CN100534596C - 含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜的制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜的制备方法，由丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/丙烯酸或丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/甲基丙烯酸三元共聚物经静电纺丝制得，本发明含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜材料是基于对常规材料腈纶的磷脂化改性，材料来源充足，生产工艺简单，成本低廉，适于工业化生产；含反应性基团超细纤维膜可以通过化学共价法现实酶的固定化，酶蛋白与载体通过共价键结合，不容易脱附。
Description
技术领域
本发明涉及一种含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜的制备方法和应用。
背景技术
酶作为一类重要的生物催化剂，具有催化效率高、专一性强、反应条件温和、无污染等优点，被广泛应用于制药、环保、食品、酿造等领域。但酶在实际应用中也存在诸多缺陷，如对热、强酸、强碱、有机溶剂等不够稳定，难以从反应体系中回收，污染产物并给产物提纯造成困难，最终导致生产成本的提高等。二十世纪六十年代兴起的固定化酶技术为这些问题的解决提供了有效的手段，从而成为酶工程领域中最为活跃的研究方向之一。
固定化酶的载体材料是影响固定化酶性能的重要因素之一。载体材料与酶分子之间的相互作用能够改变酶分子的三维构象及其催化反应的微环境，影响底物向酶活性中心和产物向外扩散的速率。固定化酶载体材料形态结构种类繁多，如多孔材料、微球和膜材料均可以用来作为酶固定化的载体。公开号为CN 1320688.X的专利文献公开了在多孔材料表面采用适宜的负载方式实现了青霉素酰化酶的固定化的技术；公开号为CN03150039.0的专利文献公开了利用介孔材料较大的孔径，通过孔内表面羟基基团与酶分子羧基氧原子相互作用，将酶分子固定在孔道内的技术；公开号为CN 86100565的专利文献公开了以一种经共价活化的蚕丝蛋白为固定化酶载体的技术；公开号为CN 99109836.6的专利文献公开了以多元共聚物为骨架的多孔型微珠为载体固定化酶的技术；公开号为CN87106885.0的专利文献公开了用三乙醇胺基强碱性聚苯乙烯为载体，利用三乙醇胺基的羟基将酶共价连接于聚苯乙烯载体上的技术；公开号为CN92101875.4的专利文献公开了将聚乙烯醇和酶所形成的混合物进行凝胶化形成凝胶球体，从而获得固定化酶的聚乙烯醇凝胶微球的技术；公开号为CN 01139257.6的专利文献公开了是通过含有阳离子或胺基的亲水性聚合物等中介聚合物，将酶固定在聚合物膜表面的技术。
利用静电纺丝的方法制备具有纳米到微米尺寸的纤维膜材料越来越引起重视。这类材料具有高比表面积、高空隙率和极好的孔连通性等优点。利用静电纺丝的方法可以用来制备各种高分子超细纤维膜材料。美国专利US 20030215624、US 20040013873公开了通过静电纺丝将常见的聚合物诸如：聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚砜、聚碳酸酯、聚氨酯、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮等制备成超细纤维膜的技术；公开号为CN 200510014965.7的专利文献公开了将加入了纳米金属颗粒或电子介体聚合物溶液用静电纺丝法制得酶电极的技术；公开号为CN 200510014826.4的专利文献公开了通过静电纺丝法制备具有抗菌、抗静电的壳聚糖/碳纳米管超细纤维膜。这种具有纳米尺寸的纤维膜材料也可以作为酶固定化的载体的技术；公开号为CN200410020239.1的专利文献公开了将聚乙烯醇和纤维素酶通过静电纺丝方法制备成固定化纤维素酶的膜材料的技术。
酶固定化技术能有效提高酶的稳定性和重复使用性，已经得到了广泛的应用。然而，固定化酶与载体间的一些非生物特异性的相互作用往往容易导致酶活性的降低。磷脂是天然生物膜脂双层主要组成成份之一，对生物膜的结构完整性以及各项功能的发挥至关重要。尤其是生物膜中作为主体的脂双层的化学组成和物理特性，显著影响各种膜蛋白的活性、热稳定性等。研究表明，含有磷脂或磷脂修饰的聚合物具有良好的血液相容性和生物相容性。材料表面这种优异的生物特异性，为固定化酶蛋白提供一种类似于天然生物膜中膜的微环境，避免了因非特异性的作用而导致的失活，从而有效地保留了酶蛋白的天然活性。这对固定化酶蛋白功能的优化是很有必要的。
现有技术已经利用静电纺丝技术制备了表面具有仿生特性的磷脂或磷脂修饰载体材料，并用物理吸附法固定化酶。由于类磷脂超细纤维膜材料具有高比表面积、高空隙率和极好的孔连通性等优点，能有效提高固定化酶的载酶量、消除酶催化反应时的扩散控制和提高固定化酶的催化效率；同时，纤维膜表面的磷脂仿生修饰层为固定化酶提供一种类似于天然生物膜中膜蛋白所处的微环境，从而促进固定化酶活性和稳定性的提高。但通过物理吸附法进行酶固定化，酶蛋白和载体的结合力较弱，酶易受外界因素的影响而脱落。
发明内容
本发明提供一种与酶结合更为稳固的类磷脂超细纤维膜材料及制备方法，通过化学共价法将酶固定到类磷脂改性超细纤维膜上，从而避免固定化酶的脱落流失，以提高固定化酶的稳定性。
一种反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜的制备方法：
