一种pH和光响应性聚合物载体材料及其制备和固定化果胶酶的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种pH和光响应性聚合物载体材料及其制备和固定化果胶酶的应用，该载体材料的结构式为：

【技术实现步骤摘要】
一种pH和光响应性聚合物载体材料及其制备和固定化果胶酶的应用
本专利技术属于酶工程
涉，具体及一种具有pH、光响应的聚合物载体材料，以及该载体材料的制备方法和其在固定化果胶酶中的应用。
技术介绍
酶是一种具有高效性、专一性、特异性的生物催化剂，但酶的高级结构对于环境的改变很敏感，物理、化学、生物因素都有可能使酶失活甚至变性，例如高温、强酸、强碱等环境，而且在重复利用性和储藏稳定性方面也大大受到了限制。介于此，固定化酶技术的发展越来越受重视。固定化酶可以在相同的极端环境下比自由酶表现出更好的稳定性，并且具有催化产品分离的优点，所以在许多领域已经有了很大的使用价值，例如，药物化学、食品化学和能源产品方面等。对于酶的固定化，载体是固定化技术的关键，良好的固定化载体材料具有稳定性好、对生物无毒性、机械强度高、不易引起酶变形等特点。一般固定化载体材料可分为天然高分子材料(海藻酸钠、纤维素等)、有机高分子材料(聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等)和无机材料(二氧化硅、氧化铝等)。多功能性高分子载体材料能够在外部环境的改变下导致相应的物理结构和化学性质的变化，具有良好的生物相容性、稳定性好等特点，是一种较好的固定化酶载体材料。其形貌结构可以通过环境的相应刺激而改变，间接性地调节固定化酶的活性。目前，关于酶的固定化方法主要分为物理吸附法，共价键法和包覆法。对于刺激响应型高分子载体，包覆法在环境的改变下会导致酶在反应体系中的遗漏；共价键法可以将酶以共价键的形式结合到载体上，但是由于酶分子结构的改变会影响酶的活性；物理吸附包括酶与载体之间的氢键、范德华力、亲疏水作用以及静电吸附作用，该方法既简单又不会影响酶的活性位点。基于此，选择一种在不影响固定化酶量，保持酶的稳定性、重复利用性的基础之上，能够有效地调控固定化酶活性的载体材料对于固定化酶
起着重要的作用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有pH和光响应性的聚合物载体材料，以及该载体材料的制备方法，并为该载体材料提供一种新的应用。解决上述技术问题所采用的聚合物载体材料的结构式如下所示：式中z的取值为50～60的整数，m取值为80～95的整数，n取值为10～30的整数。上述聚合物载体材料的具体合成路线和合成步骤如下：1、以溴异丁酸-5-丙炔基醚-2-硝基苄酯(alkyne-ONB-Br)为小分子引发剂、N,N-二乙基胺基甲基丙烯酸乙酯(DEAEMA)为单体、CuBr为催化剂、PMDETA为配体、环己酮(CYC)为溶剂，在氮气氛围下进行ATRP反应，得到式I所示的端基为炔基的聚N,N-二乙基胺基甲基丙烯酸乙酯(alkyne-ONB-PDEAEMA-Br)。2、以alkyne-ONB-PDEAEMA-Br为引发剂、数均分子量为300的甲基丙烯酸单甲氧基聚乙二醇酯(PEGMA)为单体、CuBr为催化剂、PMDETA为配体、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，在氮气氛围下进行ATRP反应，得到式II所示的端基为炔基的聚N,N-二乙基胺基甲基丙烯酸乙酯-b-聚甲基丙烯酸单甲氧基聚乙二醇酯(alkyne-ONB-PDEAEMA-b-PPEGMA)。3、以2-溴异丁酸-2-叠氮基乙酯(azide-Br)为小分子引发剂、苯乙烯(St)为单体、CuBr为催化剂、五甲基二乙烯三胺(PMDETA)为配体、丁酮(MIBK)和异丙醇(IPA)体积比1:1的混合液为溶剂，在氮气氛围下进行原子转移自由基聚合(ATRP)反应，得到式III所示的端基为叠氮的聚苯乙烯(azide-PS-Br)。4、以azide-PS-Br和alkyne-ONB-PDEAEMA-b-PPEGMA为原料、CuBr为催化剂、PMDETA为配体、DMF为溶剂，在氮气氛围下进行点击化学反应，得到式IV所示的聚苯乙烯-溴异丁酸5-丙炔基醚-2-硝基苄酯-聚N,N-二乙基胺基甲基丙烯酸乙酯-b-聚甲基丙烯酸单甲氧基聚乙二醇酯(PS-ONB-PDEAEMA-b-PPEGMA)，即本专利技术pH和光响应性聚合物载体材料。上述步骤1中，优选alkyne-ONB-Br与DEAEMA、CuBr、PMDETA的摩尔比为1:(80～120):(1～2):(1～2)。上述步骤1中，进一步优选ATRP反应的温度为70～80℃、时间为10～12小时。上述步骤2中，优选alkyne-ONB-PDEAEMA-Br与PEGMA、CuBr、PMEDTA的摩尔比为1:(30～60):(1～2):(1～2)。上述步骤2中，进一步优选ATRP的反应温度为70～80℃、时间为10～12小时。上述步骤3中，优选azide-Br与St、CuBr、PMDETA的摩尔比为1:(80～120):(1～2):(1～2)。