[发明专利]一种包封生物酶的全硅胶体体微胶囊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种包封生物酶的全硅胶体体微胶囊及其制备方法，特别是涉及一种通过硅烷水解粘结一层或一层以上二氧化硅纳米粒子形成的可调控壳壁结构的包封生物酶的全硅水芯胶体体微胶囊及其制备方法。

背景技术

胶体体是一种新颖的具有半通透性壳壁结构的新型微胶囊，其壳壁由自组装分散在皮克林乳液油-水界面的胶体粒子间相互作用而固化形成。胶体体包封芯材已受到医药、化妆品、食品等领域的高度关注，但仅处于起步阶段。目前，已报道的可用于制备胶体体微胶囊的胶体粒子有高分子微球（PS胶体粒子、PMMA胶体粒子、PNiPAAm胶体粒子、P(NiPAAm-co-AAc)胶体粒子、环氧树脂微棒、纳米纤维素微棒、CPMV粒子等）和无机粒子（SiO₂纳米粒子、TiO₂纳米粒子、Fe₃O₄纳米粒子、粘土纳米粒子等）。

生物酶是具有生物催化功能的蛋白质大分子，酶催化具有催化效率高、专一性强等显著特点。生物酶催化已成为目前关注的和研究的热点，但研究过程中发现生物酶的许多重要底物水溶性较差；并且部分生物酶的催化作用在水系条件下存在主反应与水解反应竞争等问题，因此需要使用有机溶剂作为反应介质来解决上述问题。但同时也面临着生物酶在有机介质中稳定性差、易变性、活性低，并且不易分散于有机介质中。诸多问题限制了生物酶在各领域的广泛应用，尤其是在有机介质体系中的催化应用。

胶体体包封生物酶是防止外界不良环境对生物酶构象的破坏、提高生物酶稳定性和可回收重复利用性能的具有潜力和可行性的方法。目前胶体体的制备主要通过自粘法（利用粒子溶胀性、玻璃化转变等）、物理凝胶法（凝胶化水相将胶体粒子固定）、聚合法和光交联等方法固结在两相界面自组装的胶体粒子形成具有一定通透性的有机、有机/无机杂化胶体体微胶囊。上述制备方法条件剧烈（高温、紫外光照射），易导致生物酶失去活性；制备的胶体体大多为有机、有机/无机杂化结构，其物理和化学稳定性较低，在运载、存储芯材的过程中容易破裂，从而失去对芯材的包封保护和运载作用，更不适用于实现包封生物酶有机介质中催化。

硅烷水解粘结自组装于油-水界面的二氧化硅纳米粒子形成的全硅结构胶体体具有良好的生物相容性，并且具有良好力学性能和化学稳定性，可长时分散于有机介质而保持良好形貌特征。以此全硅胶体体包封生物酶在有机介质中催化具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种包封生物酶的全硅胶体体微胶囊及其制备方法，提出了一种以硅烷水解粘结自组装于油-水界面的二氧化硅纳米粒子而形成包封生物酶的全硅胶体体及其制备方法，本发明的方法操作简单、条件温和，适用于包封具有生物活性的生物酶。采用该制备方法制备出的可调控壳壁结构为一层或一层以上二氧化硅纳米粒子壳壁的包封生物酶的全硅胶体体，可实现生物酶在有机溶剂中的可控活性释放和重复利用。

本发明的一种包封生物酶的全硅胶体体微胶囊，所述胶体体微胶囊为具有一层或一层以上二氧化硅纳米粒子经硅烷水解粘结形成的壳壁结构并包封生物酶的球形核-壳结构微胶囊。改性二氧化硅纳米粒子在超声乳化作用下自组装排列于水（含生物酶的缓冲溶液）-油（有机溶剂）两相界面处，形成由二氧化硅纳米粒子稳定的油包水皮克林乳液，随后加入作为粘结剂的硅烷，在水解作用下将二氧化硅纳米粒子粘结固定，形成稳定的包封生物酶的全硅胶体体微胶囊。由于该胶体体微胶囊壳壁由二氧化硅纳米粒子排列组成，因此该胶体体为胶囊具有一定的半通透性，并且该壳壁半通透性可与形成壳壁的二氧化硅纳米粒子层的厚度相关。该胶体体为胶囊壳壁的半通透性赋予了包封于胶体体内部的生物酶可与外界物质接触的可能，从而可实现包封于胶体体内部的生物酶对外界物质的催化，并且包封的生物酶的催化活性可通过调整壳壁结构实现可控。同时该胶体体为全硅壳壁结构，具有良好的物理及化学稳定性，可长时间分散于有机溶剂而保持良好的形貌特征和性能。胶体体微胶囊内部的微水环境大大提高了生物酶在有机溶剂中的活性，并且包封于胶体体内部的生物酶，在胶体体微胶囊壳壁的屏蔽保护下，长时间分散于有机溶剂以让能保持较高的活性稳定性，并利于从有机溶剂分离，实现循环利用。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种包封生物酶的全硅胶体体微胶囊，所述硅烷是指以正硅酸乙酯或正硅酸甲酯为原料与醋酸酐缩聚反应形成的超支化硅烷。超支化硅烷具有更多的活性基团，有利于水解粘结二氧化硅纳米粒子，形成稳定结构。