(1)将a、丙烯腈、b、2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱、c、丙烯酸或甲基丙烯酸、d、水，依次加入到反应釜中，其中三种单体摩尔比为：a∶b∶c＝6～8∶1～2∶1～2，水的用量为三种单体总质量的2～3倍。在通氮气20分钟后，升温至40～80℃，加入(NH4)2S2O8-NaHSO3引发剂，其中(NH4)2S2O8和NaHSO3摩尔比为5∶1；在氮气保护下反应2～6小时后，将生成的白色沉淀物滤出，并用去离子水和乙醇分别清洗聚合物三遍；然后再用去离子水进行抽提纯化，然后在40～80℃下抽真空进行干燥；即可得到分子量为5～30万的丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/丙烯酸或丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/甲基丙烯酸三元共聚物；
(2)将丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/丙烯酸或丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/甲基丙烯酸三元共聚物溶于溶剂中制成均纺丝溶液进行静电纺丝成膜。
所述的2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱可由如下方法制备：
在三口烧瓶中加入500mL的二氯甲烷和220mL的三氯化磷，边搅拌边向三口瓶中缓慢滴加139mL干燥的无水乙二醇。加料完毕后，立即在水浴中进行蒸馏除去大部分二氯甲烷，瓶内剩余物经减压蒸馏，收集45.5～47℃/15mmHg的馏分得到1，2-氯-1，3，2-二氧磷杂环戊烷。将1，2-氯-1，3，2-二氧磷杂环戊烷转入三口烧瓶中，并加入100mL经纯化的苯，将干燥氧气通入反应瓶中反应8小时，然后减压蒸馏出产物，收集79℃/0.4mmHg的馏分，即得到2-氯-2-氧-1，3，2-二氧磷杂环戊烷。将2-氯-2-氧-1，3，2-二氧磷杂环戊烷溶于100mL的干燥的四氢呋喃中，缓慢滴入装有20g的甲基丙烯酸羟乙酯、15.6g的三乙胺和200mL干燥的四氢呋喃的三口烧瓶中，反应体系保持在-20℃至-30℃之间，反应3小时，所得的粗产物用乙醚反复清洗，洗液经减压蒸馏除去乙醚，得到无色粘稠状液体即为2-(甲基丙烯酰氧)乙基-2-氧-1，3，2-二氧磷杂环戊烷。将2-(甲基丙烯酰氧)乙基-2-氧-1，3，2-二氧磷杂环戊烷和30mL经纯化的乙腈加入耐压瓶中，快速加入2mL的无水三甲胺，并立即封瓶，然后升温至60℃，反应16小时，再将反应体系温度降至-20℃进行结晶，即得到2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱。
所述的溶剂为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或以任意比混合的多种；
静电纺丝电压为5kV～30kV、喷丝头溶液流量为0.1mL/h～2.0mL/h、接收距离为5cm～25cm。将制得的膜放入真空烘箱中于60℃下干燥24h，即得到含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜载体材料，其中纤维直径在30～1000纳米之间。
本发明还提供了利用所述的制备方法制备的含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜，由直径为30～1000纳米的纤维汇集而成；所述的纤维为丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/丙烯酸或丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/甲基丙烯酸三元共聚物，共聚物粘均分子量(Mη)为5～30万；共聚物中2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱摩尔百分比含量为1～15％，丙烯酸(或甲基丙烯酸)摩尔百分比含量为1～15％。
所述的的共聚物的粘均分子量(Mη)是采用粘度法中的一点法测定；共聚物中2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱和丙烯酸的含量是采用氢谱(1H-NMR)进行计算；超细纤维膜纤维直径是采用扫描电镜分析进行测定；超细纤维膜上脂肪酶的载酶量是通过Bradford方法[Bradford M.AnalBiochem 1976，72：248.]检测并进行计算；固定化脂肪酶的活性和米氏常数是通过参照文献[Chiou SH，Wu WT.Biomaterials 2004，25：197.]的方法进行计算；固定化过氧化氢酶的活性是通过参照文献[
S，
Y，
S，Yavuz H，Denizli A，Arica MY，J Mol Catal B：Enzym.2001，15：197]的方法进行计算。
本发明还提供了所述的含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜上酶的固定化方法：
(1)将酶充分溶解于磷酸盐缓冲溶液中制成酶溶液；
(2)将含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜置于5～10g/L的1-乙基-3-(N，N-二甲基氨丙基)碳二亚胺(EDC)/N-羟基丁二酰亚胺(NHS)溶液中，25℃下振荡反应2～5小时进行活化。取出，用磷酸盐缓冲溶液润洗3次；
