[發明專利]固定生物酶的順磁性的環氧基介孔分子篩及其制備方法

有效

• 申請號: 201210184719.6
• 申請日: 2012-06-06
• 公開（公告）號: CN102703411A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 郭楊龍;楊玲;楊露;高振源;盧冠忠;詹望成;王筠松;郭耘;張志剛
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C12N11/00
• 分類號: C12N11/00;C01B37/00;C01B39/00
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技術領域

本發明涉及一種用于生物酶固定化的順磁性的環氧基介孔分子篩及其制備方法，屬于生物技術領域。

背景技術

青霉素酰化酶(EC?3.5.1.11，酶分子尺寸：)是半合成β-內酰胺類抗生素生產中最關鍵的酶，它既能催化青霉素及其擴環酸水解去側鏈，生產半合成β-內酰胺類抗生素的重要中間體6-氨基青霉烷酸(6-APA)和7-氨基-3-脫乙酰氧基頭孢烷酸(7-ADCA)，又能催化6-APA和7-ADCA與側鏈縮合，生產多種半合成β-內酰胺類抗生素(如Ampicillin，Amoxicillin，Cephalexin和Cefadroxil等)。

將游離酶直接用于催化過程存在許多不足，如在高溫、強酸、強堿和有機溶劑中不穩定，容易喪失催化活性；游離酶回收困難，經濟上不合理，還造成產物難以分離提純，嚴重影響產品質量；生產過程難以實現連續操作，只能一次性間歇操作等。固定化酶克服了游離酶的上述不足，不僅保持了游離酶特有的催化特性，還提高了操作穩定性，生產過程易于實現連續操作，反應完成后易于與產物分離且可以重復使用，所得的產品純度高，生產成本低。因此，酶的固定化一直是催化化學、生物化學和材料化學等領域的研究熱點。

生物酶固定化載體可分為兩類：無機載體和有機載體。與廣泛使用的有機載體相比較，無機載體具有更高的機械強度和較好的化學穩定性，其結構和表面性質容易控制，其突出優勢是負載的酶經焙燒等簡單處理就可以除去，載體可以重復使用，這就大大降低了固定化酶的成本，也避免了已失活的固定化酶的后處理問題，減輕了對環境的壓力。新型介孔分子篩具有較大連續可調的孔徑、高的比表面積、較大的吸附容量和孔道內富含弱酸性羥基，可以使體積較大的酶分子固定于分子篩介孔中和反應產物及時擴散出孔道，保持固定化酶適宜的微環境，因而制得的固定化酶具有較高的催化活性，同時固定化酶的使用溫度較低，可以避免介孔分子篩普遍存在的水熱穩定性差的問題，因此，介孔分子篩是一類很有發展前途的酶固定化新型無機載體。

我們研究發現(Micropor.Mesopor.Mater.，2008，114(1-3)：507-510；J?Mol.Catal.B-Enzym.，2004，30(2)：75-81)，固定化青霉素酰化酶的性能與介孔分子篩的結構(晶相、孔徑、孔容和比表面積)密切相關。介孔分子篩的孔徑是影響固定化酶活性的關鍵因素，當介孔分子篩的孔徑大于青霉素酰化酶的分子尺寸時，在酶的固定化過程中，酶分子就容易進入介孔分子篩孔道內與表面的功能性基團相結合，充分利用介孔分子篩的孔容，得到的固定化酶具有較高活性。介孔分子篩的晶相、孔容和比表面積對固定化酶活性都有較大影響。SBA-15介孔分子篩與MCM-41介孔分子篩(固定化酶活性為402U/g)類似，都是六方相p6mm的一維孔道結構，以它為載體制備的固定化酶性能較差(固定化酶活性為1343U/g)；而具有較大孔徑的立方相Ia3d結構的KIT-6介孔分子篩具有與MCM-48介孔分子篩(固定化酶活性為1509U/g)類似的比表面積、孔容以及雙連續的三維孔道結構，但是前者比后者具有更大的孔徑，對酶、底物以及產物分子的擴散具有優異的傳輸性能，以前者為載體制備的固定化酶具有較高的活性(固定化酶活性為3522U/g)。泡沫狀介孔分子篩(Mesostructured?Cellular?Foams，MCFs)(J.Am.Chem.Soc.，1999，121(1)：254-255)，是一種具有超大孔徑和3D泡沫結構的介孔氧化硅，其球形孔室由均一的窗口連通成為三維孔道結構，孔徑為16～42nm，孔容為1.0～2.4cm³/g，由于具有較大的窗口直徑和球形孔室，使得更多的酶分子可以進入球形孔室內部以及底物和產物的傳輸更加容易。我們研究發現，以MCFs介孔分子篩為載體制備的固定化青霉素酰化酶的活性可以達到9104U/g。因此，MCFs介孔分子篩有望成為性能優異的酶固定化無機載體。