[發明專利]一種中空納米纖維內部固定化生物酶的制備方法

有效

• 申請號: 202110520512.0
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113249811B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 周全;劉瑞紅;楊帆;任瑞鵬;呂永康
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: D01F1/08
• 分類號: D01F1/08;D01F8/10;D01F8/16;D01F8/08;D01F8/02;C12N11/098;C12N11/089;C12N11/082;C12N11/04;C07K17/08;C07K17/04;C12N11/18
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 張彩琴;李曉娟

本發明屬于酶固定化的納米功能材料領域，具體涉及一種中空納米纖維內部固定化生物酶的制備方法。將高分子聚合物溶于混合有機溶劑中，充分溶解攪拌均勻形成的透明溶液作為同軸靜電紡絲的外殼紡絲液；將低分子量的多元醇或低聚合度的聚乙二醇溶于純水或磷酸鹽緩沖液中，添加多巴胺和生物酶，充分溶解混合均勻形成的均質溶液作為同軸靜電紡絲的內芯紡絲液；利用兩臺微量注射泵分別控制外殼紡絲液和內芯紡絲液的流速，施加電壓進行同軸靜電紡絲，在接受端收集納米纖維。在同軸靜電紡絲時和后處理過程中，多巴胺自發聚合生成聚多巴胺的同時，聚多巴胺可以原位共價交聯固定化多種生物酶，反應條件溫和，方法簡便實用，降低了蛋白泄露率。

技術領域

本發明屬于酶固定化的納米功能材料領域，具體涉及一種中空納米纖維內部固定化生物酶的制備方法，并且這種內部功能化的中空納米纖維材料可應用于生物催化、分析檢測和環境污染物治理等功能材料領域。

背景技術

納米功能材料是一類新型的納米材料，既具有納米材料的高比表面積、可控可調的形貌結構等優點，又可以復合無機、有機、高分子和生物活性分子的特殊功能，在酶催化、生物材料、分析檢測和環境治理等領域得到了廣泛的發展，因此開發新型的一維納米纖維功能材料具有十分巨大的潛在應用價值。

聚多巴胺是通過多巴胺在弱堿性環境下自發氧化聚合形成的，是一種新型的仿生高分子粘附材料，可以均勻的包覆在材料表面，并且聚多巴胺可以進一步功能化修飾含有氨基或巰基的功能分子。而現有的技術主要是在無機材料、高分子材料、納米材料、煙草花葉病毒等材料的外表面進行聚多巴胺的包覆和功能化修飾（例如中國專利公開號CN102000658和CN 102813963是在生物醫用的無機、金屬、金屬合金和高分子材料表面用聚多巴胺功能化修飾具有生物活性的分子；CN 103920152和CN 104549159是在多壁碳納米管和磁性銀納米線為代表的一維無機納米材料表面包覆聚多巴胺；CN 105327354是在自組裝的煙草花葉病毒納米線外表面包覆聚多巴胺并功能化修飾；CN 107297197是在超濾膜或納濾膜材料表面黏附聚多巴胺涂層并固定化生物酶）。但這些技術方法都沒有涉及到在功能材料內部生成聚多巴胺并功能化，特別是沒有在中空納米纖維內部的管狀空間中，通過添加多巴胺原位聚合生成聚多巴胺并固定化生物酶的方法。

中空納米纖維的制備方法，目前最常用的方法是采用同軸靜電紡絲技術，在傳統的靜電紡絲基礎上，使用特殊的同軸結構的紡絲針頭，將2種不相容的紡絲液分別通入內外嵌套的毛細管中，靜電紡絲得到核殼結構的納米纖維，然后通過溶解去除內核物質得到中空管狀結構的納米纖維，其內部空間可以包埋生物活性物質和藥物分子。但現有技術方法多采用物理吸附、靜電相互作用以及材料本身的包埋效果實現生物活性物質的固定化（例如中國專利公開號CN 102733000將α-胰凝乳蛋白酶和藥物酮洛芬分子溶解于甘油中作為內芯紡絲液，通過同軸靜電紡絲物理包埋在中空結構的聚合物納米纖維中；CN102768190將3α-羥基類固醇脫氫酶、心肌黃酶和輔酶原位包埋在中空的聚合物納米纖維的腔室內；CN104818540將催化CO₂還原制備甲醇的多種酶和輔酶通過包埋和靜電引力作用束縛在中空納米纖維內部；CN 103668485利用同軸三通道靜電紡絲技術得到三層同軸的納米纖維，將生物酶包埋于緩釋激活劑和多孔聚合物的夾層內）。這些方法雖然實現了酶在納米纖維內部的固定化，但由于酶與納米纖維之間的相互作用依靠比較弱的物理吸附、靜電吸引和材料的包埋，在實際應用中容易造成生物酶的流失，存儲穩定性和重復使用率不高。

此外CN 102645474利用同軸靜電紡絲制備納米纖維，將酶和聚合物混合作為外殼材料，并用交聯劑交聯固定化，但酶暴露在材料表面，容易受外部環境影響而失活。

迄今為止，在納米纖維內部中空管狀結構中，一步法簡便的在多巴胺自身原位聚合生成聚多巴胺的同時，利用聚多巴胺的反應性以共價鍵交聯實現對生物酶修飾固定化的制備方法還沒有報道過。

發明內容