CN107698773B - 一种磁性树枝状聚合物复合纳米粒子及其制备方法和应用 - Google Patents

一种磁性树枝状聚合物复合纳米粒子及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN107698773B
CN107698773B CN201710831037.2A CN201710831037A CN107698773B CN 107698773 B CN107698773 B CN 107698773B CN 201710831037 A CN201710831037 A CN 201710831037A CN 107698773 B CN107698773 B CN 107698773B
Authority
CN
China
Prior art keywords
product
amino
magnetic
cellulase
stirring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710831037.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107698773A (zh
Inventor
王赟
韩娟
李春梅
戎军辉
唐旭
倪良
李程
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201710831037.2A priority Critical patent/CN107698773B/zh
Publication of CN107698773A publication Critical patent/CN107698773A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107698773B publication Critical patent/CN107698773B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G83/00—Macromolecular compounds not provided for in groups C08G2/00 - C08G81/00
    • C08G83/001—Macromolecular compounds containing organic and inorganic sequences, e.g. organic polymers grafted onto silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/02—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
    • C12N11/08—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a synthetic polymer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/14—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an inorganic carrier
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14—Hydrolases (3)
    • C12N9/24—Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2)
    • C12N9/2402—Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2) hydrolysing O- and S- glycosyl compounds (3.2.1)
    • C12N9/2405—Glucanases
    • C12N9/2434—Glucanases acting on beta-1,4-glucosidic bonds
