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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 超順磁性納米尺度離子吸附固定化酶載體的制備
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 針對傳統(tǒng)固定化酶的使用成本高，載體吸附的酶量低、吸附的酶分子易發(fā)生解吸是該固定化酶的共性問題。兩步法制備本發(fā)明載體，使用紅外吸收光譜儀（FTIR）、掃描電子顯微鏡（SEM）、磁震動（VSM）等測定共聚物載體進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與表征及酶活力測定和固定化酶的吸附性能研究。
- 詳細(xì)介紹：
- 第一步：在5-10nm超順磁性Fe3O4的條件下，甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）、甲基丙烯酸-2-羥乙酯（HEMA）、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）等單體通過乳液聚合反應(yīng)，形成納米尺度、包埋Fe3O4、表面帶有環(huán)氧基的丙烯酸基聚合物。第二步：聚乙烯亞胺（PEI）的氨基與丙烯酸基聚合物表面的環(huán)氧基發(fā)生縮合反應(yīng)，形成新型的固定化酶的載體，以β-D-半乳糖苷酶為固定對象，測定載體的吸附性能。使用紅外吸收光譜儀（FTIR）、掃描電子顯微鏡（SEM）、磁震動（VSM）等測定共聚物載體進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與表征及酶活力測定和固定化酶的吸附性能研究。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 一、目的： 針對傳統(tǒng)固定化酶的使用成本高，載體吸附的酶量低、吸附的酶分子易發(fā)生解吸是該固定化酶的共性問題。 二、基本思路： 第一步：在5-10nm超順磁性Fe3O4的條件下，甲基丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸-2-羥乙酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯等單體通過乳液聚合反應(yīng)，形成納米尺度、包埋Fe3O4、表面帶有環(huán)氧基的丙烯酸基聚合物。第二步：聚乙烯亞胺的氨基與丙烯酸基聚合物表面的環(huán)氧基發(fā)生縮合反應(yīng)，形成新型的固定化酶的載體。 三、創(chuàng)新點(diǎn)： （1）載體的離子吸附基團(tuán)可與酶分子發(fā)生牢固吸附，載體能得以再生，再生的載體可以重復(fù)使用10次以上；（2）載體穩(wěn)定性能好，安全無毒，可再生、多次重復(fù)使用，具有成本優(yōu)勢；（3）載體的大小達(dá)到納米尺度，可為酶的吸附提供高比表面積，酶的吸附量和酶活回收率比較高；（4） 磁性納米載體表面接枝聚陽離子化合物PEI，能牢固吸附帶負(fù)電荷酶蛋白，固定范圍廣。 四、關(guān)鍵技術(shù)和主要技術(shù)指標(biāo)： （1）聚合物納米載體具有大的比表面積，載體的粒徑小于400nm，傳質(zhì)性能好；（2）載體最大磁飽和值為60.2emu/cm3，具有超順磁性；（3）載體固定酶的最大吸附酶量為76mg/g,活力回收率為96%；（4）載體吸附的酶分子在pH小于8.0、且含有0.6mol/L的NaCl溶液中該載體吸附的酶的解吸率小于5%；而在pH大于10，且NaCl濃度大于1.0mol/L的介質(zhì)中，吸附的酶分子可完全解吸；（5）再生的載體重復(fù)使用十次。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- （1）載體的離子吸附基團(tuán)為聚乙烯亞胺，在pH≦10時帶高密度的正電荷，可與許多種類的酶分子（等電點(diǎn)小于9.0）發(fā)生多點(diǎn)離子吸附，載體與酶分子之間的結(jié)合力強(qiáng)，具有良好的操作穩(wěn)定性。 （2）在極端的pH（>10.0）和高離子強(qiáng)度（NaCl濃度>1.0mol/L）的介質(zhì)中，吸附的酶分子可完全解吸，載體得到再生，再生的載體可以重復(fù)使用，載體的重復(fù)使用大幅度降低了固定化酶的成本。 （3）本發(fā)明載體的大小為納米尺度（粒徑約400nm），具有高比表面積，可為酶分子的固定化提供大量的吸附位點(diǎn)，載體吸附的酶量大，達(dá)76mg/g, 固定化酶的比活力高為96%。 （4）本發(fā)明載體的內(nèi)部包埋超順磁性Fe3O4，底物向酶催化中心擴(kuò)散、產(chǎn)物從酶催化中心向外擴(kuò)散的阻力均較小，納米尺度的固定化酶具有很好的流動性(類似于游離酶)，有利于底物與產(chǎn)物的傳質(zhì)。故本發(fā)明載體制備的固定化酶具有較高的催化效率。 （5）本發(fā)明載體具有超順磁性，能定向控制固定化酶的方向和固定速度，其吸附的固定化酶易于在外加磁場中回收。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本發(fā)明的載體對酶的吸附強(qiáng)度比DEAE-Sepharose（二乙氨基乙基瓊脂糖）等傳統(tǒng)的離子吸附載體增加2-3倍，解決了傳統(tǒng)的離子吸附載體固定的酶分子在使用過程中容易發(fā)生解吸、脫落等問題。吸附的酶分子經(jīng)長期使用、酶活力顯著下降后，載體可再生、重復(fù)使用。本發(fā)明載體還具有高比表面積，單位質(zhì)量載體吸附的酶量大，具有超順磁性可在磁場中快速回收，制備工藝簡單、成本低、安全無毒、適于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。該載體可固定化多種不同的酶分子（酶分子的等電點(diǎn)小于9.0），用于催化合成（或酶法轉(zhuǎn)化生產(chǎn)）食品配料、食品添加劑以及生物化工產(chǎn)品等領(lǐng)域有廣泛的運(yùn)用前景，推動運(yùn)用固定化酶技術(shù)進(jìn)行規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)生物制品以及在生物醫(yī)藥治療方面提供診斷依據(jù)。
同類課題研究水平概述
- 大量實(shí)驗(yàn)表明，固定化酶離子吸附法操作簡單，虞英等采用D3ll弱堿性陰離子交換樹脂進(jìn)行脂肪酶的固定化，顯示酯化率可達(dá)91.3％，但離子吸附法固定化酶載體與酶之間穩(wěn)定性差，易在不適pH、高鹽濃度、高底物濃度及高溫條件下解吸脫落。 近年來通過使用改進(jìn)的離子吸附法固定化酶。Chen等將脂肪酶固定化到Fe3O4磁性納米粒子(12.7nm)上，分析顯示與自由脂肪酶相比，固定化酶的活性增長到原來的1.4倍，穩(wěn)定性是原來的31倍。劉薇等則以FeCl3和FeSO4制備了Fe3O4磁性納米粒(20nm),分別用于固定酵母乙醇脫氫酶(YADH)和脂肪酶,表現(xiàn)出良好的磁分離性。肖正華等制備脲酶-Fe3O4 磁性納米粒子Fe3O4，固定化脲酶的活性約保留原酶活性的30%。Chenliang Pana將β-半糖苷酶固定在納米Fe3O4-殼聚糖載體上，結(jié)果顯示50%的乳糖水解時的最大產(chǎn)率為15.5%(W/V)，證明該載體是一個固定β-半糖苷酶比較有效的載體。納米磁性材料作為結(jié)合酶載體，但載體與酶往往通過共價鍵固定，易發(fā)生脫落，結(jié)合不牢固。 針對納米磁性材料易于在其表露偶聯(lián)一些特異性的配體，選擇在磁性納米材料表面修飾。周桓等通過懸浮聚合，以GMA為功能單體，EGDMA和DVB為交聯(lián)劑，合成新型固定化酶載體時，發(fā)現(xiàn)載體分子鏈上的環(huán)氧基易于胺基發(fā)生反應(yīng)。Gülay Bayramoglu將脂肪酶分別固定在poly(GMA-HEMA-EGDMA)和帶間隔臂的poly(GMA-HEMA-EGDMA)上，最大固定酶量分別為16.1和28.3mg/g-1,帶間隔臂聚合微球吸附酶活力可達(dá)45%。 目前國內(nèi)外制備的固定化酶載體同時具備磁性，達(dá)到納米尺度，將PEI修飾與超順磁性的聚合物氧化鐵納米顆粒結(jié)合的國內(nèi)外研究報道很少，這種磁性納米載體表面經(jīng)陽離子修飾使載體表面帶上正電荷，提供多孔結(jié)合位點(diǎn)，再通過電荷作用吸附酶，結(jié)合能力強(qiáng)，可減少載體用量減少,提高酶催化效率。磁性納米材料與聚合物復(fù)合后,磁性納米級載體表面富含的活性基團(tuán)，可使載體綜合性能有極大的提高，這種載體既有聚合物材料本身的優(yōu)點(diǎn),又兼?zhèn)淞舜判约{米粒子的特異屬性，與酶特異性結(jié)合，將酶分子牢固吸附到納米載體表面，達(dá)到理想的固定化效果。
