[发明专利]一种固定化酶的CaSiO3@SiO2粒子的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固定化酶的CaSiO₃SiO₂粒子的制备方法，属于功能材料和生物材料领域。

背景技术

酶的固定化是近几十年来生物技术领域中最为瞩目的进展之一，这一技术既克服了游离酶催化过程中酶催化剂与底物及产物难以分离的缺点，又可使酶催化剂重复利用，极大地提高了酶催化的效率与稳定性，因此关于酶的固定化一直是生物界与化学界广泛关注的课题【高等学校化学学报，2006，06：1167-1172】。酶固定化技术的核心是载体材料的选择与制备，载体材料的物理和化学性质在很大程度上决定着固定化酶的活力。首先，载体材料要能在温和条件下与酶产生一定的结合力(或物理吸附，或化学键合)，使酶既不易脱落，又不改变其构象，不影响其催化活性；其次，载体材料要有一定的机械强度与亲水性，使酶能充分发挥其催化效能。

为了提高酶的使用效率，克服游离酶对热、酸、碱、有机溶剂等因素的不稳定性，人们对酶的固定化进行了广泛深入的研究，出现了许多固定化材料和方法，目前，酶固定化所用的载体多为聚合物，如聚丙烯膜，聚丙烯酸酯类及无机高分子材料等。其中亲水性高分子载体因具有较好的生物相容性，可使得其最大化地与酶分子接触而固定更多的酶蛋白，因而具有较为广阔的应用前景。Gupta等通过聚乙烯醇(PVA)改性聚丙烯膜，再经醛基化后获得了柔性固定化载体，并用于固定化脂肪酶。结果表明，该载体通过化学键合所固定的脂肪酶比聚丙烯膜吸附的脂肪酶具有更高的酶活力、稳定性及催化性能【催化学报，2011，12：1869-1874】。相比较而言，无机载体比有机载体更耐生物降解、有更高的热稳定性和更低的价格。多孔玻璃、多孔硅球、氧化铝及硅藻土是目前应用较为广泛的无机载体，但它们在用于固定化酶时需要经过强酸或强碱的活化，再在甲苯中长时间回流进行硅烷化，载体的制备过程繁琐，且氨基含量不高，因此制备出更加高效、低成本、易于制备的新型固定化载体和新的固定化方法是众多科研工作者的目标【生物工程学报，2004，2：287-290】。

利用二氧化硅溶胶-凝胶法进行生物分子固定化一直是一个非常活跃的研究领域。通过溶胶-凝胶技术可将许多生物分子如蛋白质、酶，甚至完整的细胞包埋到二氧化硅凝胶中。然而，与其它的生物固定化方法一样，生物分子包埋后，其生物活性下降甚至丧失是一个普遍存在的问题。目前主要是通过引入有机基团来制备二氧化硅有机/无机杂化材料。Gill等报道了使用甘油对水解前体进行化学修饰；Brennan等报道了将糖分子和硅酸甲酯硅共价结合后，水解前体可以显著地提高生物相容性；Bhatia等则通过使用模数为3.25的水玻璃水解制备了二氧化硅凝胶，优点是水解过程不产生醇，但需要在pH＝2的强酸性条件下进行；Ferrer等报道了采用特殊的真空干燥的方法也可以制备得到完全不含醇的二氧化硅凝胶。【高等学校化学学报，2011，05：1100-1105】。二氧化硅颗粒收集使用很不方便，而且在体内不能生物降解。硅酸钙力学性能优良，作为第三代生物材料之一，近年来引起研究者的重视【Biomaterials，2008，29：2588-2596】。通过盐酸处理，可以在硅酸钙表面得到具有丰富的Si-OH官能团的硅胶层，控制溶液的pH值，可以得到不同孔径的介孔硅胶结构【Acta Biomaterialia，2009，5：1686-1696】。pH＝0.5条件下处理后，硅胶表面对溶菌酶的吸附量达到195mg/g，是酸处理前蛋白质吸附量的4.5倍。赵孔银等采用紫外辐射的方法先在纤维表面接枝聚丙烯酸钠，然后利用钙离子交联的方法在纤维上接枝硅酸钙，经不同pH值的盐酸溶液处理后，得到表面具有介孔硅胶层的接枝纤维【发明专利201010576348.7】。