(3)将活化处理过的电纺膜浸入酶溶液中，于25℃下反应2～5小时，随后从溶液中取出超细纤维膜，重复清洗，即可得到含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜固定化酶；
将制得的固定化酶纤维膜浸入磷酸盐缓冲溶液，储存备用。
所述的酶为脂肪酶、蛋白酶、过氧化物酶、纤维素酶、漆酶、脱氢酶或氧化酶。
本发明的优点：
(1)含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜材料是基于对常规材料腈纶的磷脂化改性，材料来源充足，生产工艺简单，成本低廉，适于工业化生产；
(2)含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜的制备及其酶固定化工艺简单；
(3)含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜，具有高比表面积和高空隙率，有利于提高固定化酶的载酶量、消除酶催化反应时的扩散控制和提高固定化酶的催化效率；
(4)这种具有纳米或微米尺寸纤维膜酶固定化的载体，易于从反应体系中回收，可以重复使用，极大地提高酶的利用率和降低生产成本；
(5)含磷脂仿生基团的腈纶超细纤维膜，可以为其表面固定化酶蛋白提供友好仿生环境，有效地提高固定化酶生物活性和稳定性；
(6)含反应性基团超细纤维膜可以通过化学共价法现实酶的固定化，酶蛋白与载体通过共价键结合，不容易脱附。
具体实施方式
含反应性基团磷脂改性的腈纶超细纤维膜的制备
实施例1
将丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/丙烯酸三元共聚物(三元共聚物粘均分子量为5.0万，三元共聚物中2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱含量为1.8mol％，丙烯酸含量为2.1mol％，其余为丙烯腈)溶于二甲基甲酰胺中，三元共聚物在二甲基甲酰胺中的重量百分比浓度为4％，在60℃温度下机械搅拌，完全溶解后形成均相、透明、粘稠的溶液；脱泡并除去杂质，得到纺丝液，加入到进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为15厘米左右，喷丝头纺丝液流速为0.2mL/h，电压为10千伏，进行静电纺丝，得到直径为30～150纳米的含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜载体材料。
实施例2
将丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/甲基丙烯酸三元共聚物(三元共聚物粘均分子量为5.0万，三元共聚物中2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱含量为1.8mol％，甲基丙烯酸含量为2.1mol％，其余为丙烯腈)溶于二甲基甲酰胺中，三元共聚物在二甲基甲酰胺中的重量百分比浓度为5％，在60℃温度下机械搅拌，完全溶解后形成均相、透明、粘稠的溶液；脱泡并除去杂质，得到纺丝液，加入到进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为15厘米左右，喷丝头纺丝液流速为0.5mL/h，电压为10千伏，进行静电纺丝，得到直径为100～250纳米的含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜载体材料。
实施例3
将丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/甲基丙烯酸三元共聚物(三元共聚物粘均分子量为7.6万，三元共聚物中2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱含量为4.9mol％，甲基丙烯酸含量为4.3mol％，其余为丙烯腈)溶于二甲基甲酰胺中，三元共聚物在二甲基甲酰胺中的重量百分比浓度为4％，在60℃温度下机械搅拌，完全溶解后形成均相、透明、粘稠的溶液；脱泡并除去杂质，得到纺丝液，加入到进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为15厘米左右，喷丝头纺丝液流速为0.2mL/h，电压为10千伏，进行静电纺丝，得到直径为50～200纳米的含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜载体材料。
实施例4
将丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/丙烯酸三元共聚物(粘均分子量为7.6万，2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱含量为4.9mol％，丙烯酸含量为4.3mol％)溶于二甲基甲酰胺中，三元共聚物在二甲基甲酰胺中的重量百分比浓度为6％，在60℃温度下机械搅拌，完全溶解后形成均相、透明、粘稠的溶液；脱泡并除去杂质，得到纺丝液，加入到进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为15厘米左右，喷丝头纺丝液流速为0.5mL/h，电压为10千伏，进行静电纺丝，得到直径为150～300纳米的含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜载体材料。