    • C12N9/2437—Cellulases (3.2.1.4; 3.2.1.74; 3.2.1.91; 3.2.1.150)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)

Abstract

本发明涉及一种磁性树枝状聚合物复合磁性纳米粒子及其制备方法和应用，属于化学材料制备技术领域；本发明将氨基修饰化的四氧化三铁纳米粒子加入到戊二醛和无水甲醇混合溶液中机械搅拌一段时间后抽滤，得到的产物用无水甲醇洗涤后进行离心，沉淀物转移到含有无水甲醇的单口烧瓶中，向形成黑色的悬浮液加入四臂聚乙二醇氨基；水浴并机械搅拌，搅拌期间分段加入等量的氰基硼氢化钠；搅拌结束后，用磁铁将产物分离出来，用无水乙醇和去离子水洗涤后离心并放置真空干燥箱中真空干燥；并将其用于纤维素酶的固定化；本发明合成的磁性氧化石墨烯复合材料具有超顺磁性能，对纤维素酶的固定化可以提高其酶活及贮藏稳定性，实现对纤维素酶的重复使用。

Description

一种磁性树枝状聚合物复合纳米粒子及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种磁性树枝状聚合物复合磁性纳米粒子及其制备方法和应用，具体涉及一种磁性树枝状聚合物复合磁性纳米粒子Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2合成及其在固定化纤维素酶的制备及应用，属于化学材料制备技术领域。
背景技术
纤维素，最丰富的可再生和可生物降解的大分子聚合物，是很有前途的原料生产的化学品，其已被广泛应用到各个行业中。纤维素的价值主要在于其可以被化学转化成一些衍生物。薄膜以及各种纤维素衍生物产品的原料被用于食品、印刷、化妆品、石油钻井、纺织、制药等行业和家庭生活的许多行业。纤维素来源非常广泛，如植物、微生物和动物。这些包括植物的种子纤维（棉）、木纤维（硬木和软木），韧皮纤维（亚麻、大麻、黄麻、苎麻）、草（蔗渣、竹）、藻类（紫萼），和细菌（醋酸酐菌属，木醋杆菌）。虽然有如此多的纤维素来源，但是人们对于这种生物质资源的利用不是很高，在许多发展中国家大约都是燃烧的形式用来煮饭或是取暖，这极大的浪费资源又破坏了环境，对人们的身体造成了危害
纤维素酶可以将纤维素分解成寡糖，例如葡萄糖和纤维二糖。因此，纤维素酶对推动纤维素的利用有着巨大的潜力。然而，现在还有一些技术难题没有解决，比如纤维素酶的活性低，容易失活，稳定性差等。较低的纤维素酶活制约了纤维素资源的利用。因此，最好的解决方法就是通过固定化酶技术将纤维素酶固定化。
磁性纳米粒子不仅具有比表面积高、稳定性强、生物相容性好、对环境友好等优势，而且作为一种固定化酶载体能实现磁性分离与循环利用，因此其在固定化酶的应用中发挥着重要的作用。然而，单纯的磁性材料在固定化酶的应用中出现固载能力低、循环利用效果差、以及材料稳定性差等突出问题，使其在固定化酶的应用中受到了相当程度的限制。目前，随着材料制备技术的快速发展，通过磁性材料表功功能化修饰，使其提高功能活性以及稳定性，是有效解决单纯磁性材料的重要手段。树枝状聚合物因其具有高溶解性和低粘度、且其结构上具有大量的氨基、羧基、羟基等官能团，同时其分子尺寸可以调节在纳米尺度等优势，目前已成功应用在生物、医药和催化等相关领域。基于此，将树枝状聚合物修饰在磁性纳米材料上，通过聚合物上大量的氨基或羧基基团，可以有效提高磁性载体固定化酶的固载量，同时增加载体的水溶性，使其进一步增强固定化酶的催化效果。
本发明设计合成了一个新型催化体系，将一种四臂型聚乙二醇树枝状聚合物修饰在四氧化三铁磁性纳米粒子上，构建一种新型聚合物复合磁性纳米材料，并将其应用在纤维素酶的固定化中。在热稳定性、pH稳定性、操作稳定性、贮藏稳定性这几个方面，固定化纤维素酶比游离酶的好。固定化酶的催化效果比游离酶有大幅度的提高。
发明内容
本发明的主要目的是克服现有技术中存在的缺陷，提供一种新型催化体系及其合成方法，并将该磁性材料应用于固定纤维素酶。
本发明采取的技术手段如下：
本发明首先提供一种新型的磁性树枝状聚合物复合纳米粒子，即复合材料氨基修饰的四氧化三铁复合四臂聚乙二醇氨基Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2。
