[发明专利]一种酶-金属离子纳米复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种酶-金属离子纳米复合物及其制备方法，属于固定化酶技术领域。

背景技术

酶是自然界中的高效催化剂，对实现环境友好的化工生产过程和高效灵敏的分析检测器件具有重要的意义。然而，天然酶由于其蛋白结构的不稳定性，在实际应用环境中会发生构象变化而丧失活性，限制了其应用。将天然酶固定化于载体材料上，基于载体材料与酶分子间的多点结合、限制性空间作用，蛋白结构可以得到稳定，从而提高酶在实际应用中的稳定性，同时固定化酶在实际应用中也具有很好的可操作性。因此，通过设计和制备高效的固定化酶催化剂，提高酶在实际应用过程中的活性、稳定性和可操作性，是生物技术领域重要的研究内容之一，受到学术界和工业界的广泛关注。传统固定化酶一般将酶分子固定化在常规载体材料上，但由于常规载体材料对酶的底物存在较大的传质阻力，传统固定化酶的表观活性较低。纳米技术为酶固定化这一生物技术传统领域注入了新的活力。高比表面积、较小的传质阻力和丰富的功能性可使得纳米固定化酶催化剂具有高活性和稳定性。

现有的纳米固定化酶催化剂的主要形式是在纳米载体表面或者内部结合或者包埋酶分子，所制备的纳米固定化酶催化剂以反应溶剂中不可溶的固体催化剂形式进行异相催化。异相催化仍然会给酶催化过程带来一定的底物传质阻力，影响酶的表观活性。采用聚乙二醇等高分子进行酶的共价修饰可以获得能够溶解于反应溶剂的酶-高分子结合物这类纳米固定化酶催化剂，用于均相催化。然而该方法涉及官能化聚乙二醇的合成、酶的化学修饰、酶-高分子结合物的纯化等步骤，过程较为复杂且易造成酶的失活。因此，采用简便、低成本、条件温和的方法制备可用于均相催化的纳米固定化酶催化剂的研究十分重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种酶-金属离子纳米复合物及其制备方法，本发明采用溶液一步混合法制备酶-金属离子纳米复合物，本发明方法操作简单、条件温和、成本低廉、酶活性收率高，所制备的酶-金属离子纳米复合物可实现水溶液中的均相酶催化。

本发明所提供的酶-金属离子纳米复合物的制备方法，包括如下步骤：

金属离子和酶的水溶液经干燥即得所述酶-金属离子纳米复合物。

上述的制备方法中，所述金属离子可为钙离子、镁离子、铁离子、亚铁离子、铜离子、钡离子、二价锰离子、二价镍离子和锌离子中任一种。

上述的制备方法中，所述酶的分子量可为5～500kD；

所述酶可为葡萄糖脱氢酶(Glucosedehydrogenase)、葡萄糖氧化酶(Glucoseoxidase)、辣根过氧化物酶(Horseradishperoxidase)、乙醇脱氢酶(Ethanoldehydrogenase)、超氧化物歧化酶(Superoxidedismutase)、过氧化氢酶(Catalase)、谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathionperoxidase)、漆酶(Laccase)、尿酸酶(Uricase)、南极假丝酵母脂肪酶A(CandidaantarcticaLipaseA)、南极假丝酵母脂肪酶B(CandidaantarcticaLipaseB)、褶皱假丝酵母脂肪酶(CandidarugosaLipase)、猪胰脂肪酶(PorcinepancreasLipase)、米黑根毛霉脂肪酶(RhizomucormieheiLipase)和疏棉状嗜热丝孢菌脂肪酶(ThermomyceslanuginosusLipase)中至少一种。

上述的制备方法中，将所述金属离子的水溶液加入至所述酶的水溶液中得到所述金属离子和酶的水溶液，如将所述金属离子的水溶液滴加至所述酶的水溶液中。

上述的制备方法中，所述金属离子的水溶液中，所述金属离子的摩尔浓度可为10～700mM，具体可为50～100mM、50mM或100mM；

所述酶的水溶液可为所述酶的磷酸盐缓冲液；

所述磷酸盐缓冲液的pH值可为5.0～9.0，具体可为7.4；

所述磷酸盐缓冲液中磷酸氢根和磷酸二氢根的浓度均可为1～1000mM，如所述磷酸氢根的浓度具体可为40mM；所述磷酸二氢根的浓度具体可为10mM；

所述酶的水溶液中，所述酶的质量-体积浓度可为0.01～10mg/mL，具体可为0.5mg/mL。

上述的制备方法中，所述金属离子与所述酶的质量比可为0.01～4：1，具体可为0.0128～0.08：1、0.0128：1、0.065：1或0.08：1。

上述的制备方法中，所述金属离子和酶的水溶液经静置后再进行所述干燥的步骤；