一种核壳结构的纳米纤维固定化酶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种核壳结构的纳米纤维固定化酶的制备方法，即首先将疏水性高分子材料溶于N,N－二甲基甲酰胺中，超声振荡使其充分均匀溶解，形成浓度为8~10wt.%的纺丝溶液，作为壳层纺丝溶液；然后将脂肪酶溶解于水中，超声振荡使脂肪酶充分溶解，得到浓度为0.02~1g/mL的脂肪酶纺丝液，作为核层纺丝溶液；最后将所得的壳层纺丝溶液和核层纺丝溶液采用同轴静电纺丝装置进行纺丝得到的纤维膜真空干燥后即得一种核壳结构的纳米纤维固定化酶。所得的核壳结构的纳米纤维固定化酶有较好的活性和稳定性，有利于提高酶的重复使用性，降低生产成本，并且制备方法简单，易于操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于脂肪酶固定化领域，特别是涉及。
技术介绍
脂肪酶能区分外消旋体混合物中的两种对映体，其中一种对映体比另一种更容易转化成产物。现在国内外有大量关于脂肪酶催化水解和酯化反应的研究。国外的Jan-E.Backval I > Jonathan M. J. W i 11 i ams > Mahn-Joo Kim等小组以及国内的曹淑桂、李灿、许建和等小组分别采用不同的方法对脂肪酶催化拆分反应进行了研究，如动态动力学研究、化学生物去消旋化研究等，分别得到了具有较高产率和对映选择性的手性化合物。其中，关于将催化剂脂肪酶固定化的研究也有较多，例如有人将脂肪酶吸附在磁性分离的、疏水的硅藻土泡沫材料上，制备得到固定化酶，并将之用于催化仲醇的动力学拆分。这种固定化脂肪 酶显示了高于自由酶4倍的活性，而且固定化酶连续使用7次，活性没有明显损失。这种方法克服了脂肪酶的不稳定性和不能重复使用的缺陷，显示了极大的应用潜力。在脂肪酶固定化后，固定化酶活性高低主要依赖载体的特性，包括载体的材料种类、组成和结构等。到目前为止，具有不同纳米结构的材料也被用作固定化酶的载体，如介孔分子筛、碳纳米管、纳米颗粒及纳米纤维。它们与其他载体有鲜明的区别，就是它们具有很高的表面积与体积比；这样可以为固定化提供更多更有效地表面积，从而更有利于酶的稳定。然而一些纳米结构的材料也有其不能克服的缺陷。例如，介孔分子筛将酶分子局限在它的内表面，这限制了底物与酶的接触，也就降低了酶的活性；另外，纳米颗粒和纳米管的扩散和重复利用比较困难。另一方面，电纺制备的纳米纤维则可以较好地解决这些问题，并且在作为固定化酶的载体方面有极大的潜力。主要是因为有很多种高分子化合物能进行电纺，制备纳米纤维，这样就可以满足不同的使用需要；纳米纤维有较高的多孔性，有利于底物的质量转移；另外纳米纤维的表面还可以进行修饰，以较好地保持或增加酶的活性。纳米纤维酶固定化方法主要有表面吸附和包埋两种，现在研究较多的是利用吸附法实现酶的固定化，而关于包埋制备的研究较少。包埋法存在较多问题，如酶在纤维表面有较多残留，易导致酶损失；酶包埋在纤维内部，底物分子不易接触；纤维的交联可能会影响酶的活性等。
技术实现思路
本专利技术的目的为了解决上述的酶在纤维表面有较多残留，易导致酶损失以及酶包埋在纤维内部，底物分子不易接触两方面的技术问题而提供一种核壳结构的纳米纤维固定化酶制备方法，本专利技术制备方法简单，易于操作；且所得的核壳结构的纳米纤维固定化酶有较好的活性和稳定性，有利于提高酶的重复使用性，降低生产成本。