[发明专利]一种中空纳米纤维内部固定化生物酶的制备方法

说明书

本发明属于酶固定化的纳米功能材料领域，具体涉及一种中空纳米纤维内部固定化生物酶的制备方法。将高分子聚合物溶于混合有机溶剂中，充分溶解搅拌均匀形成的透明溶液作为同轴静电纺丝的外壳纺丝液；将低分子量的多元醇或低聚合度的聚乙二醇溶于纯水或磷酸盐缓冲液中，添加多巴胺和生物酶，充分溶解混合均匀形成的均质溶液作为同轴静电纺丝的内芯纺丝液；利用两台微量注射泵分别控制外壳纺丝液和内芯纺丝液的流速，施加电压进行同轴静电纺丝，在接受端收集纳米纤维。在同轴静电纺丝时和后处理过程中，多巴胺自发聚合生成聚多巴胺的同时，聚多巴胺可以原位共价交联固定化多种生物酶，反应条件温和，方法简便实用，降低了蛋白泄露率。

技术领域

本发明属于酶固定化的纳米功能材料领域，具体涉及一种中空纳米纤维内部固定化生物酶的制备方法，并且这种内部功能化的中空纳米纤维材料可应用于生物催化、分析检测和环境污染物治理等功能材料领域。

背景技术

纳米功能材料是一类新型的纳米材料，既具有纳米材料的高比表面积、可控可调的形貌结构等优点，又可以复合无机、有机、高分子和生物活性分子的特殊功能，在酶催化、生物材料、分析检测和环境治理等领域得到了广泛的发展，因此开发新型的一维纳米纤维功能材料具有十分巨大的潜在应用价值。

聚多巴胺是通过多巴胺在弱碱性环境下自发氧化聚合形成的，是一种新型的仿生高分子粘附材料，可以均匀的包覆在材料表面，并且聚多巴胺可以进一步功能化修饰含有氨基或巯基的功能分子。而现有的技术主要是在无机材料、高分子材料、纳米材料、烟草花叶病毒等材料的外表面进行聚多巴胺的包覆和功能化修饰（例如中国专利公开号CN102000658和CN 102813963是在生物医用的无机、金属、金属合金和高分子材料表面用聚多巴胺功能化修饰具有生物活性的分子；CN 103920152和CN 104549159是在多壁碳纳米管和磁性银纳米线为代表的一维无机纳米材料表面包覆聚多巴胺；CN 105327354是在自组装的烟草花叶病毒纳米线外表面包覆聚多巴胺并功能化修饰；CN 107297197是在超滤膜或纳滤膜材料表面黏附聚多巴胺涂层并固定化生物酶）。但这些技术方法都没有涉及到在功能材料内部生成聚多巴胺并功能化，特别是没有在中空纳米纤维内部的管状空间中，通过添加多巴胺原位聚合生成聚多巴胺并固定化生物酶的方法。

中空纳米纤维的制备方法，目前最常用的方法是采用同轴静电纺丝技术，在传统的静电纺丝基础上，使用特殊的同轴结构的纺丝针头，将2种不相容的纺丝液分别通入内外嵌套的毛细管中，静电纺丝得到核壳结构的纳米纤维，然后通过溶解去除内核物质得到中空管状结构的纳米纤维，其内部空间可以包埋生物活性物质和药物分子。但现有技术方法多采用物理吸附、静电相互作用以及材料本身的包埋效果实现生物活性物质的固定化（例如中国专利公开号CN 102733000将α-胰凝乳蛋白酶和药物酮洛芬分子溶解于甘油中作为内芯纺丝液，通过同轴静电纺丝物理包埋在中空结构的聚合物纳米纤维中；CN102768190将3α-羟基类固醇脱氢酶、心肌黄酶和辅酶原位包埋在中空的聚合物纳米纤维的腔室内；CN104818540将催化CO₂还原制备甲醇的多种酶和辅酶通过包埋和静电引力作用束缚在中空纳米纤维内部；CN 103668485利用同轴三通道静电纺丝技术得到三层同轴的纳米纤维，将生物酶包埋于缓释激活剂和多孔聚合物的夹层内）。这些方法虽然实现了酶在纳米纤维内部的固定化，但由于酶与纳米纤维之间的相互作用依靠比较弱的物理吸附、静电吸引和材料的包埋，在实际应用中容易造成生物酶的流失，存储稳定性和重复使用率不高。

此外CN 102645474利用同轴静电纺丝制备纳米纤维，将酶和聚合物混合作为外壳材料，并用交联剂交联固定化，但酶暴露在材料表面，容易受外部环境影响而失活。

迄今为止，在纳米纤维内部中空管状结构中，一步法简便的在多巴胺自身原位聚合生成聚多巴胺的同时，利用聚多巴胺的反应性以共价键交联实现对生物酶修饰固定化的制备方法还没有报道过。

发明内容