[發明專利]一種聚丙烯腈改性膜的制備及其應用于固定酶的方法

有效

• 申請號: 201810133195.5
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108410003B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 石貴陽;盧佳偉;朱惠霖;李由然;張梁;丁重陽;顧正華
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C12N11/087
• 分類號: C12N11/087;C12N11/10;C08J9/36
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張素卿

本發明提供了一種聚丙烯腈改性膜的制備及其應用于固定酶的方法，以聚丙烯腈為原料、聚乙二醇為致孔劑、N,N?二甲基甲酰胺為溶劑，采用L?S相轉化法制備中空膜載體；并采用化學法在聚丙烯腈中空膜載體表面交聯多胺類物質聚乙烯亞胺，酸化后利用靜電吸附作用固定酶；同時在酶的固定過程中加入具有生物親和性的海藻酸鈉提高酶的固定量和固定化酶穩定性；最后，使用不同的化學試劑來增加固定化酶與固定化載體之間的剛性。本發明的固定化載體由相轉化法制備的聚丙烯腈中空膜表面改性得到，在固定過程中將靜電吸附固定法和包埋/交聯法聯用，得到重復利用性優良的固定化酶，該方法操作簡單、材料本身性能穩定，具有良好的科研和工業應用前景。

技術領域

本發明涉及酶的固定化技術領域，尤其是涉及聚丙烯腈中空膜載體的制備及聚乙烯亞胺修飾改性和其酶固定應用技術。

背景技術

固定化技術是上世紀中期發展起來的生物技術。采用各種方法，將酶固定在不溶性的載體上，制備成固定化酶的過程叫做酶的固定化(enzyme immobilization)，而固定在載體上并且能夠在一定的空間范圍內進行催化反應的酶稱為固定化酶(immobilizedenzyme)。固定化酶具有成本低、使用效率高、酶重復利用能力強、產物易分離等優點?；谝陨蟽烖c，相比游離酶，固定化酶更適用于大規模的工業生產。

根據酶與載體間作用方式的不同，可以分為物理吸附(氫鍵作用等)、離子鍵作用、共價鍵作用和特異性作用(親和作用等)方式。物理吸附是一種簡單低成本的固定酶的方法，而且不需要對酶進行任何的化學性的修飾，不會改變酶的構象，但是物理吸附不夠牢固，易被水等溶液浸出。酶在載體上的吸附的主要原因是酶與載體間的相互作用力，如范德華力、熵作用和氫鍵作用(需要糖殘基)等，常表現出親脂酶-疏水載體、親水酶-親水載體。

離子作用力也是一種非共價鍵結合力，大部分酶可以與多糖類聚合物(葡聚糖，瓊脂糖和去乙酰殼聚糖等)鍵合，實際上，固體載體與酶分子或者細胞表面的連接作用是通過表面離子基團間相互反應而實現的，這些表面離子基團不包括酶活性位點和底物結合位點處的氨基或羧基。優點是酶與載體結合緊密，穩定性好，不易從載體上脫落。缺點是反應條件激烈、對酶活影響較大、酶活回收率低。固定化過程之后，酶的三級結構是穩定的，因此具有更高抗失活能力。

酶固定化載體有很多種，如無機材料、生物大分子和高分子聚合物材料，其中，高分子聚合物因比表面積大、成本低和易修飾改性被廣泛應用。聚丙烯腈(polyacrylonitrile，PAN)外觀為白色或略帶黃色的不透明粉末；相對密度1.12，玻璃化溫度約90℃。它溶于N,N二甲基甲酰胺等極性有機溶劑，還能溶于硫氰酸鹽無機鹽的濃水溶液，以及濃硝酸等特殊溶劑。聚丙烯腈耐大多數溶劑、不易水解、抗氧化、化學穩定性好、丙烯腈單體易于和其它單體共聚，提升聚合物的性能。這些特點使得聚丙烯腈有著極高的工業應用價值和經濟價值。

聚丙烯腈是一種常見的成膜和成纖材料，可用來制備聚丙烯腈膜。聚丙烯腈中空纖維膜采用相轉化法制備，該方法制備工藝簡單，工藝成本低，制備得到的PAN中空纖維膜不易水解、抗氧化，化學性質穩定，對酸堿的耐受性好，對大部分有機試劑也有一定的耐受性，有一定的抗污染能力，還可以抵抗微生物侵蝕的作用。在酶的固定研究方面，PAN膜載體是一種常用的載體基質。但聚丙烯腈富含惰性強的腈基，分子鏈間作用力強，鏈對稱性差，成膜后表面反應性差，機械強度一般，生物相容性差，因此為獲得性能更好的酶固定化載體，需對聚丙烯腈中空膜進行表面改性，常用的改性方法有化學交聯、復合涂層等。

CN1546660A提供了一種固定微生物的通孔膜微囊載體及其制備方法，以N,N-二甲基甲酰胺為溶劑，采用表面活性劑-水的凝固浴的方式固定微生物，但是其固定原理是吸附作用，對微生物的附著力較低。

CN103013976A提供了一種固定化生物大分子的有機-無機復合水凝膠膜及接枝材料的制備方法，該方法先吸附酶再制備海藻酸鈉水凝膠膜最后有機層交聯，吸附原理是先吸附包埋再交聯。這種方法制備出來的凝膠膜強度低，只適合包埋一些有機大分子，對于微生物則無法負載。