[发明专利]一种动态键聚合物的制备方法及其在提高酶热稳定性方面的应用

说明书

本发明提供一种动态键聚合物的制备方法及其在提高酶热稳定性方面的应用，属于高分子材料领域。该动态键聚合物由芳香醛、氨基封端的聚合物，以及含不同功能基团的胺，经亚胺生成反应聚合而成。该动态键聚合物提高酶热稳定性的方式有两种：1)将动态键聚合物直接加入酶的催化体系中，当反应条件升至原来可使酶失活的温度时，由于动态键聚合物的存在，酶的活性得以保持；2)将动态键聚合物加入因高温而活性显著减低的酶的催化体系中，一段时间后动态键聚合物能够恢复并提高酶的活性。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，涉及到酶催化合成，特别涉及到一种动态键聚合物的制备方法及其在提高酶热稳定性方面的应用。

背景技术

生物酶因为催化反应条件温和、过程高效、选择性高，在有机合成、制药、食品等方面应用广泛。然而酶的催化反应常有其最适合的温度和酸碱条件，在超出这一范围的高温环境中，酶的活性大大降低，甚至造成酶蛋白的不可逆失活，极大程度影响了酶的工业应用。因此，如何提高酶的热稳定性、提高催化效率和酶利用率是生物催化中的重要问题。

近年来，多种方法被用于提高酶的热稳定性，主要包括：1)蛋白质工程，如定向进化等基因手段。然而，该方案一般需要较长的筛选周期和大量的人力、物力；2)酶固定化，包括采用吸附、交联等方法将包裹或连接于载体上，但固定化酶的活性通常有所降低；3)添加稳定剂，例如通过加入表面活性剂、多元醇等而影响酶的构象稳定性，但在苛刻条件下其效果较为有限。

动态键聚合物是由超分子作用或可逆共价反应连接的聚合物，是一种新型可适应性高的分子材料。其最大的特点是聚合物结构组成可由外界刺激调控，例如有生物酶存在时，该类聚合物会在酶周围形成与酶表面作用最优的结构。有文献报道，将带有功能基团、亚胺连接的动态键聚合物直接加入酶催化反应体系中，酶的活性得到显著增强(Chem.Commun.2016,52,4053,Chem.Commun.2016,52,13768)。该类聚合物在提高酶热稳定性方面也应有潜在应用，但尚未得到有效开发。

发明内容

本发明的目的是提供一种动态键聚合物的制备方法及其在提高酶热稳定性方面的应用，该动态键聚合物由芳香醛、氨基封端的聚合物，以及含不同功能基团的胺，经亚胺生成反应聚合而成。该动态键聚合物提高酶热稳定性的方式有两种：1)将动态键聚合物直接加入酶的催化体系中，当反应条件升至原来可使酶失活的温度时，由于动态键聚合物的存在，酶的活性得以保持；2)将动态键聚合物加入因高温而活性显著减低的酶的催化体系中，一段时间后动态键聚合物能够恢复并提高酶的活性。

本发明的技术方案：

一种动态键聚合物的制备方法，步骤如下：

1)将芳香醛、氨基封端的聚合物以及含功能基团的胺在有机溶剂中混合，在60～80℃回流3～4天，进行亚胺生成反应；其中，芳香醛与氨基封端的聚合物的摩尔量之比为1:2～2:1；芳香醛与含功能基团的胺的质量之比2:1～10:1；

2)用减压蒸馏去除亚胺生成反应后体系中的溶剂，并加入蒸馏水，制备得到浓度为10～20mM的动态键聚合物溶液。

所述的芳香醛为均苯三甲醛、邻苯二甲醛、对苯二甲醛或间苯二甲醛；

所述的氨基封端的聚合物为氨基封端的聚乙二醇、聚醚胺、聚四氢呋喃、壳聚糖或氨基修饰的透明质酸。

所述的氨基封端的聚合物为双(3-氨基丙基)聚乙二醇、聚醚胺D系列、双端(3-氨丙基)聚四氢呋喃、双端氨基封端的长链烷烃、四臂-聚乙二醇-氨基、聚醚胺T系列、聚醚胺ED系列、O-羧甲基壳聚糖或酰胺水解后的透明质酸，具体结构式分别为(A)～(I)：

所述的含功能基团的胺为PAMAM树枝状聚合物，或包含1～3个伯胺、嵌有0-5个相同或不同的烷氧基、酰胺基、羟基亚甲基或仲胺基功能基团的烃链，烃链的碳数为2-12；结构式依次为(a)、(b)、(c)和(d)：