实施例5
将丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/丙烯酸三元共聚物(粘均分子量为7.2万，2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱含量为9.0mol％，丙烯酸含量为6.1mol％)溶于二甲基甲酰胺中，三元共聚物在二甲基甲酰胺中的重量百分比浓度为10％，在60℃温度下机械搅拌，完全溶解后形成均相、透明、粘稠的溶液；脱泡并除去杂质，得到纺丝液，加入到进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为15厘米左右，喷丝头纺丝液流速为0.2mL/h，电压为10千伏，进行静电纺丝，得到直径为300～500纳米的含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜载体材料。
实施例6
将丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/甲基丙烯酸三元共聚物(粘均分子量为7.2万，2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱含量为9.0mol％，甲基丙烯酸含量为6.1mol％)溶于二甲基甲酰胺中，三元共聚物在二甲基甲酰胺中的重量百分比浓度为13％，在60℃温度下机械搅拌，完全溶解后形成均相、透明、粘稠的溶液；脱泡并除去杂质，得到纺丝液，加入到进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为15厘米左右，喷丝头纺丝液流速为1.0mL/h，电压为10千伏，进行静电纺丝，得到直径为500～800纳米的含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜载体材料。
实施例7
将丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/丙烯酸三元共聚物(粘均分子量为15.8万，2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱含量为1.9mol％，丙烯酸含量为2.2mol％)溶于二甲基甲酰胺中，三元共聚物在二甲基甲酰胺中的重量百分比浓度为6％，在60℃温度下机械搅拌，完全溶解后形成均相、透明、粘稠的溶液；脱泡并除去杂质，得到纺丝液，加入到进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为15厘米左右，喷丝头纺丝液流速为0.2mL/h，电压为10千伏，进行静电纺丝，得到直径为400～600纳米的含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜载体材料。
实施例8
将丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/丙烯酸三元共聚物(粘均分子量为15.8万，2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱含量为1.9mol％，丙烯酸含量为2.2mol％)溶于二甲基甲酰胺中，三元共聚物在二甲基甲酰胺中的重量百分比浓度为8％，在60℃温度下机械搅拌，完全溶解后形成均相、透明、粘稠的溶液；脱泡并除去杂质，得到纺丝液，加入到进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为15厘米左右，喷丝头纺丝液流速为0.5mL/h，电压为10千伏，进行静电纺丝，得到直径为600～800纳米的含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜载体材料。
实施例9
将丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/甲基丙烯酸三元共聚物(粘均分子量为17.0万，2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱含量为4.7mol％，甲基丙烯酸含量为4.1mol％)溶于二甲基甲酰胺中，三元共聚物在二甲基甲酰胺中的重量百分比浓度为4％，在60℃温度下机械搅拌，完全溶解后形成均相、透明、粘稠的溶液；脱泡并除去杂质，得到纺丝液，加入到进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为15厘米左右，喷丝头纺丝液流速为0.5mL/h，电压为10千伏，进行静电纺丝，得到直径为400～600纳米的含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜载体材料。
实施例10
将丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/丙烯酸三元共聚物(粘均分子量为17.0万，2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱含量为4.7mol％，丙烯酸含量为4.1mol％)溶于二甲基甲酰胺中，三元共聚物在二甲基甲酰胺中的重量百分比浓度为6％，在60℃温度下机械搅拌，完全溶解后形成均相、透明、粘稠的溶液；脱泡并除去杂质，得到纺丝液，加入到进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为15厘米左右，喷丝头纺丝液流速为1.0mL/h，电压为10千伏，进行静电纺丝，得到直径为600～1000纳米的含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜载体材料。
