CN104072663B - 一种表面褶皱单分散固定化酶载体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种表面褶皱单分散固定化酶载体的制备方法，利用种子乳液聚合过程制备得到了一种具有高比表面积、表面多褶皱、单分散的空心结构微球，且表面具有丰富的环氧基团，可用于酶的固定化。本发明制备的固定化酶载体的优点在于：1)以聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)为种子粒子，制备得到的固定化酶载体微球表面具有大量环氧基团，易于酶的固定化；2)制备的固定化酶载体表面多褶皱，且具有空心结构(如图2所示)，高比表面积更易于固定化酶。

Description

一种表面褶皱单分散固定化酶载体的制备方法

技术领域

本发明属于固定化酶载体的制备方法，具体涉及一种表面褶皱单分散固定化酶载体的制备方法。

背景技术

近年来，我国的医药中间体、精细化工产品、食品等行业发展迅速，在国民经济中发挥着越来越重要的作用。但这些行业生产技术水平相对较为落后，大多数产品采用工艺繁杂的化学法进行生产，存在收率低、生产成本高。与传统工艺相比，酶法合成工艺简单，成本低，且无需有机试剂及环境污染等问题，因此酶法合成工艺越来越受到国内外的高度重视。但是，游离酶直接用于催化过程对所处的环境十分敏感，在碱、酸、高温、有机溶剂中不稳定，容易丧失催化活性，对产物还会造成污染。将游离酶利用一定物理化学方法固定在载体上形成固定化酶，既克服了游离酶的不足，又在一定程度上保持了酶特有的生物催化特性，因而固定化酶将逐步取代游离酶，在生物医药、食品等领域得到广泛应用，并逐渐推广到精细化工品的生产中。

所谓酶的固定化，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载体相结合或被载体包埋于限定的空间，使其保持活性并可重复使用。而作为固定化酶的一部分，载体材料的结构和性能对固定化酶的各种性能都有着巨大的影响、因此，固定化酶载体一直是固定化酶研究的重点。迄今为止，随着研究的不断深入，固定化酶的载体材料已从最初的天然高分子材料发展到合成高分子材料、无机材料，以及现在的复合材料等。合成高分子载体材料由于表面亲疏水性可控、官能团可调且易于通过物理或化学的方法衍生、耐受化学物质及微生物等优点而成为优良的固定化酶载体。另外，和天然高分子材料相比，合成有机高分子凝胶载体还具有强度较大的优点。但是，目前固定化酶载体材料仍然存在着固定化效率不高，固定化酶易失活，难于工业化生产等问题，所以，制备出一种性能优异的固定化酶载体对固定化酶工业具有重要意义。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种表面褶皱单分散固定化酶载体的制备方法，通过种子乳液聚合制备得到高比表面积、高环氧基含量的单分散空心微球，易于对酶的固定化，且可规模化生产。

技术方案

一种表面褶皱单分散固定化酶载体的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、制备单分散聚甲基丙烯酸缩水甘油酯PGMA聚合物种子：配制质量分数为2～7％的聚乙烯吡咯烷酮醇/水溶液，再加入溶有引发剂的甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA，然后将体系升温至70～80℃，在100～300r/min机械搅拌下反应8～12h；将所得产物经乙醇、水各洗涤3次，干燥后得PGMA聚合物种子；

所述醇和水的体积比为2～10:1，

所述引发剂占GMA质量的0.5～1.5％；

所述GMA与醇/水溶液的体积比为1:3～7；

步骤2：将PGMA聚合物种子分散在质量分数为0.1％～0.5％的表面活性剂水溶液中，其中聚合物种子的质量分数为0.5～2％；然后加入助溶胀剂及苯乙烯单体，超声混合后得白色的聚合物种子乳液；其中助溶胀剂、苯乙烯单体与PGMA聚合物种子的质量比为0.5～1:0.5～5:1；

步骤3：将步骤2得到的聚合物种子乳液在20～40℃水浴中，搅拌溶胀不少于24h；

步骤4：再加入溶有引发剂的苯乙烯，升温至70℃～80℃，100～200r/min机械搅拌下反应8～12h；其中苯乙烯与PGMA聚合物种子的质量比为0.5～10:1，引发剂占苯乙烯的质量分数为0.5～1.0％；

步骤5：将步骤4的产物经乙醇、水各洗涤3次，干燥后得表面褶皱高比表面积固定化酶载体。

所述醇为甲醇、乙醇或异丙醇。

所述步骤1和步骤4中的引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异庚腈或偶氮二异丁腈。

所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠。

所述助溶胀剂为邻苯二甲酸二丁酯或1-氯代十二烷。

有益效果

本发明提出的一种表面褶皱单分散固定化酶载体的制备方法，利用种子乳液聚合过程制备得到了一种具有高比表面积、表面多褶皱、单分散的空心结构微球，且表面具有丰富的环氧基团，可用于酶的固定化。

