聚胺辅助天然多酚快速、稳定修饰磁性纳米固定化酶载体及应用制造技术

本发明专利技术提供了一种聚胺辅助实现天然多酚快速且稳定修饰的磁性纳米固定化酶载体，包括磁性纳米颗粒，表面经天然多酚和聚胺类修饰。本发明专利技术提供了相应的制备方法、固定化酶及制备方法、应用。本发明专利技术提供了一种利用聚胺加速天然多酚聚合且稳定沉淀的仿生黏附策略制备天然多酚/聚胺二元体系修饰的磁性纳米颗粒固定化酶的方法，为固定化酶技术提供了新方法。本发明专利技术首次合成了天然多酚/聚胺二元体系修饰的磁性四氧化三铁纳米颗粒，用于酶的固定化，具有超顺磁性、良好的生物相容性以及高的酶负载量，为固定化酶提供了新的酶固定化载体。本发明专利技术将固定化的脂肪酶在交变磁场中催化废弃食用油生产生物柴油，具有较高的催化效率，表现出巨大的工业应用前景。

Rapid and stable modification of magnetic nano immobilized enzyme carrier by polyamine assisted natural polyphenols and its application

The invention provides a magnetic nano immobilized enzyme carrier assisted by polyamine to realize rapid and stable modification of natural polyphenols, including magnetic nano particles, whose surface is modified by natural polyphenols and polyamines. The invention provides the corresponding preparation method, immobilized enzyme, preparation method and application. The invention provides a method for preparing magnetic nano particle immobilized enzyme modified by natural polyphenol / polyamine binary system by using biomimetic adhesion strategy of polyamine accelerating natural polyphenol polymerization and stable precipitation, and provides a new method for immobilized enzyme technology. The magnetic ferric oxide nanoparticles modified by the natural polyphenol / polyamine binary system are synthesized for the first time, which are used for enzyme immobilization, have superparamagnetism, good biocompatibility and high enzyme loading, and provide a new enzyme immobilization carrier for the immobilized enzyme. The invention catalyzes waste edible oil to produce biodiesel by immobilized lipase in alternating magnetic field, which has high catalytic efficiency and shows great industrial application prospect.

