[发明专利]一种纤维素内切印迹模拟酶、构建方法及其应用

说明书

本发明涉及一种纤维素内切印迹模拟酶、构建方法及其应用，属于新材料技术领域，本发明应用分子印迹技术，基于生物源交联功能单体、金属离子、硼酸基单体、可聚合离子液体，在聚苯乙烯微球表面仿生设计和构建高活性印迹模拟酶水凝胶，实现纤维素生物质的高效转化和利用。本发明的成果有助于充实模拟酶构建理论的内涵，破解天然酶所存在的难题，实现生物质高效转化和利用，推动生态环境和能源利用矛盾的解决，对于落实生态文明理念，转变产业结构，推动经济、社会和生态协调、绿色和可持续发展，均具有重要的理论和实践意义。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种纤维素内切分子印迹酶制备方法及其在纤维素类物质降解转化中的应用。

背景技术

纤维素是地球上分布最广、蕴藏量最丰富的生物质，也是最廉价的可再生资源。随着现代工业的快速发展，对能源的需求日益增加，化石能源日益短缺且不可再生，促使人们不断研究和开发新的可再生能源。在各种替代能源中，只有生物质能是直接以化学质能的形式存在，能在最大程度上适应现有的工业体系和社会应用，还可以有效降低温室效应，减缓环境污染，改善化石能源的供求关系，保障供求平衡。生物质一方面可以生产生物燃料替代化石能源，另一方面可以生产各种生物质化工产品，实现能源的间接替代。生物质能的开发和利用是解决人类未来能源需求的可行途径，但生物质能的开发利用水平仍然较低，未来的发展前景十分广阔。

在生物质能的开发利用过程中，纤维素的降解是纤维素生物质有效利用的关键环节，利用纤维素酶降解纤维素具有催化效率高、专一性强、反应条件温和及反应过程无污染等优点。但大多数天然纤维素酶的提纯困难、生产成本高、耐受性差、不易储存、难以回收和多次重复使用。通过生物技术进行遗传改良虽然能在一定范围内增加酶产量，提高酶活性，但改善幅度有限，难以从根本上解决天然纤维素酶所面临的各种难题。

分子印迹技术（Molecular Imprinting Technology，MIT）的出现及其在抗体或酶模拟物方面的突破性进展为新型高效催化剂的研制和开发提供了新的技术路径。该技术从仿生学的角度，采用化学方法合成对特定靶标分子有特异性识别作用的聚合物，具有构效预定性、识别专一性和制备便捷性。应用MIT可以简便高效地获得特异性强、稳定性好和催化效率高的生物模拟物，即分子印迹模拟酶（Molecularly Imprinted Catalyst，MIC）。通过对模板分子的印迹，可以使MIC内形成一个在空间结构上完全匹配的三维空腔结构，进而特异性识别和催化相应的化学反应。基于酶的生物学催化原理，运用MIT和相关的生物化工技术，构建高活性的MIC，已成为破解生物质能开发和应用难题的突破口和切入点。目前，MIC在Diels-Alder环加成、酯类和肽类水解、氧化、还原和消除等反应中均显示了令人鼓舞的催化活性。

在纤维素生物降解过程中，纤维素内切酶是水解的关键酶类，相关的催化机理和活性区域也较为明确。

本发明结合天然纤维素内切酶的活性结构域和催化机理，应用高分子化学方法，仿生设计和构建高活性MIC，实现纤维素生物质的高效降解和开发利用。本发明的成果有利于充实MIT技术的理论内涵，发展新型MIC，破解传统生物酶所存在的问题，实现生物质的高效循环利用，具有重要的理论价值和广阔的推广应用前景。相关成果的转化与应用有助于缓解环境破坏和资源枯竭矛盾，贯彻生态文明理念，创新发展模式，推动社会、经济和生态系统的协调、绿色与可持续发展。

发明内容

为了制备稳定性好、催化效率和专一性高的人工模拟酶，本发明应用分子印迹技术，基于生物源交联功能单体、金属离子、硼酸基单体、可聚合离子液体，在聚苯乙烯微球表面仿生设计和构建高活性印迹模拟酶水凝胶，实现纤维素生物质的高效转化和利用。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案如下：

本发明提供一种纤维素内切印迹模拟酶的构建方法，包括以下步骤：

（1）模板分子优选：