一种可再生的磁性固定化酶载体及其制备方法，属于固定化酶技术领域。包括合成磁性Fe3O4纳米颗粒；制备核壳结构的Fe3O4@TiO2磁性纳米复合物；制备锐钛矿型Fe3O4@TiO2纳米复合物，对该纳米复合物表面进行功能化修饰从而得到Fe3O4@TiO2固定化酶载体等步骤。本发明专利技术制备的固定化酶载体综合了磁性材料、纳米材料、TiO2及表面功能基团修饰的优点，具有磁响应性、可再生利用、高生物相容性、与目标酶分子共价链接、酶荷载量高及稳定性好等优点。此外，本方法工艺简单，反应条件易控制。本发明专利技术可为酶提供性能优异的固定化载体，能有效降低酶大规模工业化应用的成本，在固定化酶领域具有巨大的应用潜力。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，属于固定化酶
。包括合成磁性Fe3O4纳米颗粒；制备核壳结构的Fe3O4@TiO2磁性纳米复合物；制备锐钛矿型Fe3O4@TiO2纳米复合物，对该纳米复合物表面进行功能化修饰从而得到Fe3O4@TiO2固定化酶载体等步骤。本专利技术制备的固定化酶载体综合了磁性材料、纳米材料、TiO2及表面功能基团修饰的优点，具有磁响应性、可再生利用、高生物相容性、与目标酶分子共价链接、酶荷载量高及稳定性好等优点。此外，本方法工艺简单，反应条件易控制。本专利技术可为酶提供性能优异的固定化载体，能有效降低酶大规模工业化应用的成本，在固定化酶领域具有巨大的应用潜力。【专利说明】
本专利技术属于固定化酶
，具体涉及。
技术介绍
酶是一类生物催化剂，绝大多数酶的化学本质是蛋白质。与化学催化剂相比，酶具有专一性强、催化效率高、反应条件温和、活性可控等优点。但是酶不稳定，极易受外部坏环境影响而失去催化活性。另外，大多数酶为水溶性，导致其在催化反应后不易与底物和产物分离，不仅影响产物的纯度同时也使酶不能重复利用，这增加了酶在工农业应用中的成本。固定化酶技术的出现为克服酶的上述缺点和为酶的大规模应用提供了有效途径，是酶工程最为活跃的研究领域之一。固定化酶技术是酶工程的一个重要分支，是指通过物理或/和化学方法，将水溶性酶固定在特定的载体上或将酶限制在一定的空间范围内从而限制酶分子的运动，但仍然允许酶发挥其催化功能且反应后酶可重复使用的一种技术。与游离酶相比，固定化酶在保留水溶性酶优点的同时，获得了可重复利用、稳定性好、活性提高、工艺简单、可规模化应用等优点。固定化酶载体及酶与载体的固定化工艺是固定化酶的两个关键技术。载体材料的结构和性能对固定化酶的性能有着巨大的影响。设计和开发性能优异、符合特定需求的载体材料是目前固定化酶研究领域的一个重点和热点。随着材料科学和酶固定化技术的发展，固定化酶载体材料已从起初的天然高分子材料向无机材料、合成高分子材料及复合材料等方向发展。近年来，磁 性纳米材料由于其自身的优点，在生物医学、环境科学、催化等领域的应用潜力越来越受到人们的关注。作为固定化酶载体，磁性纳米材料不仅具有纳米材料所特有的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应而且还具有磁响应性，使固定化酶在外部磁场的作用下易从反应体系中分离和回收；另外，也可以通过外磁场控制固定化酶在反应体系中的运动方向，这可以用来提高酶的催化效率。目前，已有文献和专利报道了磁性纳米颗粒用作固定化酶的载体。相关酶包括乙醇脱氢酶、葡萄糖氧化酶、氯过氧化物酶等。酶与磁性纳米粒子组装构建的固定化酶实现了反应后，在外部磁场下酶从反应体系中的快速分离，以及酶的循环利用。此外，相对于微米级的酶载体，纳米材料由于其比表面积的增加具有更高的酶负载能力，从而有利于催化效率的提高。另一方面，以物理吸附方式固定化的酶，亲和性不高，容易导致催化反应或者循环催化过程中酶从载体上脱离，这样就大大降低了酶的循环利用次数。另外，将酶通过共价方式直接与磁性纳米粒子连接，容易导致酶的活性和稳定性降低，同时在这种情况下磁性纳米粒子之间很容易聚集，分散性差。通过磁性纳米粒子表面功能化修饰或构建磁性纳米复合材料(如具有半导体外壳的复合磁性纳米颗粒、各种功能基团修饰的纳米复合微球等）可以提高固定化酶在溶液中的分散性，同时有效提高共价固定化酶的稳定性。Xin Gao等制备了二氧化硅包被的磁性纳米粒子，共价连接内酰胺酶后，发现其稳定性有了很大提高（Chem.Commun.，2003, 24，2998-2999) ;ffen Wang等合成了具有高分子外壳的磁性纳米粒子作为过氧化物酶的载体，这种磁性酶载体在酶的活性和多次循环利用方面都有很大的优越性(J. Am. Chem. Soc.，2009, 131，12892 - 12893)。于洪巍等专利技术了一种磁性共价固定化酶载体的制备方法（专利号：201110201473)，通过对磁性纳米粒子表面的修饰，实现了载体与酶分子间的共价偶氮连接。以上磁性纳米复合材料载体具有显著的优点，但其不足也十分明显，如这些载体的生物相容性有待进一步提高，而载体的生物相容性与固定化酶的活性直接相关；另一方面，当荷载的酶经过多次循环催化反应后活性会逐渐降低甚至失活，最终导致这些载体的弃用，而新载体的合成必然提高生产成本。