一种树脂-酶复合催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种树脂-酶复合催化剂及其制备方法，属于复合材料领域。其步骤是：将目标酶溶解于pH值为中性的磷酸缓冲液中得到浓度范围为0.2-10mg/mL的溶液A；根据酶分子的等电点，选择合适的大孔型离子交换树脂作为载体；将溶液A与树脂载体于室温下混合搅拌；取出树脂，用磷酸缓冲液冲洗树脂表面，再将树脂阴干得到树脂-酶复合催化剂。本发明专利技术制备方法操作简单、易于控制、酶活损失小；本发明专利技术制得的固载型酶复合催化剂在保持酶分子原有催化活性的基础上大大提高了普通酶剂的稳定性，且可在水相体系中应用，同时在较大pH范围及较高离子强度条件下仍具有良好的抗淋溶性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合催化剂及其制备方法，更具体的说是一种树脂-酶复合催化剂及其制备方法。
技术介绍
酶是一种高效生物催化剂，具有反应速度快、条件温和、反应彻底、对底物具有专一性等优点。但在常见的溶液反应体系中，酶催化反应存在酶难以回收和反复利用、抗反应条件（温度、pH、盐度等）冲击能力差、易失活、产物难以分离等缺点，这些缺点极大地限制了酶在生物催化领域的直接推广应用。为克服这些缺点，科学家开始将酶进行固载制备载体-酶复合催化剂，至今已有诸多报道。目前常见的酶复合催化剂载体包括介孔硅材料、活性炭、硅藻土、壳聚糖、树脂等。就固定方法而言，应用最多的是共价交联的方法。此方法通过化学桥联法将酶分子与载体通过交联剂进行共价键联，常用载体包括分子筛、树脂等，制得的复合催化剂一般固载量较大，结构稳定；但固定过程中化学反应往往较为激烈，操作复杂，反应程度难以控制，很多酶在固载过程中会有非常大的活性损失(Lee CH, Lin TS, Mou CY. Mesporous materials for encapsulating enzymes. Nano Today, 2009, 4: 165-179)。另一种常见的物理吸附法固定条件简单，易于操作，常见的载体包括介孔硅材料、活性炭、硅藻土、壳聚糖等，制得的复合催化剂酶活损失较小，但酶分子与载体结合不稳定，在反应溶液中易淋失。Wang YJ 等人以介孔硅材料BMS为载体，通过物理吸附法制备的载体-酶复合材料，超过70%的酶分子会在溶液中再次溶出（Mesoporous silica spheres as supports for enzyme immobilization and encapsulation. Chemistry of Materials 2005, 17: 953-961）。如何开发简单、温和的制备方法实现酶的稳定化固载已成为制备高性能酶复合催化剂时亟需克服的技术瓶颈。大孔型离子交换树脂具有优良的机械强度、丰富的孔结构、良好的离子交换能力，在水处理、工业催化、环境保护等领域得到了广泛应用，这些结构特性也使其具备了优良的载体材料基本条件。近年来，南京大学潘丙才教授课题组以大孔离子交换树脂作为载体，通过内表面沉积技术将纳米氧化铁、氧化锰颗粒等无机颗粒固载于树脂孔道内，研制成功系列有机-无机纳米复合吸附剂，成功解决了水体中微量重金属、砷、硒、磷、锑等多种污染物的深度净化难题。其所制备的复合吸附剂由于树脂纳米孔结构特有的网聚限域效应，使其在溶液中具有优良的抗淋失性能（Pan BJ et al. Development of polymer-based nanosized hydrated ferric oxides (HFOs) for enhanced phosphate removal from water effluents. Water Res, 2009, 43: 4421- 4429；专利公开号CN101804333A； CN101643289）。该课题组也曾将高分子有机物聚乙烯亚胺(PEI)通过简单的浸渍法固定于大孔阳离子交换树脂D001上并用于铜离子的深度去除，这一复合吸附材料由于静电作用、范德华力及载体与PEI高分子链之间的空间缠绕等因素，同样具有十分优良的抗淋失性能，相关成果已发表于国际学术刊物Environ. Sci. Technol.（2010, 44 (9), 3508）上。-->目前已有将酶固载于树脂上的报道。报道中大多采用的方法有以下几种：先将树脂与酶液混合，反应一段时间后再用戊二醛进行交联（J. Agric. Food. Chem. 2010, 58, 488; 材料导报：研究篇. 2009年9月（下）23卷第9期,50）； 先将树脂用戊二醛处理，然后再与酶液混合（食品与发酵工业，2004年30卷第2期，10；）；先对树脂进行修饰，接上一些氯甲基、氨基或羧基等基团，再通过这些基团与酶分子的共价结合使酶固定到树脂上（J. Chem. Technol. Biotechnol. 2003, 78, 891; Applied Catalysis B: Environmental. 