[发明专利]用于生物纳米催化剂固定化的可打印磁粉和3D打印物体

说明书

本发明提供用于通用的酶和酶系统固定化的材料，特别是磁性材料。这里描述了形成用作磁性固定化酶(称作生物纳米催化剂(BNC))骨架的粉体单层或多层材料的热塑性塑料与磁性颗粒的强磁性和高孔隙率的复合共混物。应用3D打印通过烧结复合磁粉生产设计的物体。在一些实施方案中应用选择性激光烧结(SLS)。本发明提供所述材料组合物在允许连续生产例如小分子的酶载体和流式细胞的3D打印中的应用。

相关申请的交叉引用

本申请主张2018年9月27日提交的美国临时申请No.62/737,910的权益，所述申请在这里作为参考全文引用。

技术领域

本发明提供用于通用酶和酶系统固定化的材料，特别是磁性材料。这里描述了形成用作磁性固定化酶(称作生物纳米催化剂(BNC))骨架的粉体单层或多层材料的热塑性塑料与磁性颗粒的强磁性和高孔隙率的复合共混物。应用3D打印通过烧结复合磁粉生产设计的物体。在一些实施方案中应用选择性激光烧结(SLS)。本发明提供所述材料组合物在允许连续生产例如小分子的酶载体和流式细胞的3D打印中的应用。

背景技术

生物催化作为一种绿色技术，与传统的昂贵和低效的工艺相比，在化工生产中越来越受欢迎。它的应用包括生产食品配料、香料、香精、日用品和精细化学品以及活性药物。但当以工业规模生产化学品时，酶的活性和负荷会急剧下降，导致性能显著下降。

酶的磁性固定化包括将酶包埋在磁性介孔簇中，这些磁性介孔簇在酶的周围自组装(1级)。固定化效率取决于多种因素，包括酶和纳米颗粒的初始浓度、酶表面性质、酶的静电势、纳米颗粒表面性质和接触时间。在生物催化过程中用于工业目的的酶应该是高效的、在所述过程之前和期间是稳定的、可重复用于若干生物催化循环中且经济。

可将磁性纳米颗粒的介孔聚集体引入连续或颗粒状的大孔骨架(2级)。所述骨架可以是磁性或非磁性的。这种骨架在WO2014/055853、WO2017/180383和Corgie等人的Chem.Today 34(5):15-20(2016)中进行了讨论，这些公开在这里作为参考全文引入。设计强磁性骨架以固定、稳定和优化任何酶。这包括在高负荷和全活性下和用于生产例如小分子的全酶系统。

选择性激光烧结(SLS)是一种增材制备(AM)技术，其使用激光作能源烧结尼龙或聚酰胺等粉体材料。激光自动瞄准由3D模型定义的空间点，将材料粘结在一起形成固体结构。它类似于直接金属激光烧结(DMLS)，但在技术细节上有所不同。DMLS应用了一个类似的概念，但在DMLS中，材料是完全熔化而不是烧结。这使得人们能够制备出具有不同性质(如晶体结构和孔隙率)的材料。SLS是相对新的技术，可以扩展到工业规模的制备过程。

SLS是一种增材制备层技术。它包括高功率的激光器(如二氧化碳激光器)将塑料、金属、陶瓷或玻璃粉体的小颗粒融化为具有所需三维形状的物质。激光通过扫描粉体床层表面上由部件的3D数字描述(如来自CAD文件或扫描数据)生成的横截面，选择性地熔化粉体材料。扫描每个横截面后，将粉体床层降低一层厚度，在顶部施用新一层材料，重复该过程，直到部件完成。

3D打印包括在计算机控制下连接或固化材料以创建三维物体的过程。将添加的材料(例如液体分子或粉体颗粒)熔合在一起。3D打印在快速成型制备和增材制备中都有应用。对象几乎可以为任何形状或几何体，并且通常应用来自3D模型或其它电子数据源(如增材制备文件(AMF))的数字模型数据来产生。通常，材料按顺序分层添加。还有许多不同的技术，如立体光刻(SLA)或熔融沉积模塑(FDM)。

发明内容