[发明专利]一种磁性固定化酶载体及其制备方法

说明书

本发明提供一种磁性固定化酶载体及其制备方法，通过以磁性纳米颗粒Fe₃O₄作为基质材料，以低成本的邻苯二酚和聚胺(PCPA)二元复合物代替昂贵的多巴胺对Fe₃O₄载体表面进行修饰，以链状分子乙二醇二缩水甘油醚(EGDE)作为柔性间隔臂连接酶和载体，获得了四氧化三铁Fe₃O₄‑仿多巴胺PCPA‑空间间隔臂EGDE三层结构的固定化酶载体。本发明合成的磁性纳米材料作为固定化酶载体，具有超顺磁性能、良好的生物相容性、可再生利用、分散效果好、高的酶荷载量和固定化酶活力回收等优点，适用于任何表面带丰富游离氨基的酶，是一种理想的固定化酶载体，在固定化酶领域具有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种磁性固定化酶载体及其制备方法。

背景技术

酶作为一类高效的生物催化剂，具有温和的反应条件、环境友好、经济可行性、优秀的区域选择性和立体选择性等优点，因而被广泛应用于生物技术领域。但是，游离酶在大规模的实际应用中存在着一些显著的缺点，例如：酶不易回收、高成本、低稳定性等。固定化酶技术的出现为克服游离酶的上述缺点和为酶的大规模应用提供了有效途径，是酶工程最为活跃的研究领域之一。

随着研究者们对纳米材料的广泛关注，许多载体材料被应用于酶的固定化研究，这些载体材料包括无机材料、天然聚合物和人工合成的聚合物。在这些材料中，磁性纳米材料作为一种无机材料，因其低毒性、超顺磁性和易于分离等优点而受到越来越多的关注。但是，酶很难直接固定在磁性材料表面，这是因为磁性纳米材料表面缺少活泼官能团，其表面的羟基和酶之间只存在弱相互作用。通过利用可降解的、生物相容性好的多聚物对磁性纳米材料表面进行功能化修饰可能是一种提高酶的固定化效率的有效策略。

当今，多巴胺作为一种表面修饰剂，因其优秀的粘附能力、良好的生物相容性、丰富的活性基团而受到越来越多研究者的关注。在碱性条件下，多巴胺能够自聚、沉淀在不同基质材料表面形成聚多巴胺层，其表面丰富的醌基使得多巴胺能够和酶的氨基或者巯基发生迈克尔加成或者席夫碱反应，从而将酶固定在载体材料表面。但是，多巴胺昂贵的价格严重限制了其在工业催化领域的大规模应用的潜力。幸运的是，已有相关文献报道聚多巴胺优秀的粘附能力主要归功于邻苯二酚和氨基两个组分。因此，具有邻苯二酚和氨基结构的分子可能具有类似于多巴胺的氧化聚合能力，其氧化产物可以代替多巴胺用于酶的固定化。目前，已有文献证实了邻苯二酚/聚胺(PCPA)二元复合物系统可以用来替代多巴胺，其形成的聚合物层可以进行二次功能化，从而引入新的功能基团。此外，这个二元复合物具有显著的优势：其价格不到多巴胺价格的8％。但是，酶直接固定在仿多巴胺功能化的载体材料表面可能出现酶活损失严重的问题，这可能是由于直接固定化之后酶的空间构象改变或者底物不易进入到固定化酶的活性中心。因此，利用低毒的、链状分子作为柔性空间间隔臂连接纳米材料和酶分子是一种克服以上不足的理想策略。

发明内容

本发明的第一个目的在于，提供一种低成本、可再生、生物相容性好的磁性固定化酶载体的制备方法。

本发明的第二个目的在于，提供一种低成本、可再生、生物相容性好的磁性固定化酶载体。

本发明的第三个目的在于，提供一种低成本、可再生、生物相容性好的磁性固定化酶载体的应用。

为了实现本发明第一个目的，本发明提供了一种磁性固定化酶载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采用溶剂热法合成Fe₃O₄磁性纳米颗粒；

(2)将步骤(1)制备的Fe₃O₄纳米颗粒采用机械搅拌的方法分散在邻苯二酚和聚胺的Tris-HCl缓冲溶液中，获得仿多巴胺功能化的磁性纳米颗粒 (Fe₃O₄-PCPA NPs)；