[发明专利]一种核壳结构的纳米纤维固定化酶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于脂肪酶固定化领域，特别是涉及一种核壳结构的纳米纤维固定化酶的制备方法。

背景技术

脂肪酶能区分外消旋体混合物中的两种对映体，其中一种对映体比另一种更容易转化成产物。现在国内外有大量关于脂肪酶催化水解和酯化反应的研究。国外的Jan-E. Backvall、Jonathan M. J. Williams、Mahn-Joo Kim等小组以及国内的曹淑桂、李灿、许建和等小组分别采用不同的方法对脂肪酶催化拆分反应进行了研究，如动态动力学研究、化学生物去消旋化研究等，分别得到了具有较高产率和对映选择性的手性化合物。其中，关于将催化剂脂肪酶固定化的研究也有较多，例如有人将脂肪酶吸附在磁性分离的、疏水的硅藻土泡沫材料上，制备得到固定化酶，并将之用于催化仲醇的动力学拆分。这种固定化脂肪酶显示了高于自由酶4倍的活性，而且固定化酶连续使用7次，活性没有明显损失。这种方法克服了脂肪酶的不稳定性和不能重复使用的缺陷，显示了极大的应用潜力。

在脂肪酶固定化后，固定化酶活性高低主要依赖载体的特性，包括载体的材料种类、组成和结构等。到目前为止，具有不同纳米结构的材料也被用作固定化酶的载体，如介孔分子筛、碳纳米管、纳米颗粒及纳米纤维。它们与其他载体有鲜明的区别，就是它们具有很高的表面积与体积比；这样可以为固定化提供更多更有效地表面积，从而更有利于酶的稳定。然而一些纳米结构的材料也有其不能克服的缺陷。例如，介孔分子筛将酶分子局限在它的内表面，这限制了底物与酶的接触，也就降低了酶的活性；另外，纳米颗粒和纳米管的扩散和重复利用比较困难。另一方面，电纺制备的纳米纤维则可以较好地解决这些问题，并且在作为固定化酶的载体方面有极大的潜力。主要是因为有很多种高分子化合物能进行电纺，制备纳米纤维，这样就可以满足不同的使用需要；纳米纤维有较高的多孔性，有利于底物的质量转移；另外纳米纤维的表面还可以进行修饰，以较好地保持或增加酶的活性。

纳米纤维酶固定化方法主要有表面吸附和包埋两种，现在研究较多的是利用吸附法实现酶的固定化，而关于包埋制备的研究较少。包埋法存在较多问题，如酶在纤维表面有较多残留，易导致酶损失；酶包埋在纤维内部，底物分子不易接触；纤维的交联可能会影响酶的活性等。

发明内容

本发明的目的为了解决上述的酶在纤维表面有较多残留，易导致酶损失以及酶包埋在纤维内部，底物分子不易接触两方面的技术问题而提供一种核壳结构的纳米纤维固定化酶制备方法，本发明制备方法简单，易于操作；且所得的核壳结构的纳米纤维固定化酶有较好的活性和稳定性，有利于提高酶的重复使用性，降低生产成本。

本发明的技术方案

一种核壳结构的纳米纤维固定化酶的制备方法，包括如下步骤：

（1）、将适量的疏水性高分子材料溶于N,N－二甲基甲酰胺（DMF）中，超声振荡使其充分均匀溶解，形成浓度为8~10wt.%的纺丝溶液，作为壳层纺丝溶液；

所述的疏水性高分子材料包括聚丙烯腈（PAN）、醋酸纤维素（CA）、尼龙66（PA66）、聚三亚甲基碳酸酯（PTMC）、聚ε-己内酯（PCL）中的一种或任意两种组成的混合物；

另外可在壳层纺丝液中添加少量水溶性高分子化合物，研究其对纳米纤维膜孔径大小的影响，优选添加0.1~1wt.%的水溶性高分子化合物聚乙二醇（PEG）或聚乙烯吡咯烷酮（PVP）； 

（2）、将脂肪酶，溶解于水中，超声振荡使脂肪酶充分溶解，得到脂肪酶浓度为0.02~1g/mL的脂肪酶纺丝液，作为核层纺丝溶液；

所述的脂肪酶为固定化南极假丝酵母脂肪酶（Novozym 435）、猪胰脂肪酶（PPL）、圆柱状假丝酵母脂肪酶（CRL）、米赫毛霉脂肪酶（MML）或Lipase AY 30脂肪酶（LAY）等；

（3）、对步骤（1）所得的壳层纺丝溶液和步骤（2）所得的核层纺丝溶液采用同轴静电纺丝装置进行纺丝，得到纤维膜后，将纤维膜置于真空干燥箱中控制温度为50~60℃干燥过夜，以除去残留的溶剂和湿气，即得到直径在50~400nm的一种核壳结构的纳米纤维固定化酶。

上述的一种核壳结构的纳米纤维固定化酶制备方法中所述的同轴静电纺丝装置，包括注射泵、注射器A、注射器B、纺丝喷头、接地的接收板及高压静电发生器；

所述的注射器A和注射器B由同一注射泵控制，以便得到均匀的流速；

注射器B是注射器A的容积的5倍；