【技术实现步骤摘要】
聚胺辅助天然多酚快速、稳定修饰磁性纳米固定化酶载体及应用
本专利技术涉及酶的固定化技术，具体涉及一种聚胺辅助实现天然多酚快速且稳定修饰的磁性纳米酶固定化载体的制备及应用，属于高分子材料及生物催化科学领域。
技术介绍
近年来，生物柴油作为一种可生物降解、环境友好以及可再生的生物燃料越来越受到人们的重视。它可以在生物催化剂或者化学催化剂的作用下，通过酯交换反应利用废油、动物脂肪和植物油来生产。目前，生物柴油的供应主要来自于碱或酸催化转化，但潜在的环境污染、能源需求高以及反应不理想等缺点严重降低了生物柴油的质量和收率。与化学催化相比，酶法(例如：脂肪酶)催化以其环境友好、操作条件温和以及能耗低等优点越来越受到人们的重视。然而，游离脂肪酶由于难以回收再利用、易在有机溶剂中失活以及操作成本高，因而在工业应用中存在诸多问题。为了克服以上瓶颈问题，近年来研究者们一直在寻找适合脂肪酶的高效酶固定化载体，以提高酶的稳定性，显著降低成本，实现酶的重复利用。目前，介孔材料、磁性材料以及聚合物材料等多种纳米材料作为酶固定化载体被成功设计和合成。在各种纳米材料中，磁性纳米颗粒因其高比表面积、低传质阻力、良好的生物相容性和易于分离回收等优点，在酶固定化领域具有广阔的应用前景。然而，酶直接固定化在磁性纳米颗粒表面会严重影响固定化酶的催化性能和负载能力，这主要是由于其固有的化学惰性和缺乏酶固定化的活性位点。此外，磁性纳米颗粒表面与固定化酶之间存在空间位阻和高的传质阻力。因此，利用具有多活性官能团的、可生物降解的且具有良好生物相容的天然聚合物对磁性纳米颗粒进行表面修饰，可以显著提高酶的固定化效率。到目前为止，绿色化学为制备功能纳米结构提供了一种环境友好型策略。其中，利用天然多酚对磁性纳米颗粒进行修饰，增强其与酶的相互作用，或为载体提供额外的酶共价固定化功能基团，受到了越来越多的关注。其中，单宁酸是一种从植物中提取的天然多酚类化合物，已被广泛应用于功能化纳米颗粒。具体来说，单宁酸可以氧化自聚在磁性纳米颗粒表面形成一层聚(单宁酸)层，这已被证明是一个酶固定化的通用平台，它通过迈克尔反应或者席夫碱反应实现酶的固定化。然而，纯单宁酸表面修饰技术在酶固定化方面存在的一些缺点限制了其广泛应用，如聚(单宁酸)层的形成耗时长，形成的单宁酸聚合物层机械稳定性较差。和纯单宁酸相比，聚多巴胺可以通过共价和非共价作用快速、紧密地粘附在各种基底材料上。此外，已有研究指出，氨基和酚基是在聚多巴胺层中形成共价键的两个关键成分。受此启发，本研究可以有把握地推断，含有酚基和氨基的分子可能具有粘附性能，能够迅速氧化聚合形成类似于聚多巴胺的稳定聚合物层。考虑到单宁酸含有丰富的酚基和聚胺还有丰富的氨基，这两者的组合可以具有与多巴胺相似的化学结构，因此单宁酸/聚胺二元体系可以氧化聚合，形成稳定的聚合物层用于酶的固定化。针对单宁酸层修饰基底材料耗时长，且在基底材料上机械稳定性差，严重阻碍了其在固定化酶领域的实际应用这些问题，本专利提出了一种聚胺辅助实现单宁酸快速、稳定地修饰在磁性纳米颗粒表面用于酶固定化的策略，并成功合成了单宁酸/聚胺二元体系修饰的四氧化三铁纳米颗粒复合物(Fe3O4-pTAPA)。该复合物载体具有良好的机械稳定性、生物相容性、分散性、磁响应性及与酶共价连接、对酶负载量高的优点，因而为酶提供了一种性能优异的固定化酶载体，在酶催化领域具有巨大的工业应用潜力。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的缺失，提供一种生物相容性好、稳定性高以及负载量高的载酶磁性纳米固定化酶载体、固定化酶及相应的制备方法、应用，能够解决单宁酸层的形成耗时长、且在基底材料上机械稳定性差、严重阻碍其在固定化酶领域的实际应用的技术问题。本专利技术的第一个目的是提供了一种聚胺辅助实现天然多酚快速且稳定修饰的磁性纳米固定化酶载体，包括磁性纳米颗粒，所述的磁性纳米颗粒的表面经天然多酚和聚胺类修饰。该固定化酶载体，生物相容性良好，稳定性高，负载量高。较佳地，所述的聚胺类为四乙烯五胺(TEPA)、聚醚酰亚胺(PEI)、三乙烯四胺(TETA)或二乙烯三胺(DETA)中的一种或多种。较佳地，所述的天然多酚为单宁酸(TA)、表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)、表儿茶素没食子酸酯(ECG)和表没食子儿茶素(EGC)中一种或多种。