本发明制备的固定化酶载体的优点在于：

1)以聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)为种子粒子，制备得到的固定化酶载体微球表面具有大量环氧基团，易于酶的固定化；

2)制备的固定化酶载体表面多褶皱，且具有空心结构(如图2所示)，高比表面积更易于固定化酶。

附图说明

图1：表面褶皱单分散固定化酶载体的制备流程图

图2：本发明制备的表面褶皱单分散固定化酶载体的SEM照片

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本实施例的技术方案如下：

步骤1：单分散聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)聚合物种子的制备：

配制质量分数为2～7％的聚乙烯吡咯烷酮醇/水溶液，其中醇和水的体积比为2～10:1，至于配有机械搅拌及冷凝装置的三口瓶中；向上述溶液中加入溶有引发剂的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，其中引发剂占GMA质量的0.5～1.5％，GMA与醇/水溶液的体积比为1:3～7；然后将体系升温至70～80℃，在100～300r/min机械搅拌下反应8～12h；将所得产物经乙醇、水各洗涤3次，干燥即得PGMA聚合物种子。

步骤2：将PGMA聚合物种子分散在质量分数为0.1％～0.5％的表面活性剂水溶液中，其中聚合物种子的质量分数为0.5～2％；然后加入助溶胀剂及苯乙烯单体，超声混合均匀，即得白色的聚合物种子乳液。其中助溶胀剂、苯乙烯单体与PGMA聚合物种子的质量比为0.5～1:0.5～5:1；

步骤3：将步骤2得到的聚合物种子乳液置于配有机械搅拌及冷凝装置的三口瓶中，在20～40℃水浴中，机械搅拌溶胀不少于24h。

步骤4：再向上述体系中加入溶有引发剂的苯乙烯，其中苯乙烯与PGMA聚合物种子的质量比为0.5～10:1，引发剂占苯乙烯的质量分数为0.5～1.0％；将体系升温至70℃～80℃，100～200r/min机械搅拌下反应8～12h；

步骤5：将上述产物经乙醇、水各洗涤3次，干燥，即得表面褶皱高比表面积固定化酶载体。

步骤1中所用的醇为甲醇、乙醇、异丙醇中的一种；

步骤1、4中引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈中的一种；

步骤2中的表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种；

步骤2中的助溶胀剂为邻苯二甲酸二丁酯、1-氯代十二烷中的一种。

具体实施例如下：

实例1：

(1)单分散聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)聚合物种子的制备：

取6g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于120乙醇与30mL水组成的150mL混合溶液中，置于配有机械搅拌及冷凝装置的三口瓶中，超声溶解；再向其中加入0.2g偶氮二异丁腈及20g甲基丙烯酸缩水甘油酯；然后将体系升温至80℃，在200r/min机械搅拌下反应12h；将所得产物经乙醇、水各洗涤3次，冷冻干燥，即得PGMA聚合物种子。

(2)表面多褶皱高比表面积固定化酶载体的制备

将0.5gPGMA聚合物种子分散在100mL质量分数为0.1％的十二烷基苯磺酸钠表面活性剂水溶液中；然后加入0.5g邻苯二甲酸二丁酯及0.5g苯乙烯单体，超声混合均匀，即得白色的聚合物种子乳液。将得到的聚合物种子乳液置于配有机械搅拌及冷凝装置的三口瓶中，在40℃水浴中，磁力搅拌溶胀32h。再向上述体系中加入溶有0.03g过氧化苯甲酰的苯乙烯1g；将体系升温至70℃，100r/min机械搅拌下反应8h；将上述产物经乙醇、水各洗涤3次，干燥，即得表面多褶皱高比表面积固定化酶载体。

实例2：

(1)单分散聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)聚合物种子的制备：

取5g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于130mL甲醇与20mL水组成的150mL混合溶液中，置于配有机械搅拌及冷凝装置的三口瓶中，超声溶解；再向其中加入0.2g偶氮二异丁腈及25g甲基丙烯酸缩水甘油酯；然后将体系升温至70℃，在100r/min机械搅拌下反应8h；将所得产物经乙醇、水各洗涤3次，冷冻干燥，即得PGMA聚合物种子。

(2)表面多褶皱高比表面积固定化酶载体的制备

将1gPGMA聚合物种子分散在100mL质量分数为0.15％的十二烷基磺酸钠表面活性剂水溶液中；然后加入0.5g1-氯代十二烷及1.5g苯乙烯单体，超声混合均匀，即得白色的聚合物种子乳液。将得到的聚合物种子乳液置于配有机械搅拌及冷凝装置的三口瓶中，在30℃水浴中，磁力搅拌溶胀40h。再向上述体系中加入溶有0.05g偶氮二异庚腈的苯乙烯1g；将体系升温至75℃，200r/min机械搅拌下反应8h；将上述产物经乙醇、水各洗涤3次，干燥，即得表面多褶皱高比表面积固定化酶载体。