本发明还提供一种新型的磁性复合材料Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）氨基修饰化的四氧化三铁纳米粒子Fe3O4-NH2的合成：
将FeCl3•6H2O超声溶解在乙二醇溶液中，置于水浴锅并打开磁力搅拌，加入醋酸钠继续搅拌30 min。将溶液倒入烧杯中，加入1,6-乙二胺并搅拌。将得到的红色溶液倒入聚四氟乙烯衬里的高压反应釜中，拧紧后放入到高温烘箱中，高温反应一段时间后取出。待反应釜冷却后将聚四氟乙烯衬里拿出来，把产物转移到烧杯里。接着用布氏漏斗进行抽滤得到黑色颗粒状的粒子，用无水乙醇进行洗涤，再用去离子水进行清洗，最后用离心机进行固液分离，倒出上清液后得到的黑色产物放到蒸发皿中，接着放到真空干燥箱中干燥，得到黑色产物。
其中，所述的FeCl3•6H2O与1,6-乙二胺用量比例为1 - 5 g：6 - 30 g；
所述的醋酸钠的量为2 - 6 g
所述的乙二醇的量为30 -150 mL；
磁力搅拌器的转速为500 - 1000 r/min；
放置反应釜的高温烘箱的温度为160 - 250 ℃；
放置反应釜的高温烘箱的时间为3 - 12h。
（2）氨基修饰的四氧化三铁复合四臂聚乙二醇氨基Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2的合成：
取一定体积的戊二醛和无水甲醇转移到烧瓶中混合，将一定量的氨基修饰化的四氧化三铁纳米粒子缓慢的加入到混合溶液中，将烧瓶固定在水浴锅中机械搅拌一段时间，将单口烧瓶中的混合液倒入烧杯中抽滤，得到的产物用无水甲醇洗涤后进行离心，离心结束后将上清液倒出，沉淀物转移到含有无水甲醇的单口烧瓶中，形成黑色的悬浮液；向悬浮液中加入四臂聚乙二醇氨基，将烧瓶固定在水浴锅上，机械搅拌12h，在搅拌期间称取4份一样的1%（w/w）氰基硼氢化钠溶液，每隔4 h将一份氰基硼氢化钠的加入到烧瓶中；搅拌结束后，用磁铁将产物吸出来，转移到烧杯中，用无水乙醇进行洗涤，再用去离子水洗涤后离心，弃尽上清，将沉淀物转移到蒸发皿中，放到真空干燥箱中真空干燥。
其中，所述戊二醛与无水甲醇用量比例为1 - 5 mL：19 - 95 mL；
所述四氧化三铁纳米粒子的用量为0.1 g - 0.5 g；
所述第一次水浴锅中机械搅拌的时长为6 - 20 h；
所述悬浮沉淀物的无水甲醇的量为20 - 90 mL；
所述第二次水浴锅中机械搅拌的时长为12 h；
所述每份1%（w/w）氰基硼氢化钠量为50 mg - 300 mg；
四臂聚乙二醇氨基的用量为0.1 - 1.5 g。
本发明还提供该新型磁性复合材料Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2 用于纤维素酶的固定化的应用。
称取一定量固定化载体材料Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2并加入到含有纤维素酶的柠檬酸缓冲液（pH=5.5）中，并用柠檬酸缓冲液定容至10 mL，接着将上述混合体系置于恒温震荡箱中震荡一段时间后取出，磁性分离固定化纤维素酶，将剩余液倒出，然后再用柠檬酸缓冲液清洗数次，得到最终的固定化纤维素酶产物。
其中，所述Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2与纤维素酶的的用量比例为2 - 8 mg：1 - 4mg；
恒温振荡箱的温度为20 - 50 ℃
振荡时间为0.5- 3 h。
本发明具有如下优点：
（1）本发明所设计合成的具有多臂结构的磁性纳米粒子是将树枝状聚合物四臂聚乙二醇氨基修饰在磁性纳米材料上，通过聚合物上大量的氨基或羧基基团，与其他载体材料对比，可以有效提高磁性载体固定化酶的固载量，同时增加载体的水溶性，使其进一步增强固定化酶的催化效果。并且具有顺磁性，在固定化酶的应用中能够很容易通过外加磁场分离出来。
（2）与其他载体材料相比，本发明中多臂结构的磁性纳米粒子Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2具有合成步骤少，操作简单。只需要两步即可合成目的材料且无毒无害，生物相容性优异。在40 ℃，4 mg的供酶量和孵育2 h的固定条件下，固载量和比活力实现最优值分别为132 mg/g, 36 U/mg。
