[發(fā)明專利]一種樹脂-酶復(fù)合催化劑及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110038368.3
• 申請日: 2011-02-15
• 公開（公告）號: CN102174499A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘丙才;張孝林;呂路;何鍇;張煒銘;張全興
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: C12N11/02
• 分類號: C12N11/02
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合催化劑及其制備方法，更具體的說是一種樹脂-酶復(fù)合催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

酶是一種高效生物催化劑，具有反應(yīng)速度快、條件溫和、反應(yīng)徹底、對底物具有專一性等優(yōu)點。但在常見的溶液反應(yīng)體系中，酶催化反應(yīng)存在酶難以回收和反復(fù)利用、抗反應(yīng)條件（溫度、pH、鹽度等）沖擊能力差、易失活、產(chǎn)物難以分離等缺點，這些缺點極大地限制了酶在生物催化領(lǐng)域的直接推廣應(yīng)用。為克服這些缺點，科學(xué)家開始將酶進(jìn)行固載制備載體-酶復(fù)合催化劑，至今已有諸多報道。目前常見的酶復(fù)合催化劑載體包括介孔硅材料、活性炭、硅藻土、殼聚糖、樹脂等。

就固定方法而言，應(yīng)用最多的是共價交聯(lián)的方法。此方法通過化學(xué)橋聯(lián)法將酶分子與載體通過交聯(lián)劑進(jìn)行共價鍵聯(lián)，常用載體包括分子篩、樹脂等，制得的復(fù)合催化劑一般固載量較大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；但固定過程中化學(xué)反應(yīng)往往較為激烈，操作復(fù)雜，反應(yīng)程度難以控制，很多酶在固載過程中會有非常大的活性損失(Lee?CH,?Lin?TS,?Mou?CY.?Mesporous?materials?for?encapsulating?enzymes.?Nano?Today,?2009,?4:?165-179)。另一種常見的物理吸附法固定條件簡單，易于操作，常見的載體包括介孔硅材料、活性炭、硅藻土、殼聚糖等，制得的復(fù)合催化劑酶活損失較小，但酶分子與載體結(jié)合不穩(wěn)定，在反應(yīng)溶液中易淋失。Wang?YJ?等人以介孔硅材料BMS為載體，通過物理吸附法制備的載體-酶復(fù)合材料，超過70%的酶分子會在溶液中再次溶出（Mesoporous?silica?spheres?as?supports?for?enzyme?immobilization?and?encapsulation.?Chemistry?of?Materials?2005,?17:?953-961）。如何開發(fā)簡單、溫和的制備方法實現(xiàn)酶的穩(wěn)定化固載已成為制備高性能酶復(fù)合催化劑時亟需克服的技術(shù)瓶頸。

大孔型離子交換樹脂具有優(yōu)良的機械強度、豐富的孔結(jié)構(gòu)、良好的離子交換能力，在水處理、工業(yè)催化、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，這些結(jié)構(gòu)特性也使其具備了優(yōu)良的載體材料基本條件。近年來，南京大學(xué)潘丙才教授課題組以大孔離子交換樹脂作為載體，通過內(nèi)表面沉積技術(shù)將納米氧化鐵、氧化錳顆粒等無機顆粒固載于樹脂孔道內(nèi)，研制成功系列有機-無機納米復(fù)合吸附劑，成功解決了水體中微量重金屬、砷、硒、磷、銻等多種污染物的深度凈化難題。其所制備的復(fù)合吸附劑由于樹脂納米孔結(jié)構(gòu)特有的網(wǎng)聚限域效應(yīng)，使其在溶液中具有優(yōu)良的抗淋失性能（Pan?BJ?et?al.?Development?of?polymer-based?nanosized?hydrated?ferric?oxides?(HFOs)?for?enhanced?phosphate?removal?from?water?effluents.?Water?Res,?2009,?43:?4421-?4429；專利公開號CN101804333A；?CN101643289）。該課題組也曾將高分子有機物聚乙烯亞胺(PEI)通過簡單的浸漬法固定于大孔陽離子交換樹脂D001上并用于銅離子的深度去除，這一復(fù)合吸附材料由于靜電作用、范德華力及載體與PEI高分子鏈之間的空間纏繞等因素，同樣具有十分優(yōu)良的抗淋失性能，相關(guān)成果已發(fā)表于國際學(xué)術(shù)刊物Environ.?Sci.?Technol.（2010,?44?(9),?3508）上。

目前已有將酶固載于樹脂上的報道。報道中大多采用的方法有以下幾種：先將樹脂與酶液混合，反應(yīng)一段時間后再用戊二醛進(jìn)行交聯(lián)（J.?Agric.?Food.?Chem.?2010,?58,?488;?材料導(dǎo)報：研究篇.?2009年9月（下）23卷第9期,50）；?先將樹脂用戊二醛處理，然后再與酶液混合（食品與發(fā)酵工業(yè)，2004年30卷第2期，10；）；先對樹脂進(jìn)行修飾，接上一些氯甲基、氨基或羧基等基團(tuán)，再通過這些基團(tuán)與酶分子的共價結(jié)合使酶固定到樹脂上（J.?Chem.?Technol.?Biotechnol.?2003,?78,?891;?Applied?Catalysis?B:?Environmental.?2003,?42,?131;?Food?Chemistry.?2009,?112,?992）。可以看出，這些方法均有操作復(fù)雜、反應(yīng)劇烈且程度難以控制、酶結(jié)構(gòu)影響大、酶活損失嚴(yán)重等缺點。