实施例11
将丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/丙烯酸三元共聚物(粘均分子量为28.5万，2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱含量为9.6mol％，丙烯酸含量为5.9mol％)溶于二甲基甲酰胺中，三元共聚物在二甲基甲酰胺中的重量百分比浓度为2％，在60℃温度下机械搅拌，完全溶解后形成均相、透明、粘稠的溶液；脱泡并除去杂质，得到纺丝液，加入到进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为15厘米左右，喷丝头纺丝液流速为0.5mL/h，电压为10千伏，进行静电纺丝，得到直径为400～600纳米的含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜载体材料。
实施例12
将丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/丙烯酸三元共聚物(粘均分子量为28.5万，2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱含量为9.6mol％，丙烯酸含量为5.9mol％)溶于二甲基甲酰胺中，三元共聚物在二甲基甲酰胺中的重量百分比浓度为3％，在60℃温度下机械搅拌，完全溶解后形成均相、透明、粘稠的溶液；脱泡并除去杂质，得到纺丝液，加入到进样器中，连接到喷丝头，将喷丝头与高压电源连接，喷丝头与接受物之间的距离为15厘米左右，喷丝头纺丝液流速为1.0mL/h，电压为10千伏，进行静电纺丝，得到直径为600～800纳米的含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜载体材料。
含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜作为酶固定化的载体，进行酶的固定化
将实施例1～12制备的含反应性基团磷脂改性腈纶物超细纤维膜固定化脂肪酶，将实施例1、6、9和12制备的含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜固定化过氧化氢酶，固定方法如下：
将5mg电纺膜置于5～10g/L的1-乙基-3-(N，N-二甲基氨丙基)碳二亚胺(EDC)/N-羟基丁二酰亚胺(NHS)溶液中，25℃下振荡反应2～5小时。取出，用磷酸缓冲溶液润洗3次。称取一定量脂肪酶或过氧化氢酶，用磷酸盐缓冲溶液溶解，配成8mg/mL的酶溶液。将活化处理过的电纺膜浸入5mL酶溶液中，于30℃下震荡反应2～5小时。从溶液中取出膜，用去离子水重复清洗，共清洗3～5次，即可得到含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜固定化酶。将制得的固定化酶膜浸入磷酸盐缓冲溶液中，于4℃下储存备用。
本发明实施例1～12制备的含反应性基团磷脂改性腈纶物超细纤维膜及其固定化脂肪酶各性能参数，如表1所示。
本发明实施例1、6、9和12制备的含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜及其固定化过氧化氢酶各性能参数，如表2所示。
表1.含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜及其固定化脂肪酶各性能参数
| 实施例 | 共聚物分子量×10<sup>-4</sup>g/mol | 磷脂含量(mol％) | 丙烯酸(甲基丙烯酸)含量(mol％) | 电纺纤维直径(nm) | 载酶量(mg/g) | 固定化酶比活性<sup>a</sup>(U/mg) | 固定化酶活性保留率(％) | 米氏常数K<sub>m</sub><sup>b</sup>(mM) |
| 1 | 5.0 | 1.8 | 2.1 | 30～150 | 22.0±1.1 | 22.1 | 52.6±0.8 | 0.75 |
| 2 | 5.0 | 1.8 | 2.1 | 100～250 | 20.2±0.9 | 21.6 | 51.4±0.7 | 0.82 |
| 3 | 7.6 | 4.9 | 4.3 | 50～200 | 24.2±0.7 | 30.7 | 72.9±0.8 | 0.74 |
| 4 | 7.6 | 4.9 | 4.3 | 150～300 | 22.9±1.2 | 31.1 | 73.8±0.6 | 0.83 |
| 5 | 7.2 | 9.0 | 6.1 | 300～500 | 19.1±1.4 | 33.0 | 78.5±0.9 | 0.86 |
| 6 | 7.2 | 9.0 | 6.1 | 500～800 | 18.2±0.6 | 32.2 | 76.4±0.7 | 0.90 |
| 7 | 15.8 | 1.9 | 2.2 | 400～600 | 17.0±1.2 | 29.7 | 67.9±0.9 | 0.92 |
| 8 | 15.8 | 1.9 | 2.2 | 600～800 | 16.9±1.1 | 27.3 | 66.8±0.6 | 0.96 |