（3）本发明中固定化纤维素酶与现有的纤维素酶固定化技术对比，具有更好的稳定性。贮存20天后，固定化纤维素酶的相对酶活为55.6%，远远高于游离的纤维素酶。6次催化反应后，剩余相对酶活为52.3%。游离酶在40℃下孵育120 min后活性降低到初始活性的一半，而固定化酶在40℃，3 h以内都能保持较高的活性。相比游离酶，固定化纤维素酶对催化环境的条件耐受性略有增强。温度稳定性，贮存稳定性和操作稳定性都有所提升。
附图说明
图1为按实施例2和实施例4制得的（a）Fe3O4-NH2、（b）Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2的红外谱图。
图2为按实施例2和实施例4制得的（a）Fe3O4-NH2、（b）Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2的TEM图。
图3为按实施例2和实施例4制得（a）Fe3O4-NH2、（b）Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2的VSM图。
图4为按实施例8制得的Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2固定化纤维素酶和游离纤维素酶的pH稳定性图。
图5为按实施例8制得的Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2 固定化纤维素酶和游离纤维素酶的贮藏稳定性图。
图6为按实施例8制得的Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2 固定化纤维素酶的操作稳定性图。
图7为按实施例8制得的Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2 固定化纤维素酶和游离纤维素酶的热稳定性图。
具体实施方式：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图说明对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：氨基修饰化的四氧化三铁纳米粒子Fe3O4-NH2的合成
将1 g FeCl3•6H2O超声溶解在30 mL乙二醇溶液中，置于水浴锅并打开磁力搅拌，加入2 g醋酸钠继续500 r/min搅拌30 min。将溶液倒入烧杯中，加入6.5 g 1,6-乙二胺并搅拌。将得到的红色溶液倒入聚四氟乙烯衬里的高压反应釜中，拧紧后放入到160 ℃高温烘箱中，高温反应3 h后取出。待反应釜冷却后将聚四氟乙烯衬里拿出来，把产物转移到烧杯里。接着用布氏漏斗进行抽滤得到黑色颗粒状的粒子，用无水乙醇进行洗涤，再用去离子水进行清洗，最后用离心机进行固液分离，倒出上清液后得到的黑色产物放到蒸发皿中，接着放到到真空干燥箱中干燥，得到黑色产物。
实施例2：氨基修饰化的四氧化三铁纳米粒子Fe3O4-NH2的合成
将2 g FeCl3•6H2O超声溶解在60 mL乙二醇溶液中，置于水浴锅并打开磁力搅拌，加入4 g醋酸钠继续800 r/min搅拌30 min。将溶液倒入烧杯中，加入13 g 1,6-乙二胺并搅拌。将得到的红色溶液倒入聚四氟乙烯衬里的高压反应釜中，拧紧后放入到198 ℃高温烘箱中，高温反应6 h后取出。待反应釜冷却后将聚四氟乙烯衬里拿出来，把产物转移到烧杯里。接着用布氏漏斗进行抽滤得到黑色颗粒状的粒子，用无水乙醇进行洗涤，再用去离子水进行清洗，最后用离心机进行固液分离，倒出上清液后得到的黑色产物放到蒸发皿中，接着放到到真空干燥箱中干燥，得到黑色产物。
实施例3：氨基修饰化的四氧化三铁纳米粒子Fe3O4-NH2的合成
将5 g FeCl3•6H2O超声溶解在150 mL乙二醇溶液中，置于水浴锅并打开磁力搅拌，加入6 g醋酸钠继续1000 r/min搅拌30 min。将溶液倒入烧杯中，加入30 g 1,6-乙二胺并搅拌。将得到的红色溶液倒入聚四氟乙烯衬里的高压反应釜中，拧紧后放入到250 ℃高温烘箱中，高温反应12 h后取出。待反应釜冷却后将聚四氟乙烯衬里拿出来，把产物转移到烧杯里。接着用布氏漏斗进行抽滤得到黑色颗粒状的粒子，用无水乙醇进行洗涤，再用去离子水进行清洗，最后用离心机进行固液分离，倒出上清液后得到的黑色产物放到蒸发皿中，接着放到到真空干燥箱中干燥，得到黑色产物。
