[发明专利]一种基于双亲性介孔纳米硅球的界面固定化酶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于双亲性介孔纳米硅球的界面固定化酶及其制备方法，该双亲性介孔纳米硅球界面固定化酶包括酶和用于固定所述酶的载体即双亲性介孔纳米硅球，所述的双亲性介孔纳米硅球包括作为核的疏水性的介孔二氧化硅球与作为壳的亲水的介孔二氧化硅，颗粒直径为100～400nm，比表面积为300～800m²/g，介孔的孔径尺寸为3～30nm，疏水性的介孔二氧化硅球的水接触角为90°～150°，亲水性的介孔二氧化硅球的水接触角为10°～70°。本发明所述双亲性介孔纳米硅球界面固定化酶，通过形成皮克林乳液达到酶界面固定化的目的，其中酶处在核‑壳结构的夹层和油水界面上，能够大幅度提高酶稳定性和催化性能。

技术领域

本发明属于酶固定化技术领域，具体涉及一种双亲性介孔纳米硅球界面固定化酶及其制备方法。

背景技术

酶是一种具有催化活性高、选择性好、专一性强、绿色环保的生物催化剂，广泛应用于各个领域。在使用过程中，游离酶的催化活性、稳定性和回收、重复使用等问题制约着实际生产中的应用，为了解决上述问题，固定化技术应运而生，酶的固定化是指将天然的游离酶限定在一定空间而不能自由移动的一种技术，对酶的催化活性和稳定性均有较大提升。固定化酶的载体是影响其性能的主要因素之一。常用的载体包括多孔硅材料、大孔树脂、分子筛等，通常这些载体直接简单吸附固定化，酶活力降低。专利CN110655060A公开了一种双面两亲性载体，该载体同时具有亲水-疏水两相反界面，然而，该载体的形貌是片层状，在高速搅拌或快速振荡的催化条件下，酶稳定性不高，且容易脱落，降低固定化酶重复使用率。

酶的催化性能与酶的活性中心状态有关，研究表明，脂肪酶的活性中心被一个或者几个α螺旋结构所遮盖着，被称作为“盖子”，“盖子”具有上表面亲水下表面疏水的双亲性质，在油水界面上，“盖子”被打开，继而暴露出活性中心，脂肪酶可发挥催化性能，这是脂肪酶“界面激活”现象。专利CN 105176944 A公开了一种在传统固定化酶的基础上，通过构建皮克林乳液体系提高酶在两相反应中的催化性能的方法，然而，该方法是将酶吸附固定在载体上，然后将含酶的颗粒放入体系中形成皮克林乳液，由于脂肪酶已经吸附固定化完成，大部分酶的构象较难改变，不能达到界面吸附固定化的目的。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种双亲性介孔纳米硅球界面固定化酶及其制备方法，通过形成皮克林乳液达到酶界面固定化的目的，其中酶处在核-壳结构的夹层和油水界面上，能够大幅度提高酶稳定性和催化性能。

一种双亲性介孔纳米硅球界面固定化酶及其制备方法，包括酶和用于固定所述酶的载体双亲性介孔纳米硅球，所述的双亲性介孔纳米硅球包括内部的疏水性的介孔二氧化硅球与外部的亲水的介孔二氧化硅球，颗粒直径为100～400nm，比表面积为300～800m²/g，介孔的孔径尺寸为3～30nm，疏水性的介孔二氧化硅球的水接触角为90°～150°,亲水性的介孔二氧化硅球的水接触角为10°～70°。将酶、有机溶剂、双亲性介孔纳米硅球乳化形成皮克林乳液。

按上述方案，所述双亲性介孔纳米硅球可以是核壳结构。

疏水性的介孔二氧化硅球的水接触角为90°～150°，亲水性的介孔二氧化硅球的水接触角为10°～70°。

按上述方案，所述的酶主要包括脂肪酶、磷脂酶、胰脂酶或水解酶等其中任意一种。从酶的种类来讲，本发明适用的酶包括但不限于具有界面激活效应的酶。按上述方案，所述的有机溶剂主要包括正己烷、异辛烷、正庚烷等。

上述双亲性介孔纳米硅球界面固定化酶的制备方法，主要步骤如下：

1)疏水性的介孔二氧化硅球的制备：将表面活性剂分散到反应溶剂中，加入催化剂和正己烷、硅源，进行搅拌反应，反应完成后离心，用乙醇洗3次烘干，所得固体即是作为核的二氧化硅球；将二氧化硅球去除表面模板剂后，形成介孔二氧化硅球，利用硅烷偶联剂在甲苯环境中以三乙胺为催化剂对介孔二氧化硅球进行表面修饰，合成疏水性的介孔二氧化硅球。