较佳地，所述的磁性纳米颗粒为四氧化三铁磁性纳米颗粒。本专利技术的第二个目的是提供了一种所述的聚胺辅助实现天然多酚快速且稳定修饰的磁性纳米固定化酶载体的制备方法，包括步骤：(1)制备磁性纳米颗粒；优选地，使用溶剂热法制备Fe3O4磁性纳米颗粒(Fe3O4NPs)；(2)在弱碱性条件下，采用天然多酚/聚胺二元体系对磁性纳米颗粒的表面进行功能化修饰。在该制备方法及由该制备方法获得的产品中，聚胺类辅助单宁酸快速修饰磁性纳米颗粒的表面。较佳地，所述的步骤(2)中，单宁酸/聚胺的质量比为8:1～3:1。较佳地，所述的步骤(2)中，单宁酸/聚胺二元体系的共沉淀时间为4～10h。本专利技术的第三个目的是提供了一种固定化酶，通过将任一水溶性酶固定于所述的磁性纳米固定化酶载体的修饰表面上获得。本专利技术的第四个目的是提供了一种所述的固定化酶的制备方法，包括步骤：将所述的固定化酶载体加入到酶溶液中，进行固定化酶。其中，酶可以为任一水溶性酶；初始酶添加量为50-350mg/g载体；酶固定化时间为1-9h。本专利技术的第五个目的是提供了一种固定化酶的应用，用于食品、生物柴油生产、污水处理、手性药物生产等，特别地，用于在交变磁场下生产生物柴油，其中交变磁场由交变磁场发生器产生，交变磁场发生器主要由控制面板、铁线圈、玻璃反应器和变压器组成。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术提供了一种利用聚胺加速天然多酚聚合且稳定沉淀的仿生黏附策略制备天然多酚/聚胺二元体系修饰的磁性纳米颗粒固定化酶的方法，为固定化酶技术提供了新的方法。(2)本专利技术首次合成了天然多酚/聚胺二元体系修饰的磁性四氧化三铁纳米颗粒，用于酶的固定化，具有超顺磁性、良好的生物相容性以及高的酶负载量，为固定化酶提供了新的酶固定化载体。(3)本专利技术利用新的固定化方法，大幅度提高了酶的稳定性和重复利用性。(4)本专利技术将固定化的脂肪酶在交变磁场下催化废弃食用油生产生物柴油，具有较高的催化效率，表现出巨大的工业应用前景。附图说明图1：单宁酸/聚胺二元体系修饰的磁性四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒的制备及应用的基本原理图。图2A～2D：制备的功能化的磁性Fe3O4纳米颗粒的形态和结构表征图。其中，图2A为修饰前的Fe3O4透射电镜图，图2B为修饰后的Fe3O4透射电镜图(Fe3O4-pTAPA)，图2C为制备的磁性Fe3O4，Fe3O4-pTAPA和Fe3O4-pTAPA-CALB纳米颗粒的红外光谱图，图2D为制备的磁性Fe3O4，Fe3O4-pTAPA和Fe3O4-pTAPA-CALB纳米颗粒的磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚胺辅助实现天然多酚快速且稳定修饰的磁性纳米固定化酶载体，其特征在于，包括磁性纳米颗粒，所述的磁性纳米颗粒的表面经天然多酚和聚胺类修饰。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚胺辅助实现天然多酚快速且稳定修饰的磁性纳米固定化酶载体，其特征在于，包括磁性纳米颗粒，所述的磁性纳米颗粒的表面经天然多酚和聚胺类修饰。


2.根据权利要求1所述的聚胺辅助实现天然多酚快速且稳定修饰的磁性纳米固定化酶载体，其特征在于，所述的聚胺类为四乙烯五胺、聚醚酰亚胺、三乙烯四胺或二乙烯三胺中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的聚胺辅助实现天然多酚快速且稳定修饰的磁性纳米固定化酶载体，其特征在于，所述的天然多酚为单宁酸、表没食子儿茶素没食子酸酯、表儿茶素没食子酸酯或表没食子儿茶素中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的聚胺辅助实现天然多酚快速且稳定修饰的磁性纳米固定化酶载体，其特征在于，所述的磁性纳米颗粒为四氧化三铁磁性纳米颗粒。


5.一种权利要求1中所述的聚胺辅助实现天然多酚快速且稳定修饰的磁性纳米固定化酶...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，汤文，王平，庄家丰，马同昊，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31