实施例4：氨基修饰的四氧化三铁复合四臂聚乙二醇氨基Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2的合成
取2mL的戊二醛和38 mL无水甲醇转移到烧瓶中混合。将0.2 g氨基修饰化的四氧化三铁纳米粒缓慢的加入到混合溶液中。将烧瓶固定在水浴锅中机械搅拌12 h，将单口烧瓶中的混合液倒入烧杯中抽滤，得到的产物用无水甲醇洗涤后进行离心，离心结束后将上清液倒出，沉淀物转移到含有30 mL 无水甲醇的单口烧瓶中，形成黑色的悬浮液。向悬浮液中加入0.5 g 四臂聚乙二醇氨基，将烧瓶固定在水浴锅上，机械搅拌12h（在这期间配制4份一样的100 mg 的1%（w/w）氰基硼氢化钠溶液，每隔4 h将一份氰基硼氢化钠溶液加入到烧瓶中）。搅拌结束后，用磁铁将产物吸出来，转移到烧杯中，用无水乙醇进行洗涤，再用去离子水洗涤后离心，弃尽上清，将沉淀物转移到蒸发皿中，放到真空干燥箱中真空干燥。
实施例5：氨基修饰的四氧化三铁复合四臂聚乙二醇氨基Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2的合成
取1 mL的戊二醛和19 mL无水甲醇转移到烧瓶中混合。将0.1 g氨基修饰化的四氧化三铁纳米粒缓慢的加入到混合溶液中。将烧瓶固定在水浴锅中机械搅拌6 h，将单口烧瓶中的混合液倒入烧杯中抽滤，得到的产物用无水甲醇洗涤后进行离心，离心结束后将上清液倒出，沉淀物转移到含有20 mL 无水甲醇的单口烧瓶中，形成黑色的悬浮液。向悬浮液中加入1.5 g 四臂聚乙二醇氨基，将烧瓶固定在水浴锅上，机械搅拌12h（在这期间配制4份一样的50 mg 的1%（w/w）氰基硼氢化钠溶液，每隔4 h将一份氰基硼氢化钠溶液加入到烧瓶中）。搅拌结束后，用磁铁将产物吸出来，转移到烧杯中，用无水乙醇进行洗涤，再用去离子水洗涤后离心，弃尽上清，将沉淀物转移到蒸发皿中，放到真空干燥箱中真空干燥。
实施例6：氨基修饰的四氧化三铁复合四臂聚乙二醇氨基Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2的合成
取5 mL的戊二醛和95 mL无水甲醇转移到烧瓶中混合。将0.5 g氨基修饰化的四氧化三铁纳米粒缓慢的加入到混合溶液中。将烧瓶固定在水浴锅中机械搅拌20 h，将单口烧瓶中的混合液倒入烧杯中抽滤，得到的产物用无水甲醇洗涤后进行离心，离心结束后将上清液倒出，沉淀物转移到含有90 mL 无水甲醇的单口烧瓶中，形成黑色的悬浮液。向悬浮液中加入1.5 g 四臂聚乙二醇氨基，将烧瓶固定在水浴锅上，机械搅拌12h（在这期间配制4份一样的300 mg 的1%（w/w）氰基硼氢化钠溶液，每隔4 h将一份氰基硼氢化钠溶液加入到烧瓶中）。搅拌结束后，用磁铁将产物吸出来，转移到烧杯中，用无水乙醇进行洗涤，再用去离子水洗涤后离心，弃尽上清，将沉淀物转移到蒸发皿中，放到真空干燥箱中真空干燥。
图1是按实施例2和实施例4制得的（a）Fe3O4-NH2、（b）Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2的红外谱图。从图中（a）Fe3O4-NH2的红外谱图中可以看出3450 cm-1处吸收峰是的O-H伸缩振动峰，主要也是分子间的氢键导致形成的，在1650 cm-1处的吸收峰对应的是NH（空间结构形状大概成剪式）伸缩振动，说明氨基已被修饰在磁性纳米粒子表面。在1300 cm-1处的吸收峰是由于C-N的作用形成的，最后在541 cm-1处对应的是Fe3O4伸缩振动峰。（b）是Fe3O4-NH2@10K-4arm-PEG-NH2红外谱图，3415 cm-1处吸收峰是的O-H伸缩振动峰，主要也是分子间的氢键导致形成的，2850 cm-1处吸收峰是对应的是加入戊二醛交联剂以后载体上的醛基伸缩振动峰，在1650 cm-1处的吸收峰对应的是NH（空间结构形状大概成剪式）伸缩振动，说明氨基已被修饰在磁性纳米粒子表面。在1300 cm-1处的吸收峰是由于C-N的作用形成的，650 cm-1处对应的是O-H作用的伸缩振动峰，最后在541 cm-1处对应的是Fe3O4伸缩振动峰。发现相比较（a），在2850 cm-1和650 cm-1多出两个峰，说明四臂聚乙二醇氨基被修饰在磁性纳米粒子的表面。
