磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种磁柔性载体Fe3O4‑PDA‑DAS的制备方法，包括以下步骤：制备多巴胺包裹的纳米微球，得到磁性聚多巴胺纳米微球Fe3O4‑PDA；制备双醛玉米淀粉，得到双醛淀粉DAS；将双醛玉米淀粉溶于去离子水中，得DAS溶液；将Fe3O4‑PDA加入至Tris‑HCl分散液中进行分散，得Fe3O4‑PDA分散液；将DAS溶液滴加至Fe3O4‑PDA分散液中，反应后得到磁柔性载体Fe3O4‑PDA‑DAS。本发明专利技术还同时提供了上述磁柔性载体Fe3O4‑PDA‑DAS的用途，用于固定化酶。采用本发明专利技术的磁柔性载体Fe3O4‑PDA‑DAS固定化酶，具有高效、易回收和重复使用的特性。

Preparation and application of magnetic flexible carrier Fe3O4-PDA-DAS

The invention discloses a preparation method of the magnetic flexible carrier Fe3O4 PDA DAS, which comprises the following steps: preparing the dopamine encapsulated nanospheres and obtaining the magnetic polydopamine nanospheres Fe3O4 PDA; preparing the dialdehyde corn starch and obtaining the dialdehyde starch DAS; dissolving the dialdehyde corn starch in the deionized water and obtaining the DAS solution; F E3O4 PDA is dispersed in Tris HCl dispersions, and Fe3O4 PDA dispersing liquid is obtained; DAS solution is added to Fe3O4 PDA dispersions, and the magnetic flexible carrier Fe3O4 PDA PDA DAS is obtained after the reaction. The invention also provides the use of the above magnetic flexible carrier Fe3O4 PDA DAS, which is used for immobilized enzyme. The magnetic flexible carrier Fe3O4 (PDA) DAS immobilized enzyme has the characteristics of high efficiency, easy recovery and repeated use.

