[发明专利]一种具有镶嵌结构的胰蛋白酶共嵌纳米花催化膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种具有镶嵌结构的胰蛋白酶共嵌纳米花催化膜，属于膜材料领域。所述的催化膜以具有高度多孔结构的静电纺丝纳米纤维膜为基膜，通过聚多巴胺功能层的修饰，诱导酶共嵌纳米花在纤维膜网状孔道中原位生长，构建具有镶嵌结构的纳米花催化膜。本发明可用于蛋白的膜法催化分离领域，制备工艺简单、绿色环保，克服了现有膜催化技术在载酶过程中酶活性降低、催化过程中传质阻力高等问题，具有高效催化性能。

技术领域

本发明涉及一种具有镶嵌结构的胰蛋白酶共嵌纳米花催化膜及其制备方法与应用，属于膜材料领域。

背景技术

水解蛋白肽具有易消化吸收、低致敏、营养价值高等优势。目前，酶解法是制备蛋白多肽最常用的方法之一，与游离酶相比，将酶固定化在基材之上既可增加酶的重复利用性，降低酶的催化成本，又具有使酶在反应结束后容易与底物分离，避免酶对底物污染。

生物催化膜耦合酶促反应与膜的选择分离性，在酶促反应的同时实行产物在线分离，催化过程绿色，高效，尤其适用于蛋白等敏感分子的催化分离。但现有催化膜制备方法存在载酶量低、易流失、酶结构不稳定、酶活性易破坏等问题，同时用于蛋白水解的催化膜更易存在传质阻力大、酶暴露率低的问题，限制了酶与蛋白大分子的接触反应。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提出一种具有镶嵌结构的胰蛋白酶共嵌纳米花催化膜及其制备方法与应用。催化膜以静电纺丝纳米纤维膜为基膜，聚多巴胺层为粘附功能层，采用酶-无机晶体纳米花为中间载体，通过原位生长在膜网状通道中镶嵌载酶纳米花，解决了现有催化膜载酶量低、酶活性低、传质阻力大等问题。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

(1)采用静电纺丝法制备纳米纤维基膜；

(2)将步骤(1)中得到的静电纺丝纳米纤维膜浸入溶有多巴胺的Tris-Hcl缓冲液中制备多巴胺改性功能膜。

(3)将所述步骤(2)中得到的聚多巴胺改性功能膜浸入Cu²⁺溶液，胰蛋白酶/PBS混合溶液中，通过聚多巴胺功能层的亲和作用，诱导纳米花在纤维层表面原位生长。

所述步骤(1)中的静电纺丝纳米纤维膜材料为乙烯-乙烯醇共聚物、聚醚砜、聚乳酸、聚对苯二甲酸乙二酯中的至少一种；聚合物浓度质量分数在3wt％-60wt％之间。

所述步骤(1)中的静电纺丝供液速度0.2-4.0mL/h，电压5-20kV，纺丝距离10-50cm，环境温度为 10～45℃，环境湿度为10～65％；

所述步骤(2)中的多巴胺浓度为0.5-5mg/mL，沉积时间为10-120min，所用催化剂为CuSO₄与H₂O₂。

所述步骤(3)中的金属离子溶液浓度为0.05-100mM，PBS溶液浓度为0.05-100mM，胰蛋白酶浓度为 0-5mg/mL，组装时间为12-240h。

所述胰蛋白酶共嵌纳米花催化膜由以上方法制备得到。

所述胰蛋白酶共嵌纳米花催化膜，用于制备蛋白酶解产物，具体为将蛋白底物分散于磷酸缓冲液中，置于固定化酶纳米纤维膜过滤装置中，收集透过膜的溶液，冷冻干燥，得到纯化的酶产物，酶解产物为多肽。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

(1)采用酶-无机晶体纳米花为中间载体，解决生物催化膜制备过程中载酶量低、酶结构易破坏、酶活性降低等问题；

(2)采用具有高度多孔结构的静电纺丝纳米纤维膜为基膜，载酶纳米花镶嵌于基膜网状孔结构中，解决生物催化膜传质阻力大、酶活性位点暴露率低的问题；