二氧化钛（TiO2)是一种无毒、坏境友好的生物相容性材料，在生物医学领域具有广泛的应用前景。2012年，Wan Fu Ma等人利用磁性TiO2纳米颗粒（Fe3O4OTiO2NPs)的TiO2能和磷酸化多肽的磷酸根基团非共价作用的特性，从生物样本中富集和分离磷酸化多肽(ACS Nano, 2012, 6，3179-3188.)。另外，TiO2因具有优异的光催化活性，被广泛用于有机污染物和微生物的光降解（Chemical Reviews, 1995, 95, 735-758. ) 0因光催化引起的自清洁特性为TiO2载体材料的再生利用提供了一条非常简单而有效的途径。本专利结合了磁性纳米材料和TiO2的优点，构建了表面功能化的具核壳结构的Fe3O4OTiO2纳米复合物，该复合物载体具有磁响应性、分散效果好、可再生利用、生物相同性好、及与酶共价连接、对酶荷载能力强等优点，是一种理想的固定化酶载体，在固定化酶领域具有巨大的应用潜力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。本专利技术通过合成锐钛矿型磁性Fe3O4OTiO2纳米材料并对其进行功能化修饰，从而使该固定化酶载体具有磁响应性、分散效果好、可再生性利用、高生物相容性、与酶共价连接、对酶荷载量高、稳定性好等优点，是一种理想的固定化酶载体，在固定化酶领域具有巨大的应用潜力。为了实现上述专利技术目标，本专利技术采取以下技术方案：(a)制备 Fe3O4 磁性纳米颗粒（Fe3O4NPs):Fe3O4磁性纳米颗粒通过溶剂热或水热方法合成。溶剂热方法JfFeCl3 · 6H20或Fe (NO3) 3 · 9H20和乙酸钠按摩尔比1:9~1:11混合后分散于乙二醇中，FeCl3 · 6H20*Fe(N03)3 · 9H20在乙二醇溶液中的浓度范围为O. I~O.15mol/L ;然后将得到的黄色溶液在200~220°C条件下反应8~12h ;水热方法:向O. I~O. 2mol/L的FeCl3 · 6H20或Fe (NO3) 3 · 9H20的水溶液缓慢加入NaOH溶液，将溶液的pH值调至7. O~8. 0，加热至60~80°C，过滤分离得到Fe (OH) 3凝胶，凝胶经洗涤后重新分散于水中，再用NaOH溶液将pH值调至10.0~11. 0，然后将得到的溶液在200~220°C条件下水热反应6~8h ;上面步骤中所述在溶剂中分散的方法为磁力搅拌、机械搅拌或超声波方法。将溶剂热方法或水热方法得到的溶液转移到玻璃容器中，用外磁场分离收集得到黑色磁性颗粒；将磁性颗粒用无水乙醇清洗3~5次，再利用外磁场分离收集并放置在20~60°C条件下挥发完全，从而得到Fe3O4磁性纳米颗粒（Fe3O4NPsX (b)制备核壳结构的Fe3O4OTiO2磁性胶体纳米粒子（Fe3O4OTiO2NPs)：将步骤（a)制备的100~200m本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可再生的磁性固定化酶载体的制备方法，其步骤如下：(a)制备Fe3O4磁性纳米颗粒Fe3O4NPs；(b)制备核壳结构的Fe3O4@TiO2磁性胶体纳米粒子Fe3O4@TiO2NPs：将步骤（a）制备的100～200mg?Fe3O4NPs分散于200～300mL的乙醇、乙晴和NH3·H2O的混合溶液中，乙醇、乙晴和NH3·H2O的体积比160～200:40:1，再加入2～3mL钛酸四丁酯并搅拌1～2h；然后用外磁场分离收集得到磁性的Fe3O4@TiO2胶体纳米粒子，将胶体纳米粒子用无水乙醇清洗3～5次，再利用外磁场分离收集并放置在20～60℃条件下挥发完全，从而得到核壳结构的Fe3O4@TiO2磁性胶体纳米粒子Fe3O4@TiO2NPs；(c)制备锐钛矿型Fe3O4@TiO2纳米复合物：将步骤（b）制得的100mg?Fe3O4@TiO2NPs分散于100～200mL、60～70%(v/v)乙醇的水溶液中，加入2～3mL的NH3·H2O，然后将得到的悬浮液在160～180℃条件下水热反应18～24h，棕色的反应产物用外磁场分离收集后用无水乙醇清洗3～5次，再用外磁场分离收集并放置在20～60℃条件下挥发完全，从而制备得到锐钛矿型Fe3O4@TiO2纳米复合物；(d)制备Fe3O4@TiO2固定化酶载体：将步骤（c）制备的锐钛矿型Fe3O4@TiO2纳米复合物分散于1～2%（w/w）的3?氨基丙基?三甲氧基硅烷APTMS水溶液中，并搅拌2～5h；利用外磁场分离收集得到APTMS?功能化的Fe3O4@TiO2纳米复合物，然后将其再分散于含2～3%（v/v）戊二醛的水溶液中，经室温孵育1～3h后获得Fe3O4@TiO2可再生磁性固定化酶载体。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡林君，陈雷，赵冰，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。