[发明专利]一种利用静电相互作用实现生物分子快速吸附到阳离子型共价有机框架的方法

说明书

本发明针对传统的物理吸附固定化酶存在的不足之处，提供一种利用静电相互作用实现生物分子快速吸附到阳离子型共价有机框架的方法，属于固定化酶技术领域，本发明在静电作用的帮助下，实现大尺寸生物分子在小孔道COFs上的表面吸附且不易脱落。首先，采用溶剂热法制备阳离子型共价有机框架作为载体材料，然后选择等电点较低的生物分子，通过浸渍法，实现了生物分子‑COFs生物催化系统的制备。一方面，COFs一定程度上能够避免生物分子在高温或酸碱情况下失活，另一方面与COFs结合后使其得以回收利用。生物分子失活后，可用一些表面活性剂或高浓度盐溶液将COFs表面酶洗脱，实现载体材料的重复使用。

技术领域

本发明属于固定化酶技术领域，具体涉及一种利用静电相互作用实现生物分子快速吸附到阳离子型共价有机框架的方法。

背景技术

酶是一种无毒、对环境友好的生物大分子催化剂，具有高效性、区域选择性和立体选择性等优良特性，且能够实现复杂生物反应的高速转化。通常，酶促反应需要在较为温和的条件下(如常温、常压以及生理pH附近)才能表现出较高催化活性，而且使用后的游离酶很难回收，极大限制了酶的应用。但固定化酶技术的出现，极大地扭转了这个局面，改善了酶的不稳定性和重复使用性。

传统物理吸附法固定化酶更多的是依赖分子间的范德华力，π-π作用和氢键等作用力，不仅要求酶尺寸必须与载体材料的孔径相匹配，而且存在酶易泄露的问题。这使固定化载体的选择非常受限制，并且由于酶进入载体孔道内不可完全洗脱故很难实现载体材料的重复利用。

共价有机框架(COFs)是由有机单元或分子通过共价键所构成的多孔结晶聚合物。由于其高比面积、高化学稳定性、高孔隙率、孔隙可调的特性，非常适合应用于催化，储能，分离，传感器等领域。事实上，由于可调的特性，也使其成为了改善酶稳定性以及重复使用性的理想宿主材料。但大部分酶的尺寸较大，很难找到孔径相匹配的COFs。因此，开发新的固定化酶技术具有重大意义。

发明内容

本发明针对传统的物理吸附固定化酶存在的不足之处，提出了利用酶表面所带电荷与COFs表面电荷相反所产生的强大的静电作用，实现了大尺寸酶在阳离子型共价有机框架表面的吸附。该方法适用范围广，无需考虑酶的尺寸，可以尽可能保证酶的构相自由从而保持高酶活性，且提高了酶的不稳定性和循环使用性。同时也是最简便、最经济的固定化酶的方法之一。

本发明采用如下技术方案：

一种利用静电相互作用实现生物分子快速吸附到阳离子型共价有机框架的方法，使用阳离子共价有机框架作为载体，生物分子在缓冲液中表面带负电荷，具体包括如下步骤；

第一步，阳离子型共价有机框架的制备；

第二步，生物分子的固定化，将第一步制备的阳离子型共价有机框架浸泡到缓冲溶液中，超声分散，加入生物分子溶液，放置在摇床吸附，吸附完成后，用水洗3次，离心收集，25℃真空干燥过夜，其中，缓冲溶液的pH大于生物分子的等电点。

进一步地，第一步中所述阳离子型共价有机框架包括EB-COFs、Im-COF-Br、PyTTA-BFBIm-iCOF和Py-BPy²⁺-COF中的任意一种。

进一步地，第二步中所述生物分子包括具有低等电点的蛋白质、氨基酸和核酸中的任意一种。

进一步地，第二步中所述缓冲液包括磷酸缓冲液(pH为6~8)、乙酸-乙酸钠缓冲液(pH为3.5~5)、磷酸二氢钠-柠檬酸钠缓冲液(pH为2~8)和碳酸钠-碳酸氢钠缓冲液(pH为9~11)中的任意一种。

进一步地，所述蛋白质包括牛血清蛋白(BSA)、脂肪酶(BCL)、葡萄糖氧化酶(GOx)和乙醇脱氢酶(ADH)中的任意一种。

进一步地，所述氨基酸包括天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)和色氨酸(Trp)中的任意一种。

进一步地，所述核酸包括核糖核酸(RNA)或脱氧核糖核酸(DNA)。