[发明专利]一种聚丙烯腈固定化酶的制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种使用聚丙烯腈纳米纤维膜固定化酶的制备方法。

背景技术

  固定化酶与游离酶相比，在保持其高效、专一及温和的酶催化反应特性的同时，还呈现贮存稳定性高、分离回收容易、多次重复使用、操作连续可控、工艺简便等特点。当酶以游离的状态存在时，一些缺陷如稳定性差、使用寿命短等未得到改善，将酶固定在分离膜上可以有效地避免上述的不足。另外，当酶以游离态存在时，由于酶膜表面的不利吸附而造成酶的空间结构改变或活性位点遮蔽，而降低了酶的活性。

固定化酶的材料和方法有很多种，其中纳米材料固定化酶因其高载酶量受到了研究者的青睐，尤其是一些具有多孔结构、大比表面积的载体材料有利于提高固定化酶的载酶量，并有利于底物向酶活性中心和产物向反应区域以外扩散以提高固定化酶的生物活性和催化效率。具有空间连续性的纳米纤维膜作为固定化酶的载体具有较大的比表面积和高空隙率，并且可以通过纺丝条件进行调控等优点，近年来越来越引起人们的重视。[1] Mincheva R, Manolova N, Paneva D, Roshkov I. Preparation of polyelectrolyte-containing nanofibers by electrospinning in the presence of a non-ionogenic water-soluble polymer. J Bioactive Compat Polym 2005, 20: 419-435. CN100371372C通过电纺丙烯腈/磷脂共聚物，得到磷脂改性的丙烯腈纳米纤维，并通过物理吸附的方法将酶固定化在纳米纤维膜上。美国专利US20070077567A1提供了一种首先将酶单分子层共价键固定化在聚（苯乙烯-马来酸酐）纳米纤维上，然后再利用戊二醛将更多的酶分子与第一层固定化好的酶分子进行交联，在纳米纤维表面形成酶聚集体。但上述固定化酶的方法存在固定化过程操作繁琐、固定化酶催化稳定性较低和固定化载体机械强度较低等缺点。

因此有必要研制一种固定化酶过程操作简单且具有稳定结构、比表面积高和固定化酶材料机械强度高的纳米纤维膜用于酶的固定化，以有效的提高固定化酶的载酶量、提高固定化酶的催化效率，同时易于从反应体系中回收且重复使用，极大地提高酶的利用率和降低生产成本。

发明内容

  针对一些用于固定化酶的载体容易导致酶催化稳定性降低、固定化酶过程操作繁琐、固定化材料机械强度低和难以回收等问题，本发明的目的在于提供一种具有高比表面积、高空隙率、固定化酶过程操作简单和固定化材料机械强度高的一种聚丙烯腈纳米纤维膜固定化酶的制备方法。

本发明提出的聚丙烯腈纳米纤维膜固定化酶的制备方法，具体步骤如下：

将聚丙烯腈纳米纤维膜浸入纯乙醇溶液中，通入氯化氢气体10~30分钟，进行活化处理取出聚丙烯腈纳米纤维膜并用pH为7.0的磷酸盐缓冲溶液充分冲洗，以除去聚丙烯腈纳米纤维膜上残余的乙醇；然后，将活化之后的纳米纤维膜浸入浓度为0.1~2毫克/毫升的酶磷酸盐缓冲溶液中，密封后于10~30℃、转速为30~120转/分钟条件下，震荡1~5小时；从溶液中取出处理后的聚丙烯腈纳米纤维膜，用去离子水反复冲洗3~5次，即可得到聚丙烯腈纳米纤维膜固定化酶；将固定化酶的纳米纤维膜浸入pH为5.0的磷酸缓冲溶液中，于4℃下储存备用。

本发明中，所述酶磷酸盐缓冲溶液上的酶为酚氧化酶、过氧化物酶、蛋白酶、淀粉酶或脂肪酶中任一种。

本发明中，聚丙烯腈纳米纤维膜的制备方法为：将聚丙烯腈溶于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，配成重量百分比为5%~10%的溶液。然后，将配好的溶液注入静电纺丝装置中，在电压为12~20千伏、喷丝头溶液流量为0.8~1.5毫升/小时、接受距离为10~20厘米的条件下进行静电纺丝得到纤维直径在100~600纳米的纤维膜。将得到的纤维膜放置于真空干燥箱中在30℃~50℃的条件下干燥5小时~12小时。

本发明中，所述聚丙烯腈的相对分子量为12~18万。

本发明的有益效果在于：

（1）聚丙烯腈纳米纤维膜的制备及其酶固定化操作过程简单。

（2）聚丙烯腈纳米纤维膜具有高比表面积和高空隙率，有利于提高固定化酶的载酶量和提高固定化酶的催化稳定性。

（3）聚丙烯腈纳米纤维膜作为酶的固定化载体，易于从反应体系中回收，可以重复使用，极大地提高酶的利用率和降低生产成本。