【技术实现步骤摘要】
磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS的制备方法及其应用
本专利技术涉及化工领域，具体涉及一种磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS的制备方法及其应用。
技术介绍
酶作为一类性能优异的生物催化剂，具有高效、专一、反应条件温和等特点。酶催化有机反应具有高度的立体、区域以及化学选择性，广泛应用于精细化工、食品、医药、能源和环境领域。脂肪酶学名甘油三酯水解酶，在催化反应过程中，能够表现出优异的化学、区域和立体选择性。鉴于脂肪酶对手性底物具有多样选择性和优异的催化性，使其成为固定化酶技术中研究最为热门的一种酶。本专利技术利用柔性载体双醛淀粉用作固定化酶的连接剂，通过与酶分子发生席夫碱反应共价连接酶和载体十分有效，其主要优势在于其价廉、环境友好。仿生粘附材料聚多巴胺(PDA)由于PDA可以通过自发氧化聚合向各种金属(如贵金属、金属氧化物、半导体、聚合物)等表现出较强的粘接性能，因此在性能上将聚多巴胺作为涂层。该类材料不受类型和形状的影响，同时操作简单，反应条件简便。本专利技术还结合磁性物质快速分离、实现酶的重复使用，避免了载体应用成本高等问题，相比与其它的柔性载体制备方法，更具有利用价值。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS的制备方法及其用途；采用该磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS固定化酶，具有高效、易回收和重复使用的特性。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS的制备方法，依次包括以下步骤：1)、制备多巴胺包裹的纳米微球：在磁性纳米粒子Fe3O4(粒径为20～25纳米)中加入Tris-HCl缓冲溶液(10mM，pH＝8.5)，超声分散20～40min，再加入盐酸多巴胺溶液搅拌反应4～24小时；所述磁性纳米粒子Fe3O4与盐酸多巴胺的质量比为1:0.5～2；反应所得物进行磁分离，再经洗涤、真空干燥，得到磁性聚多巴胺纳米微球，记为Fe3O4-PDA；2)、制备双醛玉米淀粉：将玉米淀粉加入水并调节pH＝3～7(较佳为pH＝5)，于85～95℃(较佳为90℃)搅拌20～40min(较佳为30min)，然后于25～35分钟内冷却至25～35℃，再加入高碘酸钠溶液避光于25～35℃搅拌3.5～4.5小时后终止反应；所述玉米淀粉与高碘酸钠的摩尔比为1:0.9～1.1(较佳为1:1)；反应所得物经后处理，得到双醛淀粉，记为DAS；3)、双醛玉米淀粉功能化的磁性聚多巴胺纳米微球的制备：将双醛玉米淀粉溶于去离子水中，得DAS溶液；将Fe3O4-PDA加入至Tris-HCl分散液(0.01M，pH＝7.1)中进行分散，得Fe3O4-PDA分散液；将DAS溶液滴加至(滴加时间为1～2分钟)Fe3O4-PDA分散液中，Fe3O4-PDA与DAS的质量比为1:2～8；然后30±5℃条件下反应10～14小时，反应所得物进行磁分离，再经洗涤，真空干燥；得到磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS。作为本专利技术的磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS的制备方法的改进：所述步骤1)中，磁性纳米粒子Fe3O4与Tris-HCl缓冲溶液的用量比为100±10mg/20ml，盐酸多巴胺溶液5±1mg/ml。所述步骤2)中，将玉米淀粉加入至pH＝3～7(较佳为pH＝5)的稀H2SO4溶液中，玉米淀粉与所述稀H2SO4溶液的用量比为1g:9～11(1g:10ml)。作为本专利技术的磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS的制备方法的进一步改进：所述步骤2)中：所述后处理为：在反应所得物中加入乙二醇继续搅拌，再加入无水乙醇进行沉淀，依次抽滤、洗涤、加入丙酮(防止产物干燥时结块)，再用去离子水溶解，旋蒸，去离子水溶解，接着透析，最后冷冻干燥成粉末，得双醛淀粉，记为DAS；所述乙二醇：无水乙醇＝1：3的体积比；所述透析的截留分子为3500，透析时间为2天，透析过程中每隔4h换一次去离子水。作为本专利技术的磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS的制备方法的进一步改进：将DAS溶于去离子水中，得浓度为50±5mg/30ml的DAS溶液；将Fe3O4-PDA加入至Tris-HCl分散液(0.01M，pH＝7.1)中进行分散，得浓度为10±1mg/20ml的Fe3O4-PDA分散液。作为本专利技术的磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS的制备方法的进一步改进：所述步骤1)中：所述磁性纳米粒子Fe3O4与盐酸多巴胺的质量比为1：1；搅拌反应12h时；所述步骤2)中：玉米淀粉与高碘酸钠的摩尔比为1:1，高碘酸钠溶液的浓度为0.5M，搅拌反应温度为30℃，时间为4h；所述步骤3)中：Fe3O4-PDA与DAS的质量比为1:5；于30℃反应12小时。本专利技术还同时提供了利用上述方法制备而得的磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS的用途：用于固定化酶。作为本专利技术的磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS的用途的改进：于pH＝7.5的体系条件(磷酸缓冲液)下，将10mg的Fe3O4-PDA-DAS与2～2.4mg的脂肪酶于43～44℃(较佳为43.7℃)进行固定化反应5小时。相对于现有技术而言，本专利技术具有如下技术优势：1、本专利技术在前人的基础上采用柔性共价法结合将脂肪酶固定，减少了由刚性碰撞引起酶活受损的问题，同时也最大限度的保留了游离酶的均象催化活性。2、结合磁性物质快速分离、实现酶的重复使用，避免了载体应用成本高等问题。3、在柔性功能基的载体上利用共价结合法将酶蛋白进行固定，除了具有较好的亲水性外，还具有良好的生物相容性、低毒性、相对低廉的价格，更降低了空间位阻效应，同时又保留了蛋白质周围水分环境。4、在固定化酶操作流程上，载体固定化酶操作简便、来源广泛，能够减少载体活化步骤，在一定程度上能够提高固定化酶活力。综上所述，本专利技术通过盐酸多巴胺原位聚合对磁性纳米材料进行表面改性，运用自制双醛玉米淀粉为交联剂，通过席夫碱反应接枝于磁性多巴胺纳米粒子载体表面，制备出新型磁柔性载体。用于脂肪酶的固定化。本专利技术采用柔性共价结合法，减少了由刚性碰撞引起酶活力低下等问题，同时也最大限度的保留了游离酶的均相催化活性。所制备的磁柔性固定化载体，能用于构建高效、易回收和重复使用的固定化酶体系。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。图1为不同多巴胺浓度和反应时间的粒径分布图；图2为单因素(a-pH，b-时间，c-摩尔比和d-温度)与醛基含量的关系图；图3为玉米淀粉和双醛玉米淀粉的红外图谱；图4为玉米淀粉和双醛玉米淀粉(DAS)扫描电镜照片；图5为磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS红外光谱分析图；图6为游离酶和固定化酶的热稳定性对比图(a-40℃和b-60℃)；图7为固定化脂肪酶的重复使用性能对比图；图8为尿素溶液对脂肪酶固定化的影响对比图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。本专利技术所使用的磁性纳米粒子Fe3O4的粒径为20～25纳米。实施例1、磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS的制备方法，依次进行以下步骤：1)、制备多巴胺包裹的纳米微球：准确称取100mg磁性纳米粒子Fe3O4于100mL三口烧瓶中，再加入20mLTris-HCl缓冲溶液中(10mM，pH＝8.5)，超声分散30min本文档来自技高网...