| 9 | 17.0 | 4.7 | 4.1 | 400～600 | 17.6±0.7 | 30.0 | 71.3±0.8 | 0.97 |
| 10 | 17.0 | 4.7 | 4.1 | 600～1000 | 17.1±0.8 | 29.8 | 70.7±0.7 | 1.08 |
| 11 | 28.5 | 9.6 | 5.9 | 400～600 | 17.8±1.1 | 31.9 | 75.7±0.6 | 0.93 |
| 12 | 28.5 | 9.6 | 5.9 | 600～800 | 18.1±1.2 | 31.5 | 74.9±0.7 | 1.06 |
a.所用脂肪酶的比活性为42.1U/mg蛋白；
b.自由脂肪酶催化反应时的氏常数Km为0.44。
表2.含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜及其固定化过氧化氢酶各性能参数
| 实施例 | 共聚物分子量×10<sup>-4</sup>g/mol | 磷脂含量(mol％) | 丙烯酸(甲基丙烯酸)含量(mol％) | 电纺纤维直径(nm) | 载酶量(mg/g) | 固定化酶比活性<sup>a</sup>(μmolH<sub>2</sub>O<sub>2</sub>/mg.min) | 固定化酶活性保留率(％) |
| 1 | 5.0 | 1.8 | 2.1 | 30～150 | 22.0±0.9 | 888.05±113.4 | 36.11 |
| 6 | 7.2 | 9.0 | 6.1 | 500～800 | 18.2±1.0 | 1330.48±93.5 | 54.10 |
| 9 | 17.0 | 4.7 | 4.1 | 400～600 | 19.6±0.6 | 1173.09±129.8 | 47.70 |
| 12 | 28.5 | 9.6 | 5.9 | 600～800 | 17.2±1.1 | 1448.53±124.4 | 58.90 |
a.所用过氧化氢酶的比活性为2459.3(μmol H2O2/mg.min)
Claims (6)
1、一种反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将a、丙烯腈；b、2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱；c、丙烯酸或甲基丙烯酸；d、水；依次加入到反应釜中，其中三种单体摩尔比为：a∶b∶c＝6～8∶1～2∶1～2，水的用量为三种单体总质量的2～3倍；
氮气置换后，升温至40～80℃，加入引发剂，在氮气保护下反应2～6小时后，滤出沉淀物，并用去离子水和乙醇分别清洗，经去离子水抽提纯化、真空进行干燥得到丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/丙烯酸三元共聚物或丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/甲基丙烯酸三元共聚物；
所述的引发剂为(NH4)2S2O8和NaHSO3的混合物，其中(NH4)2S2O8和NaHSO3摩尔比为5∶1；
(2)将丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/丙烯酸或丙烯腈/2-甲基丙烯酰氧-乙基-磷脂酰胆碱/甲基丙烯酸三元共聚物溶于溶剂中制成均纺丝溶液进行静电纺丝成膜。
2、如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的溶剂为二甲基亚砜、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或以任意比混合的多种。
3、如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的静电纺丝电压为5kV～30kV、喷丝头溶液流量为0.1mL/h～2.0mL/h、接收距离为5cm～25cm。
4、如权利要求1所述的制备方法制备的反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜，其特征在于：其粘均分子量为5～30万。
5、如权利要求4所述的反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜上酶的固定化方法，包括如下步骤：
(1)将酶充分溶解于磷酸盐缓冲溶液中制成酶溶液；
(2)将反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜置于5～10g/L的1-乙基-3-(N，N-二甲基氨丙基)碳二亚胺/N-羟基丁二酰亚胺溶液中，25℃下振荡2～5小时进行活化反应，活化后取出，用磷酸盐缓冲溶液润洗；
(3)将活化处理过的反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜浸入步骤(1)的酶溶液中，于25℃反应2～5小时，随后从溶液中取出清洗，即可得到含反应性基团磷脂改性腈纶超细纤维膜固定化酶。
6、如权利要求5所述的固定化方法，其特征在于：步骤(1)所述的的酶为脂肪酶、蛋白酶、过氧化物酶、纤维素酶、漆酶、脱氢酶或氧化酶。
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| 聚丙烯腈电纺纤维材料的研究进展. 柯蓓蓓，万灵书，徐志康.材料科学与工程学报，第24卷第5期. 2006 |
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