CN100340663C - 固定化纤维素酶的聚乙烯醇纳米超细纤维膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固定化纤维素酶的聚乙烯醇纳米超细纤维膜及其制备方法，属于酶的固定化技术。该膜材料为由质量百分比为80～99%的聚乙烯醇和质量百分比为1～20%的纤维素酶组成的、平均直径为200nm纤维形成的厚度为10μm～50μm的薄膜。其制备过程包括：将相对分子质量为6万～10万的聚乙烯醇溶于醋酸缓冲溶液中配成浓度为5～8%的溶液，按纤维素酶/聚乙烯醇质量比为1/99～20/80向溶液中加入纤维素酶，然后按静电纺丝方法制备成膜，经戊二醛蒸气交联即得。该固定化纤维素酶的膜材料用作壳聚糖的降解，具有生物酶活性高且可反复多次使用等优点，其制备过程简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种固定化纤维素酶的聚乙烯醇纳米超细纤维膜及其制备方法，属于酶的固定化技术。
背景技术
静电纺丝是聚合物溶液或熔体借助于高压静电作用形成超细纤维的纺丝工艺。由静电纺丝可制备直径为3nm-1μm的超细纤维，并可直接收集成超细纤维膜(Zheng M，Zhang Y Z，Kotaki M，Ramakrishna S.A review on polymernanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites.CompositesScience and Technology，2003，63，2223-2253)。由于具有比表面积大、孔隙率高的特点，将静电纺丝超细纤维作为固定化酶的载体，有利于酶与底物充分接触，减小空间位阻，因而有广阔的发展前景(Xie J B，You L.Ultra-high surfacefibrous membranes from electrospinning of natural proteins：casein and lipase enzyme.Journal of Materials Science，2003，38，2125-133)。
酶是一种由细胞产生的具有催化能力的蛋白质，能在常温、常压、pH中性等条件下高度专一而有效地催化底物发生反应。酶的固定化就是通过化学或物理的处理方法，使原来水溶性的酶与固态的水不溶性载体相结合或被载体包埋。固定化酶与水溶性酶相比，具有极易将固定化酶与底物和产物分开、可以重复使用、稳定性好、反应过程可控等优点(罗贵民.《酶工程》.北京：化学工业出版社，1-81)。
聚乙烯醇(PVA)是一种化学和热稳定性良好的半结晶性聚合物，为白色粉末状树脂，是由聚醋酸乙烯水解而成。它是天然气化工的重要下游产品，其分子中有大量强亲水性羟基基团，是具有水溶性的合成聚合物。PVA除了用作维尼纶原料生产纤维外，还广泛用于纺织浆料、涂料、粘合剂等方面。此外，由于具有较高的生物相容性和无毒性，PVA在医药、化妆品、食品等方面也有重要的应用(严瑞宣.《水溶性高分子》.北京：化学工业出版社，2001，42-70)。
以PVA为原料，由静电纺丝可得到平均直径为200nm的纳米超细纤维，用作固定化酶载体，尤其是纤维素酶等水解酶的载体，未见研究报道或发明专利。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固定化纤维素酶的聚乙烯醇纳米超细纤维膜及其制备方法，该固定化纤维素酶的膜材料用作壳聚糖的降解，具有生物酶活性高且可反复多次使用等优点，其制备过程简单。
为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案加以实现的。一种固定化纤维素酶的聚乙烯醇纳米超细纤维的膜，其特征在于，该膜材料为由质量百分比为80～99％的聚乙烯醇和质量百分比为1～20％的纤维素酶组成的、平均直径为200nm纤维形成的厚度为10μm～50μm的薄膜。
上述固定化纤维素酶的聚乙烯醇纳米超细纤维的膜的制备方法，其特征在于包括以下过程：将相对分子质量为6万～10万的聚乙烯醇溶于醋酸缓冲溶液中，配成浓度为5～8％的溶液，然后按纤维素酶/聚乙烯醇质量比为1/99～20/80向溶液中加入纤维素酶，配好的纺丝溶液注入到静电纺丝装置中，在电压为5kV～30kV、溶液流量为0.1mL/h～0.5mL/h、接收距离为5cm～25cm的条件下静电纺丝成膜材料，经戊二醛蒸气交联即得。
本发明的优点在于，该固定化纤维素酶的膜材料用作壳聚糖的降解，具有生物酶活性高且可反复多次使用等优点，其制备过程简单。
具体实施方式
实施例1：
取0.6g的聚乙烯醇(聚合度为1750±50、醇解度为98％)，在磁力搅拌下及加热条件下溶于9mL醋酸缓冲溶液(pH＝4.6)中；取纤维素酶0.03g，溶于1mL醋酸缓冲溶液(pH＝4.6)中。然后，两种混和形成10mL透明的纺丝溶液。向带有内径为0.8mm平口针头的20mL注射器中注入纺丝溶液，将注射器固定在微量注射泵上，在距离针头10cm处垂直放置接地的金属接收屏。将针头与10kV的高压直流电源相连，设定0.2mL/h流量进行静电纺丝，以12～14h后在接收屏上收集到平均直径为200nm的纤维构成的厚度为25μm的膜，超细纤维中含有少量的梭形珠。将超细纤维膜从接收屏上揭下，置于25％的戊二醛水溶液的容器上方，在37℃、常压下放置1h，使其交联，即得到PVA固定化纤维素酶，此固定化酶的活性为136.3U/g。
实施例2：
取0.7g的聚乙烯醇(聚合度为1750±50、醇解度为98％)，在磁力搅拌下及加热条件下溶于8mL醋酸缓冲溶液(pH＝4.6)中；取纤维素酶0.02g，溶于1mL醋酸缓冲溶液(pH＝4.6)中。然后，两种混和形成10mL透明的纺丝溶液。向带有内径为0.8mm平口针头的20mL注射器中注入纺丝溶液，将注射器固定在微量注射泵上，在距离针头10cm处垂直放置接地的金属接收屏。将针头与10kV的高压直流电源相连，设定0.2mL/h流量进行静电纺丝，以12～14h后在接收屏上收集到直径为200nm左右的超细纤维膜，超细纤维中含有少量的梭形珠。将超细纤维膜从接收屏上揭下，置于25％的戊二醛水溶液的容器上方，在37℃、常压下放置1h，使其交联，即得到PVA固定化纤维素酶，此固定化酶的活性为149.2U/g。
Claims (2)
1、一种固定化纤维素酶的聚乙烯醇纳米超细纤维膜，其特征在于：该膜材料由质量含量为20/21的聚乙烯醇和质量含量为1/21纤维素酶，或由质量含量为35/36的聚乙烯醇和质量含量为1/36的纤维素酶组成的、平均直径为200nm纤维形成的厚度为10μm～50μm的薄膜。
2、一种按权利要求1所述固定化纤维素酶的聚乙烯醇纳米超细纤维膜的制备方法，其特征在于包括以下过程：将聚合度为1750±50、醇解度为98％的聚乙烯醇溶于醋酸缓冲溶液中配成浓度为5～8％的溶液，然后按纤维素酶/聚乙烯醇质量比为1/20或1/35向溶液中加入纤维素酶，配好的纺丝溶液注入到静电纺丝装置中，在电压为5kV～30kV、溶液流量为0.1mL/h～0.5mL/h、接收距离为5cm～25cm的条件下静电纺丝成膜材料，并以戊二醛水溶液的蒸气交联。
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