本专利技术的技术方案 ，包括如下步骤(1)、将适量的疏水性高分子材料溶于N，N—二甲基甲酰胺(DMF)中，超声振荡使其充分均匀溶解，形成浓度为8 IOwt. %的纺丝溶液，作为壳层纺丝溶液； 所述的疏水性高分子材料包括聚丙烯腈(PAN)、醋酸纤维素(CA)、尼龙66 (PA66)、聚三亚甲基碳酸酯(PTMC)、聚ε -己内酯(PCL)中的一种或任意两种组成的混合物； 另外可在壳层纺丝液中添加少量水溶性高分子化合物，研究其对纳米纤维膜孔径大小的影响，优选添加O. riwt. %的水溶性高分子化合物聚乙二醇(PEG)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)； (2)、将脂肪酶，溶解于水中，超声振荡使脂肪酶充分溶解，得到脂肪酶浓度为O.02^1g/mL的脂肪酶纺丝液，作为核层纺丝溶液； 所述的脂肪酶为固定化南极假丝酵母脂肪酶(Novozym 435)、猪胰脂肪酶(PPL)、圆柱 状假丝酵母脂肪酶(CRL)、米赫毛霉脂肪酶(MML)或Lipase AY 30脂肪酶(LAY)等； (3)、对步骤(I)所得的壳层纺丝溶液和步骤(2)所得的核层纺丝溶液采用同轴静电纺丝装置进行纺丝，得到纤维膜后，将纤维膜置于真空干燥箱中控制温度为5(T60°C干燥过夜，以除去残留的溶剂和湿气，即得到直径在5(T400nm的一种核壳结构的纳米纤维固定化酶。上述的一种核壳结构的纳米纤维固定化酶制备方法中所述的同轴静电纺丝装置，包括注射泵、注射器A、注射器B、纺丝喷头、接地的接收板及高压静电发生器； 所述的注射器A和注射器B由同一注射泵控制，以便得到均匀的流速； 注射器B是注射器A的容积的5倍； 所述的纺丝喷头为内部具有空腔的小正方体，小正方体在水平方向正中的位置上设有一入口及垂直方向正中的位置上通过的PE (聚乙烯)软管连接的另一入口，同时在小正方体上与水平方向的入口对应的另外一侧设有一水平方向的出口，其出口连有同轴喷头；注射器A的注射针头与纺丝喷头在水平方向正中的位置上设有的入口相连，并保持水平方向穿过纺丝喷头的内部与设置在纺丝喷头另外一侧出口处的同轴喷头的内喷针保持水平等内径相连； 注射器B与纺丝喷头设有的另一入口即PE软管连接； 所述的纺丝喷头出口处的同轴喷头的外喷针的内径为内喷针的外径的2倍； 接地的接收板安放在纺丝喷头的出口处的前方15cm距离处； 所述的高压静电发生器可提供12. 5KV的电压，并作用于注射器A的注射针头并靠近纺丝喷头的位置； 接地的接收板安放在纺丝喷头出口处的同轴喷头的前方15cm距离处； 所述的高压静电发生器可提供1(T15KV的电压，并作用于注射器A的注射针头并靠近纺丝喷头的位置； 所述的注射泵的流速为O. Γ0. 8mL/h。本专利技术的有益技术效果 本专利技术的，由于制备过程是将预先配制好的壳层纺丝溶液和核层纺丝溶液通过同轴静电纺丝装置进行纺丝，得到纤维膜后真空干燥去除残留的溶剂和湿气，即得一种核壳结构的纳米纤维固定化酶，因此具有制备过程简单，易于操作，不需要进行化学反应过程，便可将脂肪酶很好地包埋在纳米纤维内部，避免了酶在纤维表面的残留，减少了酶的损失。本专利技术的，由于选取疏水性材料作为壳层，并添加少量亲水性化合物，因此，所制备的纳米纤维膜不仅形貌均匀良好，而且纤维内部呈现较好的多孔性，有利于酶与底物的充分接触，促进酶促反应进行。另外，本专利技术的所得的核壳结构的纳米纤维固定化酶，具有较好的活性和稳定性，有利于提高酶的重复使用性，降低生产成本。附图说明 图la、本专利技术所用的同轴静电纺丝装置结构示意 图lb、本专利技术所用的同轴静电纺丝装置中的纺丝喷头的局部放大 图2、实施例I所得的核壳结构的纳米纤维固定化酶的扫描电镜 图3、实施例I所得的核壳结构的纳米纤维固定化酶的透射电镜 图4、实施例2所得的核壳结构的纳米纤维固定化酶的扫描电镜 图5、实施例2所得的核壳结构的纳米纤维固定化酶的透射电镜 图6、实施例3所得的核壳结构的纳米纤维固定化酶的扫描电镜图。