[发明专利]一种UCST型非离子水溶性聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种UCST型非离子水溶性聚合物及其制备方法和应用，属于有机合成和固定化酶技术领域；在本发明中，将丙烯酰胺和丙烯腈可逆加成‑断裂链转移聚合，合成了具有高临界溶解温度的UCST型非离子水溶性聚合物；所述UCST型非离子水溶性聚合物在生理条件下存在UCST，且低迟滞，具有高临界溶解温度，能够很好的应用于固定化LytA标签β‑葡萄糖苷酶领域中。

技术领域

本发明属于有机合成和固定化酶技术领域，具体涉及一种UCST型非离子水溶性聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

热响应性聚合物可以表现出较低的临界溶液温度(LCST)和/或较高的临界溶液温度(UCST)，但是迄今为止，只有少数聚合物在相关温度范围(0-100℃)的水中表现出UCST，即在冷却时与溶液相分离。并且基于离子相互作用的UCST型聚合物，如甜菜碱类聚合物，很难在生理条件下使用(即存在盐等)，这极大地限制了它们的潜在应用。

非离子型UCST聚合物，如聚丙烯酰基甘氨酰胺(PNAGA)，其相变依赖于聚合物侧基之间的氢键，随着温度的升高，聚合物侧基之间的氢键在吸热过程中断裂，在放热过程中被与水分子的氢键取代，其在生理条件下具有尖锐而强劲的相变，能够扩大UCST型聚合物的应用范围。然而，非离子型UCST聚合物在聚合过程中出现的痕量离子基团会显著影响其相变，甚至抑制其UCST行为。此外，PNAGA及其衍生物表现出明显的迟滞现象，并表现出缓慢的相变，阻止了它们在许多需要急剧和快速相变的应用中使用。

β-葡萄糖苷酶，又称β-D-吡喃葡萄糖苷水解酶，是一种能够水解结合于末端非还原性的β-D-葡萄糖苷键，同时释放出β-D-葡萄糖和相应的配基的水解酶。β-葡萄糖苷酶广泛存在于自然界许多植物、昆虫、酵母、曲霉、木霉及细菌体内。它参与生物体的糖代谢，对于维持生物体正常生理功能起着重要的作用。此外，β-葡萄糖苷酶能将茶、果、蔬中的风味前体物质水解为具有浓郁天然风味的香气物质，并且还能协助纤维素酶降解纤维素。然而，游离β-葡萄糖苷酶存在温度稳定性差以及难以重复利用等缺点限制其在多数情况下的应用，因此对β -葡萄糖苷酶固定化的研究具有重要的理论和实用价值。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种UCST型非离子水溶性聚合物及其制备方法和应用。本发明中，将丙烯酰胺和丙烯腈可逆加成-断裂链转移聚合，合成了具有高临界溶解温度的UCST型非离子水溶性聚合物；所述UCST 型非离子水溶性聚合物在生理条件下存在UCST，且低迟滞，具有高临界溶解温度，能够很好的应用于固定化LytA标签β-葡萄糖苷酶领域中。

本发明中首先提供了一种UCST型非离子水溶性聚合物，所述聚合物通过将丙烯酰胺和丙烯腈可逆加成-断裂链转移聚合得到；所述聚合物的化学式为 mPEG_x-b-P(AAM_y-co-AN_z)，其中b表示mPEG和两个单体之间以嵌段聚合的方式结合，其中x表示聚乙二醇单甲醚的聚合度，y、z分别为丙烯酰胺和丙烯腈在聚合物中的占比(％)，y、z值为不包括0和100的任意值，所述聚合物结构式为：

进一步的，所述mPEG_x-b-P(AAM_y-co-AN_z)中，通过改变丙烯酰胺和丙烯腈的投入量在0℃-100℃范围内调节聚合物UCST。

本发明中还提供了上述UCST型非离子水溶性聚合物的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)苄基三硫代碳酸酯(BTPA)的制备：

将3-巯基丙酸(MPA)和二硫化碳(CS₂)分别缓慢滴入KOH溶液中，使其在室温下油浴反应，然后滴加溴化苄，升温至85℃回流反应；反应结束后冷却，接着向反应液中加入氯仿和浓盐酸，搅拌，去离子水清洗至上相澄清；去除上相，并将下相浓缩，然后加入二氯甲烷，低温结晶，过滤，洗涤，得到黄色粉末样品。