体之间以共价键相结合，呈现良好的操作稳定性。

中国发明专利CN101183589A公开了一种带有表面官能团的磁性微球的制备方法，在磁性纳米粒子存在的条件下进行分散聚合，聚合反应结束后对磁性微球表面进行磺化使其表面带上官能团。由于聚合物是疏松的且带有大孔结构，在聚合反应过程中即使将Fe₃O₄粒子包覆在聚合物内部，但在聚合反应结束后用98％的浓硫酸进行磺化时，硫酸难免会通过聚合物的疏松孔道进入微球内部和Fe₃O₄反应使磁性粒子被破坏。

中国发明专利CN101085874A公开了一种亲水性聚合物磁性微球及其制备方法和用途。用甲酰胺分散超顺磁性Fe₃O₄磁粉制备磁流体，与亲水性单体混合组成聚合相，搅拌下分散于含有稳定剂的疏水性有机溶剂形成悬浮相，用反相悬浮聚合技术制备了亲水性聚合物磁性微球。用上述磁性微球制备的固定化青霉素酰化酶的最高表观活性可达795IU/g(37℃，载体干重)，相当于205IU/g(28℃，载体湿重)。但该发明的制备方法存在着硬脂酸钙稳定剂洗涤困难和聚合物磁性微球机械强度低等缺点，严重影响了固定化酶的表观活性和使用寿命。