[發(fā)明專利]同軸三層高活性包埋生物酶的靜電紡絲納米纖維膜及制備方法

有效

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• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN103668485A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設計）人: 潘超
• 申請（專利權）人: 大連海洋大學;潘超
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;D04H1/728;D04H1/4382;D01D1/02;D01F1/10
• 代理公司: 大連非凡專利事務所 21220
• 代理人: 閃紅霞

技術領域

本發(fā)明涉及一種靜電紡絲納米纖維膜及制備方法，尤其是一種所固定的生物酶具有高活性、持久穩(wěn)定性和環(huán)境廣譜性強等特點的同軸三層高活性包埋生物酶的靜電紡絲納米纖維膜及制備方法。

背景技術

生物酶固定化技術是采用化學或物理方法，將游離細胞定位于限定的區(qū)域內(nèi)，使其保持活性并可反復利用的技術，這種技術具有生物酶密度高、作用時間長、抗不良環(huán)境能力強、生物酶流失少等優(yōu)點。已有的生物酶固定化方法有吸附法、共價法、交聯(lián)法和包埋法等，吸附法是最簡單、最直接的酶固定化方法，具有操作簡便、固定化過程溫和、酶活力回收率高、載體易得且可再生等優(yōu)點，但酶和載體的結合力較弱，酶易受外界因素的影響而脫落；共價結合法是目前研究和應用較多的一類方法，為了便于進行酶的固定化，通常載體上都帶有官能團，如芳香氨基、羥基、羧基、羥甲基和氨基等，共價結合法固定的酶穩(wěn)定性高，但由于固定化過程反應劇烈，酶失活較嚴重，且載體不易再生。

靜電紡絲納米纖維膜是采用靜電紡絲裝置，在高壓電場作用下，直徑為10~5000nm的靜電紡絲納米纖維（有同軸核殼或同軸三層結構），再堆積成靜電紡絲納米纖維膜坯，最后在4℃恒溫環(huán)境冷卻，形成靜電紡絲納米纖維膜。納米纖維膜孔隙率高，孔徑范圍為1~100nm，為高度多孔結構且孔洞具有良好的連通性，能降低底物的擴散阻力，有利于提高固定化酶保留活性。

目前，已有利用靜電紡絲納米纖維膜固定化酶的相關報道，盡管靜電紡絲納米纖維膜固載化生物酶可以在一定程度上提高酶的活性和環(huán)境耐受性，但迄今為止，相關報道只局限于兩種固載方式：第一種方式，生物酶吸附在納米纖維表面。該方法大多只能將酶單層固定在纖維膜表面，其酶載量受到限制，且反應過程中有酶脫落現(xiàn)象，導致酶重復利用性低，雖然可以通過化學交聯(lián)方法提高酶載量及固定化酶的穩(wěn)定性，但是會使酶活性受到較大影響。第二種方式，將生物酶混紡于納米纖維內(nèi)或生物酶做為纖維內(nèi)核的核殼結構，雖然克服可第一種方式所存在的問題，但酶的空間傳質(zhì)位阻較大，導致酶與底物的接觸性較差，從而很難持久性的保持酶的活性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術所存在的上述技術問題，提供一種所固定的生物酶具有高活性、持久穩(wěn)定性和環(huán)境廣譜性強等特點的同軸三層高活性包埋生物酶的靜電紡絲納米纖維膜及制備方法。

本發(fā)明的技術解決方案是：一種同軸三層高活性包埋生物酶的靜電紡絲納米纖維膜，由靜電紡絲納米纖維構成，其特征在于：所述靜電紡絲納米纖維為同軸三層結構，從里至外依次為緩釋激活劑層、固定化生物酶層和多孔聚合物層。

所述緩釋激活劑層中的緩釋激活劑為K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺或乙二胺四乙酸。

一種上述的同軸三層高活性包埋生物酶的靜電紡絲納米纖維膜的制備方法，其特征在于按如下步驟進行：

a.?將親水性聚合物溶于極性溶劑中，配制質(zhì)量百分比濃度為5%~20%的溶液，磁力攪拌1~2h；再按照質(zhì)量百分比濃度為0.1%~10%向所配制的溶液中加入緩釋激活劑，繼續(xù)磁力攪拌1~2h，得到均勻分散的緩釋激活劑聚合物溶膠液；

b.?將活性生物酶溶于pH為7.0的磷酸鹽緩沖溶液中，震蕩搖勻至全部溶解，配制質(zhì)量百分比濃度為30~60%的生物酶分散液；將生物酶分散液加入到質(zhì)量百分比濃度為5~20%的親水性聚合物溶液中，生物酶分散液與親水性聚合物溶液的質(zhì)量百分比為0.1~3%，震蕩搖勻至均勻分散，存儲于4℃環(huán)境下待用；

c.?將親油性聚合物溶于有機溶劑中，配制質(zhì)量百分比濃度為8%~25%的溶液，室溫下磁力攪拌1~3h；

d.?將a~c步驟所的溶液分別灌制到三噴頭同軸電紡裝置中，以a步驟所得溶液為內(nèi)核、b步驟所得溶液為中間層、c步驟所的溶液為外層，接收裝置采用鋁箔，噴頭到接收裝置的距離為5~30cm，噴射電壓為5~30KV，推進速度為1?~5ml/h，得到同軸三層高活性包埋生物酶的靜電紡絲納米纖維膜。

所述極性溶劑為水、甲醇、乙醇、丙酮或乙酸。

所述親水性聚合物為聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯酰胺。

所述親油性聚合物為聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚偏氟乙烯或聚丙烯腈。

所述有機溶劑為二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、四氫呋喃、二氯甲烷、二氯乙烷、N-甲基吡咯烷酮或二甲基亞砜。