[發(fā)明專利]一種同時(shí)具備分離、吸附和催化功能的多功能仿生膜及其制備方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號(hào): CN107297197A
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅建泉;萬印華;陳向榮;杭曉風(fēng)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號(hào): B01J20/24
• 分類號(hào): B01J20/24;B01J20/30;B01J31/06;B01D71/82;B01D69/10;B01D67/00;B01J20/28
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟,侯瀟瀟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物膜制備領(lǐng)域，涉及一種仿生膜及其制備方法和應(yīng)用，尤其涉及一種同時(shí)具備分離、吸附和催化功能的多功能仿生膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

酶作為一種生物催化劑，對環(huán)境敏感且易失活，通過對酶的固定化不僅能實(shí)現(xiàn)對酶的重復(fù)使用且增加了酶的穩(wěn)定性。通過將生物酶固定化到分離膜內(nèi)制備催化膜，可以實(shí)現(xiàn)選擇性接收底物并在線分離產(chǎn)物，提高催化效率。常規(guī)的酶固定化方法包括物理吸附、包埋、共價(jià)鍵合和化學(xué)交聯(lián)。CN102286453A公開了一種用醋酸纖維素/聚丙烯復(fù)合膜固定化磷脂酶的方法，該法采用吸附-交聯(lián)相結(jié)合的固定化方法，但此法消耗大量戊二醛溶劑，且化學(xué)交聯(lián)易造成酶失活。另外，可用靜電或疏水吸附和逆向過濾包埋法將酶固定化到膜內(nèi)(Jochems,P.,Satyawali,Y.et al.,Enzyme immobilization on/in polymeric membranes:status,challenges and perspectives in biocatalytic membrane reactors(BMRs),Green Chem.,2011(13)1609-1623)，從而最大程度的保持了酶的活性，但這些物理固定化方法穩(wěn)定性較差，在反應(yīng)過程中酶易泄漏和流失；采用逆向過濾方式進(jìn)行催化反應(yīng)，會(huì)造成原有膜分離層的抗污染性能喪失，污染物極易在支撐層內(nèi)堆積，堵塞膜孔并將酶覆蓋，降低分離和催化效果。

多巴胺是一種重要的人體激素和神經(jīng)遞質(zhì)體，它可以在堿性條件和空氣存在下發(fā)生自聚反應(yīng)，并可沉積粘附在各種基材上，形成仿生涂層。此種方法源于貝殼類動(dòng)物分泌的蛋白質(zhì)可以有效的粘結(jié)在物體的濕表面，起主要作用的是 蛋白質(zhì)中的二羥基苯丙氨酸。因此聚多巴胺也被稱為“生物膠水”，目前已廣泛應(yīng)用于有機(jī)/無機(jī)膜的修飾和制備以及酶固定化。CN104028110A公開了一種利用多巴胺對正滲透膜篩網(wǎng)進(jìn)行化學(xué)改性和修飾的方法，既保持了篩網(wǎng)原有優(yōu)異的支撐層結(jié)構(gòu)，又能增加篩網(wǎng)親水性和反應(yīng)性從而改善支撐層與分離層之間匹配性。但其制備的滲透膜的功能較為單一，且制備過程中需使用均三苯甲酰氯這種有機(jī)原料。CN103343116A公開了一種酶基磁性納米粒，其是利用多巴胺包裹磁性納米粒，然后利用化學(xué)鍵合將酶固定于納米粒上，用于葡萄糖的檢測，其并不能用于分離等其他用途。

可見在現(xiàn)有的生物催化膜制備技術(shù)中，存在載酶率不高、消耗有毒溶劑、酶活保持低以及膜本身性能下降或功能單一等不足，因此，在本領(lǐng)域，期望開發(fā)一種具有多種功能以及良好綜合性能的高載酶率仿生膜。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種仿生膜及其制備方法和應(yīng)用，尤其是提供一種同時(shí)具備分離、吸附和催化功能的多功能仿生膜極其制備方法和應(yīng)用，所述仿生膜具有高通量、高抗污染性和高載酶量等特點(diǎn)。

為達(dá)到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供一種仿生膜，所述仿生膜為在超濾膜或納濾膜內(nèi)黏附有聚多巴胺涂層，在所述聚多巴胺涂層中包埋有酶分子。

本發(fā)明所述仿生膜將分離、吸附和催化功能集于一體，是一種具備分離、吸附和催化功能的多功能仿生膜。

在本發(fā)明中，超濾膜和納濾膜可以為商品化的超濾或納濾復(fù)合膜。

優(yōu)選地，所述超濾膜或納濾膜由分離層和支撐層組成，其分離層厚度為0.1-50微米，例如0.1微米、0.5微米、1微米、3微米、5微米、8微米、10微 米、15微米、18微米、20微米、25微米、28微米、30微米、35微米、38微米、40微米、45微米、48微米或50微米，支撐層厚度為100-500微米，例如100微米、120微米、150微米、180微米、200微米、240微米、280微米、300微米、340微米、380微米、400微米、430微米、450微米、480微米或500微米。

優(yōu)選地，所述分離層的截留分子量為100-10000Da，例如100Da、200Da、300Da、500Da、800Da、1000Da、1500Da、2000Da、2500Da、3000Da、4000Da、5000Da、6000Da、7000Da、8000Da、9000Da或10000Da。

優(yōu)選地，所述分離層的膜材料為醋酸纖維素、再生纖維素、磺化聚砜、聚酰胺、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚哌嗪或聚乙烯醇中的任意一種或至少兩種的組合。

優(yōu)選地，所述支撐層的膜材料為聚丙烯、聚烯烴或聚酯中的任意一種或至少兩種的組合。

優(yōu)選地，所述聚多巴胺涂層是由多巴胺氧化自聚形成的。