【技术保护点】
磁柔性载体Fe3O4‑PDA‑DAS的制备方法，其特征是依次包括以下步骤：1)、制备多巴胺包裹的纳米微球：在磁性纳米粒子Fe3O4中加入Tris‑HCl缓冲溶液，超声分散20～40min，再加入盐酸多巴胺溶液搅拌反应4～24小时；所述磁性纳米粒子Fe3O4与盐酸多巴胺的质量比为1:0.5～2；反应所得物进行磁分离，再经洗涤、真空干燥，得到磁性聚多巴胺纳米微球，记为Fe3O4‑PDA；2)、制备双醛玉米淀粉：将玉米淀粉加入水并调节pH＝3～7，于85～95℃搅拌20～40min，然后于25～35分钟内冷却至25～35℃，再加入高碘酸钠溶液避光于25～35℃搅拌3.5～4.5小时后终止反应；所述玉米淀粉与高碘酸钠的摩尔比为1:0.9～1.1；反应所得物经后处理，得到双醛淀粉，记为DAS；3)、双醛玉米淀粉功能化的磁性聚多巴胺纳米微球的制备：将双醛玉米淀粉溶于去离子水中，得DAS溶液；将Fe3O4‑PDA加入至Tris‑HCl分散液中进行分散，得Fe3O4‑PDA分散液；将DAS溶液滴加至Fe3O4‑PDA分散液中，Fe3O4‑PDA与DAS的质量比为1:2～8；然后于30±5℃条件下反应10～14小时，反应所得物进行磁分离，再经洗涤，真空干燥；得到磁柔性载体Fe3O4‑PDA‑DAS。...

【技术特征摘要】
1.磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS的制备方法，其特征是依次包括以下步骤：1)、制备多巴胺包裹的纳米微球：在磁性纳米粒子Fe3O4中加入Tris-HCl缓冲溶液，超声分散20～40min，再加入盐酸多巴胺溶液搅拌反应4～24小时；所述磁性纳米粒子Fe3O4与盐酸多巴胺的质量比为1:0.5～2；反应所得物进行磁分离，再经洗涤、真空干燥，得到磁性聚多巴胺纳米微球，记为Fe3O4-PDA；2)、制备双醛玉米淀粉：将玉米淀粉加入水并调节pH＝3～7，于85～95℃搅拌20～40min，然后于25～35分钟内冷却至25～35℃，再加入高碘酸钠溶液避光于25～35℃搅拌3.5～4.5小时后终止反应；所述玉米淀粉与高碘酸钠的摩尔比为1:0.9～1.1；反应所得物经后处理，得到双醛淀粉，记为DAS；3)、双醛玉米淀粉功能化的磁性聚多巴胺纳米微球的制备：将双醛玉米淀粉溶于去离子水中，得DAS溶液；将Fe3O4-PDA加入至Tris-HCl分散液中进行分散，得Fe3O4-PDA分散液；将DAS溶液滴加至Fe3O4-PDA分散液中，Fe3O4-PDA与DAS的质量比为1:2～8；然后于30±5℃条件下反应10～14小时，反应所得物进行磁分离，再经洗涤，真空干燥；得到磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS。2.根据权利要求1所述的磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS的制备方法，其特征是：所述步骤1)中，磁性纳米粒子Fe3O4与Tris-HCl缓冲溶液的用量比为100±10mg/20mL，盐酸多巴胺溶液5±1mg/mL。3.根据权利要求2所述的磁柔性载体Fe3O4-PDA-DAS的制备方法，其特征是：所述步骤2)中，将玉米淀粉加入至pH＝3～7的稀H2SO4...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊春华，蔡晓敏，翟滢皓，王彦波，沈忱，陈钰，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33