2003, 42, 131; Food Chemistry. 2009, 112, 992）。可以看出，这些方法均有操作复杂、反应剧烈且程度难以控制、酶结构影响大、酶活损失严重等缺点。除此以外，也有通过简单吸附法将酶固载于树脂的报道，这些方法可归纳如下：采用疏水性的非极性大孔吸附树脂作为载体通过吸附法固定酶，此法无论合成还是应用，均局限于有机溶剂的体系中，对水分含量有严格的要求，限制了其在水相中的应用（生物工程学报，2006年22卷1期, 114； 河南工业大学学报（自然科学版）,2007年第28卷3期，68；农产品加工·学刊，2010年3期，23）；在水相中采用大孔吸附树脂为载体，通过吸附法固定酶，主要通过氢键、范德瓦耳力固定酶，此方法树脂极性越强，固定效果越差，难以应用于水相系统，且对酶稳定性提高较小（化学工程，2009年37卷4期，8）；以树脂二乙胺基乙基羟乙酯（DEAE-E/H）为载体，主要通过氢键作用固定酶，其制备的复合催化剂对酶稳定性的提高较小，且易受溶液pH及离子强度影响而使酶淋失到溶液中，因而同样不适宜在水相系统中应用（化学反应工程与工艺，2005年21卷1期，60）。而利用作用较强的静电作用力，通过简单浸渍法将酶固定到强极性的大孔离子交换树脂上从而获得高稳定性、可应用于水相系统、抗淋失性能优异的复合催化剂却尚未见公开报道。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题目前制备载体-酶复合催化剂的主要方法包括共价交联法和物理吸附法。共价交联法制得的复合催化剂结构较为稳定，但方法复杂、酶活损失大；物理吸附法虽然操作简单，但制得的复合催化剂抗淋溶性能差、稳定性不高。本专利技术的目的是提供一种大孔离子交换树脂-酶复合催化剂及其制备方法，该制备方法简单，制备得到的大孔离子交换树脂-酶复合催化剂固定量大、机械强度好、可应用于水相系统、抗淋失性能优异、稳定性较强。2. 技术方案本专利技术原理：将大孔型离子交换树脂作为酶的载体材料，树脂丰富的孔结构可以方便大分子酶进入其孔道内部，树脂表面的荷电基团可与酶分子之间产生静电作用力，其特有的网状纳米孔结构可以使酶的分子链与其相互缠绕而进行更加稳定的结合，这些因素可能为酶分子的稳定化固载提供重要基础。通过简单的浸渍法将酶分子固载于大孔离子交换树脂载体上，制备成功一种固定量大、机械强度好、可应有于水相系统的、抗淋失性能优异、反应稳定性强的树脂-酶复合催化剂。本专利技术的技术方案如下：一种树脂-酶复合催化剂及其制备方法，其步骤是：（1）将目标酶溶解于pH值为中性的磷酸缓冲液中得到溶液A，其浓度范围为0.2-10 mg/mL；-->（2）根据酶分子的等电点，选择合适的大孔型离子交换树脂作为载体；（3）将溶液A与树脂载体于室温下混合搅拌，平均每克树脂需要溶液A的体积为10-500 mL；（4）取出离子交换树脂，用pH值为中性的磷酸缓冲液冲洗树脂表面，再将树脂阴干得到树脂-酶复合催化剂。步骤（1）和步骤（4）中的pH值为中性通常是指p本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种树脂－酶复合催化剂及其制备方法，其步骤为：（１）将目标酶溶解于ｐＨ值为中性的磷酸缓冲液中得到溶液Ａ，其浓度范围为０．２－１０　ｍｇ／ｍＬ；（２）根据酶分子的等电点，选择合适的大孔型离子交换树脂为载体；（３）将溶液Ａ与大孔型离子交换树脂于室温下混合搅拌，平均每克树脂需要溶液Ａ的体积为１０－５００　ｍＬ；（４）取出大孔型离子交换树脂，用ｐＨ值为中性的磷酸缓冲液冲洗树脂表面，再将树脂室温下阴干得到树脂－酶复合催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种树脂-酶复合催化剂及其制备方法，其步骤为：（1）将目标酶溶解于pH值为中性的磷酸缓冲液中得到溶液A，其浓度范围为0.2-10 mg/mL；（2）根据酶分子的等电点，选择合适的大孔型离子交换树脂为载体；（3）将溶液A与大孔型离子交换树脂于室温下混合搅拌，平均每克树脂需要溶液A的体积为10-500 mL；（4）取出大孔型离子交换树脂，用pH值为中性的磷酸缓冲液冲洗树脂表面，再将树脂室温下阴干得到树脂-酶复合催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是步骤（1）中的酶为分子量大于10 K 道尔顿、等电点≦5.5或≧8.0的生物蛋白。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是步骤（2）中树脂载体...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘丙才，张孝林，吕路，何锴，张炜铭，张全兴，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84