[发明专利]一种聚合物基材表面固定化酶的方法

说明书

技术领域

本发明属于固定化酶制备技术领域，具体涉及可见光引发的聚合物基材表面固定化酶方法。

背景技术

利用酶为催化剂的化学反应具有催化效率高、底物选择性高、反应条件温和等优点，是实现绿色化学、可持续发展的重要技术手段之一。但是，游离酶也存在易变性的缺点，在高温、强酸、强碱、紫外线等环境下易失去催化活性，并且在反应后不易分离，不仅污染产物，也因不能重复利用而使成本提高，不利于其实际应用。为了解决这一难题，可以对游离酶进行固定化。酶的固定化使酶易于与产物分离，能够回收以重复利用，并可提高酶的稳定，因此能较好满足工业应用需求。目前常用的固定酶方法主要有共价键合法，物理吸附法，交联法和包埋法。包埋法与物理吸附法相比对酶具有更强的结合力，与共价键合法和交联法相比固定条件更加温和，适用于酶的范围更广，在酶固定技术中具有独特的优势。近年来，以聚合物凝胶为载体的酶固定技术成为热点，并被用于生物催化、生化检测等诸多领域。但是，聚合物凝胶普遍存在机械强度较低的缺点，在实际应用中很容易被破坏而丧失其功能。因此，将凝胶接枝在机械强度较高的基材上，制备具有支撑基质的凝胶膜成为一种新型的制备高性能凝胶材料的方法。接枝凝胶膜具有与表面接枝聚合物刷相似的特点，并且与后者相比，前者具有更多的优势。首先，表面三维网络结构可以通过更多的连结点与基材键接，而接枝聚合物刷每条链只有一个与基材相连的共价键，因此表面三维网络更加稳定。其次，凝胶膜能够对基材表面进行改性，以较少的接枝位点达到聚合物刷密接枝才能产生的改性效果，对基材的覆盖更加均匀。

目前有多种方法制备以聚合物为基材的凝胶复合膜。Rubira等用铬酸氧化法在低密度聚乙烯表面引入了羧基，又通过羧基与乙二胺反应引入了氨基，再进一步使氨基与聚丙烯酸的羧基发生缩合反应最终形成了凝胶膜，通过控制反应条件可以制备出纳米到微米厚的凝胶膜（Applied Surface Science, 2009, 255, 6345-6354）。Harmon等（Macromolecules, 2002, 35,5999-6004）和Varvarenko等（Reactive & Functional Polymers, 2010, 70 647-655）借鉴合成表面聚合物刷所用到的“graft from”方法，提出了类似的接枝凝胶膜的方法：即先将引发剂固定在基材表面，再在适当条件（紫外光辐照、加热等）下引发表面的单体和交联剂溶液聚合，形成凝胶薄膜。虽然上述方法得到的复合膜具有凝胶（载体）和基材（机械强度高）的双重优点，但是却并不适于酶的包埋，主要是由于上述反应条件苛刻，所用到的高温、高能量的紫外光会导致酶变性而失活。基于光聚合的基本原理，杨万泰发现，在聚合物表面引入休眠基，在可见光照射下可以引发乙烯基单体可控接枝聚合，从而在表面引入聚合物接枝链。但是，相关的专利（杨万泰等，CN101307122A）和论文（Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry,47, 6852，2009）并没有涉及可见光引发交联聚合制备凝胶/基材复合膜用于酶固定的内容。

因此，有必要设计出一种简单、条件温和的方法制备凝胶/基材复合膜，以实现对游离酶的有效包埋。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种可见光引发的聚合物基材表面接枝凝胶层原位固定游离酶的方法。该方法操作简单，条件温和，能够在制备凝胶/基材复合膜的同时实现对游离酶的有效包埋。

为了达到上述目的，本发明按照以下技术方案实现：

（1）用光引发剂的溶液浸渍或涂覆在聚合物基材表面或将光引发剂的溶液夹在聚合物材料之间形成“三明治”型结构，使聚合物基材吸附光引发剂或对覆盖光引发剂溶液的聚合物表面进行紫外光照射引入半频哪醇休眠基。

（2）在可见光照射下，光引发剂或休眠基团产生自由基，引发含有游离酶的可聚合溶液进行可控交联聚合反应，最终将酶固定在表面交联网络中。

所述光引发剂为硫杂蒽酮、氧杂蒽酮或两者的衍生物。

所述的聚合物基材为聚合物链含有碳－氢键的能够进行光引发剂夺氢反应的有机材料。包括低密度聚乙烯LDPE、高密度聚乙烯HDPE、流延聚丙烯CPP、双向拉伸聚丙烯BOPP、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT、聚酰胺PAM、聚氯乙烯PVC、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚马来酸酐PMA、聚碳酸酯PC、聚己内酯PCL、纤维素、纤维素酯、酚醛树脂或环氧树脂。