实例3：

(1)单分散聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)聚合物种子的制备：

取6g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于135mL异丙醇与15mL水组成的150mL混合溶液中，置于配有机械搅拌及冷凝装置的三口瓶中，超声溶解；再向其中加入0.2g偶氮二异丁腈及30g甲基丙烯酸缩水甘油酯；然后将体系升温至80℃，在150r/min机械搅拌下反应10h；将所得产物经乙醇、水各洗涤3次，冷冻干燥，即得PGMA聚合物种子。

(2)表面多褶皱高比表面积固定化酶载体的制备

将1.5gPGMA聚合物种子分散在100mL质量分数为0.2％的十二烷基硫酸钠表面活性剂水溶液中；然后加入1.5g助溶胀剂及1g苯乙烯单体，超声混合均匀，即得白色的聚合物种子乳液。将得到的聚合物种子乳液置于配有机械搅拌及冷凝装置的三口瓶中，在40℃水浴中，磁力搅拌溶胀34h。再向上述体系中加入溶有0.06g偶氮二异丁腈的苯乙烯0.8g；将体系升温至80℃，150r/min机械搅拌下反应12h；将上述产物经乙醇、水各洗涤3次，干燥，即得表面多褶皱高比表面积固定化酶载体。

实例4：

(1)单分散聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)聚合物种子的制备：

取5g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于125mL乙醇与25mL水组成的150mL混合溶液中，置于配有机械搅拌及冷凝装置的三口瓶中，超声溶解；再向其中加入0.3g偶氮二异丁腈及25g甲基丙烯酸缩水甘油酯；然后将体系升温至75℃，在200r/min机械搅拌下反应10h；将所得产物经乙醇、水各洗涤3次，冷冻干燥，即得PGMA聚合物种子。

(2)表面多褶皱高比表面积固定化酶载体的制备

将0.5gPGMA聚合物种子分散在100mL质量分数为0.3％的十二烷基磺酸钠表面活性剂水溶液中；然后加入0.3g邻苯二甲酸二丁酯及1.5g苯乙烯单体，超声混合均匀，即得白色的聚合物种子乳液。将得到的聚合物种子乳液置于配有机械搅拌及冷凝装置的三口瓶中，在30℃水浴中，磁力搅拌溶胀38h。再向上述体系中加入溶有0.09g偶氮二异庚腈的苯乙烯1g；将体系升温至80℃，100r/min机械搅拌下反应9h；将上述产物经乙醇、水各洗涤3次，干燥，即得表面多褶皱高比表面积固定化酶载体。

Claims (3)

1.一种表面褶皱单分散固定化酶载体的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、制备单分散聚甲基丙烯酸缩水甘油酯PGMA聚合物种子：配制质量分数为2～7％的聚乙烯吡咯烷酮醇/水溶液，再加入溶有引发剂的甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA，然后将体系升温至70～80℃，在100～300r/min机械搅拌下反应8～12h；将所得产物经乙醇、水各洗涤3次，干燥后得PGMA聚合物种子；

所述醇和水的体积比为2～10:1，

所述引发剂占GMA质量的0.5～1.5％；

所述GMA与醇/水溶液的体积比为1:3～7；

步骤2：将PGMA聚合物种子分散在质量分数为0.1％～0.5％的表面活性剂水溶液中，其中聚合物种子的质量分数为0.5～2％；然后加入助溶胀剂及苯乙烯单体，超声混合后得白色的聚合物种子乳液；其中助溶胀剂、苯乙烯单体与PGMA聚合物种子的质量比为0.5～1:0.5～5:1；

步骤3：将步骤2得到的聚合物种子乳液在20～40℃水浴中，搅拌溶胀不少于24h；

步骤4：再加入溶有引发剂的苯乙烯，升温至70℃～80℃，100～200r/min机械搅拌下反应8～12h；其中苯乙烯与PGMA聚合物种子的质量比为0.5～10:1，引发剂占苯乙烯的质量分数为0.5～1.0％；

步骤5：将步骤4的产物经乙醇、水各洗涤3次，干燥后得表面褶皱高比表面积固定化酶载体；

所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠；

所述助溶胀剂为邻苯二甲酸二丁酯或1-氯代十二烷。

2.根据权利要求1所述表面褶皱单分散固定化酶载体的制备方法，其特征在于：所述醇为甲醇、乙醇或异丙醇。

3.根据权利要求1所述表面褶皱单分散固定化酶载体的制备方法，其特征在于：所述步骤1和步骤4中的引发剂为过氧化苯甲酰、偶氮二异庚腈或偶氮二异丁腈。