上述步骤3中，进一步优选ATRP反应的温度为60～70℃、时间为6～12小时。上述步骤4中，优选alkyne-ONB-PDEAEMA-b-PPEGMA与azide-PS-Br、CuBr、PMDETA的摩尔比为1:1:(1～2):(1～2)。上述步骤4中，进一步优选点击化学反应的温度为50～60℃、时间为24～48小时。上述2-溴异丁酸2-叠氮基乙酯根据文献“ploymerchemistry,2015,53,2313-2319”中公开的方法合成；上述溴异丁酸-5-丙炔基醚-2-硝基苄酯根据文献“Polymer,2014,55,1436-1442.PolymerChemistry,2010,1,161-163”中公开的方法合成。本专利技术pH和光响应性聚合物载体材料在固定化果胶酶中的应用，具体方法如下：1、将聚乙烯-b-聚甲基丙烯酸(PS-b-PMAA)和PS-ONB-PDEAEMA-b-PPEGMA溶于DMF中，将其混合溶液逐渐滴加到去离子水中，磁力搅拌30分钟，随后转移到截留分子量为8～14kDa的透析袋中，用去离子水透析2天，定期更换去离子水，得到核-壳型胶束(PS-b-PMAA/PS-ONB-PDEAEMA-b-PPEGMA)。上述聚乙烯-b-聚甲基丙烯酸的结构式如下所示：式中x的取值为50～60的整数，y的取值为80～90的整数，其根据文献“化学学报,2005,63,631-636”中公开的方法合成。2、向步骤1制备的核-壳型胶束中加入果胶酶，在50～60℃下反应40～60分钟，离心分离，用pH为4.5～5.0的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液洗涤，得到固定化果胶酶。上述固定化果胶酶中的应用，优选聚乙烯-b-聚甲基丙烯酸、pH和光响应性聚合物载体材料的质量比为1:1。本专利技术是通过聚甲基丙烯酸嵌段上的羧基基团与果胶酶分子上的氨基基团之间的静电吸附作用将果胶酶固定在载体材料表面，实验证明，本专利技术的聚合物载体材料在溶液中有较好的稳定性，能为固定化果胶酶提供较多活性位点。果胶酶通过固定化后与游离果胶酶相比：在pH、温度变化的条件下有较宽的适用范围；储藏稳定性从20％提高到了34％～41％；重复使用性有所提升，重复使用8次后仍能保持初始酶活性的50％～55％；通过环境的刺激，证实相应的相对活性，储藏稳定性和重复使用性都会有所改变。因此，本专利技术具有刺激响应性的聚合物载体材料在固定化酶领域中具有潜在的应用。附图说明图1是实施例1制备的pH和光响应性聚合物载体材料的核本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种pH和光响应性聚合物载体材料，其特征在于：该载体材料的结构式如下所示：

【技术特征摘要】
1.一种pH和光响应性聚合物载体材料，其特征在于：该载体材料的结构式如下所示：式中z的取值为50～60的整数，m取值为80～95的整数，n取值为10～30的整数。2.一种权利要求1所述的pH和光响应性聚合物载体材料的制备方法，其特征在于它由下述步骤组成：(1)以溴异丁酸-5-丙炔基醚-2-硝基苄酯(ONB)为小分子引发剂，N,N-二乙基胺基甲基丙烯酸乙酯为单体，CuBr为催化剂，五甲基二乙烯三胺为配体，环己酮为溶剂，在氮气氛围下进行原子转移自由基聚合(ATRP)反应，得到式I所示的端基为炔基的聚N,N-二乙基胺基甲基丙烯酸乙酯；(2)以端基为炔基的聚N,N-二乙基胺基甲基丙烯酸乙酯为引发剂、数均分子量为300的甲基丙烯酸单甲氧基聚乙二醇酯为单体、CuBr进行ATRP反应，得到式II所示的端基为炔基的聚N,N-二乙基胺基甲基丙烯酸乙酯-b-聚甲基丙烯酸单甲氧基聚乙二醇酯；(3)以2-溴异丁酸-2-叠氮基乙酯为小分子引发剂、苯乙烯为单体、CuBr为催化剂、五甲基二乙烯三胺为配体、丁酮和异丙醇体积比1:1的混合液为溶剂，在氮气氛围下进行ATRP反应，得到式III所示的端基为叠氮的聚苯乙烯；(4)以式III所示端基为叠氮的聚苯乙烯和式II所示端基为炔基的聚N,N-二乙基胺基甲基丙烯酸乙酯-b-聚甲基丙烯酸单甲氧基聚乙二醇酯为原料、CuBr为催化剂、五甲基二乙烯三胺为配体、N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，在氮气氛围下进行点击化学反应，得到pH和光响应性聚合物载体材料。3.根据权利要求1所述的pH和光响应性聚合物载体材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的溴异丁酸-5-丙炔基醚-2-硝基苄酯与N,N-二乙基胺基甲基丙烯酸乙酯、CuBr、五甲基二乙烯三胺的摩尔比为1:(80～120):(1～2):(1～2)；所述原子转移自由基聚合反应的温度为70～80℃、时间为10～12小时。4.根据权利要求1所述的pH和光响应性聚合物载体材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷忠利，雷磊，杨红，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61