具体实施例方式下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术进一步阐述，但并不限制本专利技术。本专利技术所用的同轴静电纺丝装置，其结构示意图如图Ia所示，其中I为注射泵、2注射器A、3为注射器B、4为纺丝喷头、5为接地的接收板及6为高压静电发生器； 所述的注射器A2和注射器B3均由注射泵I控制，以便得到均匀的流速；注射器B3是注射器A2的容积的5倍，本专利技术的实施例中所用的注射器A2的容积为lmL，注射器B3的容积为5mL ； 所述的纺丝喷头4见图Ib所示，为长、宽、高各为2cm的内部具有空腔的小正方体，小正方体在水平方向正中的位置上设有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核壳结构的纳米纤维固定化酶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）、将疏水性高分子材料溶于N,N－二甲基甲酰胺中，超声振荡使其充分均匀溶解，形成浓度为8~10wt.%的纺丝溶液，作为壳层纺丝溶液；所述的疏水性高分子材料为聚丙烯腈、醋酸纤维素、尼龙66、聚三亚甲基碳酸酯及聚ε？己内酯中的一种或任意两种组成的混合物；（2）、将脂肪酶溶解于水中，超声振荡使脂肪酶充分溶解，得到浓度为0.02~1g/mL的脂肪酶纺丝液，作为核层纺丝溶液；所述的脂肪酶为固定化南极假丝酵母脂肪酶、猪胰脂肪酶、圆柱状假丝酵母脂肪酶、米赫毛霉脂肪酶或Lipase？AY？30脂肪酶；（3）、将步骤（1）所得的壳层纺丝溶液和步骤（2）所得的核层纺丝溶液采用同轴静电纺丝装置进行纺丝，得到的纤维膜真空干燥后即得一种核壳结构的纳米纤维固定化酶。

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构的纳米纤维固定化酶的制备方法，其特征在于包括如下步骤 (1)、将疏水性高分子材料溶于N，N—二甲基甲酰胺中，超声振荡使其充分均匀溶解，形成浓度为8 IOwt. %的纺丝溶液，作为壳层纺丝溶液； 所述的疏水性高分子材料为聚丙烯腈、醋酸纤维素、尼龙66、聚三亚甲基碳酸酯及聚ε-己内酯中的一种或任意两种组成的混合物； (2)、将脂肪酶溶解于水中，超声振荡使脂肪酶充分溶解，得到浓度为O.02^1g/mL的脂肪酶纺丝液，作为核层纺丝溶液； 所述的脂肪酶为固定化南极假丝酵母脂肪酶、猪胰脂肪酶、圆柱状假丝酵母脂肪酶、米赫毛霉脂肪酶或Lipase AY 30脂肪酶； (3)、将步骤(I)所得的壳层纺丝溶液和步骤(2)所得的核层纺丝溶液采用同轴静电纺丝装置进行纺丝，得到的纤维膜真空干燥后即得一种核壳结构的纳米纤维固定化酶。2.如权利要求I所述的一种核壳结构的纳米纤维固定化酶的制备方法，其特征在于步骤(I)所述的壳层纺丝液中添加水溶性高分子化合物聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮。3.如权利要求2所述的一种核壳结构的纳米纤维固定化酶的制备方法，其特征在于步骤(I)所述的添加水溶性高分子化合物聚乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮的量按其在壳层纺丝液中最终浓度为O. riwt. %为准。4.如权利要求3所述的一种核壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小梅，翟宗德，袁联群，徐毅，
申请(专利权)人：上海应用技术学院，
类型：发明
国别省市：