[發明專利]一種固定化酶的CaSiO3@SiO2粒子的制備方法

有效

• 申請號: 201310020672.4
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103013975A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 趙孔銀;馮靈智;魏俊富;劉春嬌;傅軼凡
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: C12N11/14
• 分類號: C12N11/14;C12N11/08
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技術領域

本發明涉及一種固定化酶的CaSiO₃SiO₂粒子的制備方法，屬于功能材料和生物材料領域。

背景技術

酶的固定化是近幾十年來生物技術領域中最為矚目的進展之一，這一技術既克服了游離酶催化過程中酶催化劑與底物及產物難以分離的缺點，又可使酶催化劑重復利用，極大地提高了酶催化的效率與穩定性，因此關于酶的固定化一直是生物界與化學界廣泛關注的課題【高等學校化學學報，2006，06：1167-1172】。酶固定化技術的核心是載體材料的選擇與制備，載體材料的物理和化學性質在很大程度上決定著固定化酶的活力。首先，載體材料要能在溫和條件下與酶產生一定的結合力(或物理吸附，或化學鍵合)，使酶既不易脫落，又不改變其構象，不影響其催化活性；其次，載體材料要有一定的機械強度與親水性，使酶能充分發揮其催化效能。

為了提高酶的使用效率，克服游離酶對熱、酸、堿、有機溶劑等因素的不穩定性，人們對酶的固定化進行了廣泛深入的研究，出現了許多固定化材料和方法，目前，酶固定化所用的載體多為聚合物，如聚丙烯膜，聚丙烯酸酯類及無機高分子材料等。其中親水性高分子載體因具有較好的生物相容性，可使得其最大化地與酶分子接觸而固定更多的酶蛋白，因而具有較為廣闊的應用前景。Gupta等通過聚乙烯醇(PVA)改性聚丙烯膜，再經醛基化后獲得了柔性固定化載體，并用于固定化脂肪酶。結果表明，該載體通過化學鍵合所固定的脂肪酶比聚丙烯膜吸附的脂肪酶具有更高的酶活力、穩定性及催化性能【催化學報，2011，12：1869-1874】。相比較而言，無機載體比有機載體更耐生物降解、有更高的熱穩定性和更低的價格。多孔玻璃、多孔硅球、氧化鋁及硅藻土是目前應用較為廣泛的無機載體，但它們在用于固定化酶時需要經過強酸或強堿的活化，再在甲苯中長時間回流進行硅烷化，載體的制備過程繁瑣，且氨基含量不高，因此制備出更加高效、低成本、易于制備的新型固定化載體和新的固定化方法是眾多科研工作者的目標【生物工程學報，2004，2：287-290】。

利用二氧化硅溶膠-凝膠法進行生物分子固定化一直是一個非常活躍的研究領域。通過溶膠-凝膠技術可將許多生物分子如蛋白質、酶，甚至完整的細胞包埋到二氧化硅凝膠中。然而，與其它的生物固定化方法一樣，生物分子包埋后，其生物活性下降甚至喪失是一個普遍存在的問題。目前主要是通過引入有機基團來制備二氧化硅有機/無機雜化材料。Gill等報道了使用甘油對水解前體進行化學修飾；Brennan等報道了將糖分子和硅酸甲酯硅共價結合后，水解前體可以顯著地提高生物相容性；Bhatia等則通過使用模數為3.25的水玻璃水解制備了二氧化硅凝膠，優點是水解過程不產生醇，但需要在pH＝2的強酸性條件下進行；Ferrer等報道了采用特殊的真空干燥的方法也可以制備得到完全不含醇的二氧化硅凝膠。【高等學校化學學報，2011，05：1100-1105】。二氧化硅顆粒收集使用很不方便，而且在體內不能生物降解。硅酸鈣力學性能優良，作為第三代生物材料之一，近年來引起研究者的重視【Biomaterials，2008，29：2588-2596】。通過鹽酸處理，可以在硅酸鈣表面得到具有豐富的Si-OH官能團的硅膠層，控制溶液的pH值，可以得到不同孔徑的介孔硅膠結構【Acta?Biomaterialia，2009，5：1686-1696】。pH＝0.5條件下處理后，硅膠表面對溶菌酶的吸附量達到195mg/g，是酸處理前蛋白質吸附量的4.5倍。趙孔銀等采用紫外輻射的方法先在纖維表面接枝聚丙烯酸鈉，然后利用鈣離子交聯的方法在纖維上接枝硅酸鈣，經不同pH值的鹽酸溶液處理后，得到表面具有介孔硅膠層的接枝纖維【發明專利201010576348.7】。