[发明专利]一种磁性DNA水凝胶封装双酶的方法

说明书

一种磁性DNA水凝胶封装双酶的方法，属于固定化酶制备领域。本发明分为以下步骤：首先通过生物素功能化的单链DNA与未修饰的首尾交叉互补配对的单链DNA通过碱基互补配对制备长链DNA超分子结构；之后将DNA超分子结构与葡萄糖氧化酶、辣根过氧化物酶及磁性纳米粒子混合；加入链霉亲和素，通过链霉亲和素和生物素的相互作用实现酶和磁性纳米粒子的封装，进而制备磁性DNA水凝胶封装双酶体系。由于DNA水凝胶具有较好的生物相容性和生物源性及磁性纳米粒子的磁响应性，制备的固定化酶体系拥有较好的重复使用性、稳定性以及高酶活性，有利于酶的重复利用及回收，降低使用制备成本。

技术领域

本发明属于固定化酶制备技术领域，具体涉及通过DNA水凝胶封装酶和磁性纳米粒子制备磁性DNA水凝胶封装酶的方法。

背景技术

天然酶是一种温和高效的生物催化剂，在基础研究和工业化实际应用中都有着极其广阔的前景。与传统的化学反应相比，酶促反应的条件更加温和，操作更加简单，区域选择性更高，反应中副产物更少，而且很多化学方法难以合成的反应都可以通过一种或多种酶来完成。除此之外，酶还具有很多优势，比如高催化效率、活性可调控、选择专一性等。但游离酶成本较高、稳定性差、不能重复使用等缺点成为阻碍其普及的瓶颈。将天然酶固定在载体上，拓宽酶的应用范围和稳定性。固定化酶具有以下优点：其一，固定化的载体易于和底物分离，因此可以避免酶对反应底物的污染；其二，酶本身价格昂贵，固定化酶可以实现对酶的回收利用，从而大大降低了反应的成本；其三，将酶固定在载体表面可以增加酶的结构稳定性，使酶在实验室和工业化研究中更不易失活；其四，将酶固定在合适的载体上可以提高酶的重复使用性及酶活性，降低反应及应用成本。

由于DNA水凝胶具有较好的物理化学稳定性、较好的生物相容性以及生物源性，被广泛应用于生物和医疗领域。近年来，以DNA水凝胶为载体进行酶封装制备固定化酶得到发展。尽管这些固定化酶具有满意的酶促分析及酶活性，但几乎都是基于同相酶分析，导致固定化酶难以从反应体系中分离，因此具有较差的重复使用性和稳定性。因此，需要进一步探索易于制备和从反应体系中分离的基于DNA水凝胶封装的固定化酶方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用DNA水凝胶为封装载体，同时封装多酶和磁性纳米粒子固定化酶的方法，以克服传统DNA水凝胶封装酶难以从反应体系中分离的缺点。本发明的封装方法操作简单，条件温和，制备的封装酶酶活性高，重复使用性、稳定性好，且易于从反应体系中分离。本发明以辣根过氧化物酶和葡萄糖氧化酶为模型来证明固定化酶体系的优良性能。

该方法首先合成生物素均匀功能化的长链DNA超分子结构，再经过生物素和链霉亲和素的特异性相互作用实现辣根过氧化物酶、葡萄糖氧化酶和磁性纳米粒子的封装，制备磁性DNA水凝胶封装双酶的固定化酶。

为了达到上述目的，本发明按照以下技术方案实现:

一种磁性DNA水凝胶封装双酶的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将生物素功能化修饰的单链DNA ssDNA1与未修饰的单链DNA ssDNA2溶于缓冲溶液中，混合溶液在95℃反应5min，反应后的混合溶液室温冷却4h制备长链DNA超分子结构；生物素与ssDNA1的摩尔比为1:1；ssDNA1和ssDNA2摩尔比为1:1；ssDNA1和ssDNA2为首尾交相互补配对构成DNA超分子结构；

(2)将(1)中合成的DNA超分子结构与磁性纳米粒子、葡萄糖氧化酶及辣根过氧化物酶混合30min，混合液中加入链霉亲和素反应24h，合成磁性DNA水凝胶封装双酶体系；辣根过氧化物酶和葡萄糖氧化酶摩尔比为2:1，链霉亲和素和生物素的摩尔比为1:2；DNA超分子结构与磁性纳米粒子、葡萄糖氧化酶的摩尔比为1:239:22。

进一步，将(1)中合成的DNA超分子结构与磁性四氧化三铁纳米粒子、葡萄糖氧化酶及辣根过氧化物酶混合30min，混合液中加入链霉亲和素反应24h，合成磁性DNA水凝胶封装双酶体系。