图2是按实施例2和实施例4制得的（a）Fe3O4-NH2、（b）Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2的TEM图。从图中（a）可以看出Fe3O4-NH2磁性纳米粒子分布均匀；从图中（b）可以看出有一层糊状物覆盖在四氧化三铁纳米粒子的表面，覆盖均匀，这层糊状物就是四臂聚乙二醇聚合物，说明四臂聚乙二醇聚合物已经成功修饰在磁性四氧化三铁纳米粒子表面。
图3是按实施例2和实施例4制得（a）Fe3O4-NH2、（b）Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2的VSM图。由图可以看出，合成的两种磁性材料都具有顺磁性。其中（b）曲线是没有复合四臂聚乙二醇氨基，其Mr为45 emu/g，而（a）曲线是复合四臂聚乙二醇氨基，其Mr为33 emu/g。这说明在Fe3O4-NH2的基础上复合四臂聚乙二醇氨基会使磁性强度变弱，但是即使是减弱的也不影响其磁性回收，图中照片可以明显看出，载体材料全部被吸附在一边。
实施例7：Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2固定化纤维素酶的制备
称取固定化载体材料Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2 8 mg并加入到含有4 mg纤维素酶的柠檬酸缓冲液（pH=5.5）中，并用柠檬酸缓冲液定容至10 mL，接着将上述混合体系置于50℃恒温震荡箱中震荡30 min后取出，磁性分离固定化纤维素酶，将剩余液倒出，然后再用柠檬酸缓冲液清洗数次，得到最终的固定化纤维素酶产物。测量固定化前后上清溶液中纤维素酶的变化。得到固载量和比活力分别为110 mg/g, 30U/mg。
实施例8：Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2固定化纤维素酶的制备
称取固定化载体材料Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2 4 mg并加入到含有2 mg纤维素酶的柠檬酸缓冲液（pH=5.5）中，并用柠檬酸缓冲液定容至10 mL，接着将上述混合体系置于40℃恒温震荡箱中震荡2 h后取出，磁性分离固定化纤维素酶，将剩余液倒出，然后再用柠檬酸缓冲液清洗数次，得到最终的固定化纤维素酶产物。测量固定化前后上清溶液中纤维素酶的变化。得到固载量和比活力分别为132 mg/g, 36 U/mg。
实施例9：Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2固定化纤维素酶的制备
称取固定化载体材料Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2 2 mg并加入到含有1 mg纤维素酶的柠檬酸缓冲液（pH=5.5）中，并用柠檬酸缓冲液定容至10 mL，接着将上述混合体系置于20℃恒温震荡箱中震荡3 h后取出，磁性分离固定化纤维素酶，将剩余液倒出，然后再用柠檬酸缓冲液清洗数次，得到最终的固定化纤维素酶产物。测量固定化前后上清溶液中纤维素酶的变化。得到固载量和比活力分别为90 mg/g, 24 U/mg。
图4是按实施例8制得的Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2固定化纤维素酶和游离纤维素酶的pH稳定性图。从图中可以看出，在pH=3时固定化酶的相对活力为78%，要比游离酶的相对活力高20%，同时在pH=7时固定化酶的相对活力为52%，要比游离酶的相对活力高25%，这就表明了，当游离酶被固定在载体上以后，纤维素酶的耐受性有所提高，pH耐受范围变宽了，也就是稳定性固定化酶的比游离酶的高。
图5是按实施例8制得的Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2固定化纤维素酶和游离纤维素酶的贮藏稳定性图。可以看出，游离纤维素酶的活力在14天以后降到原来活力的50%，固定化纤维素酶在14天以后，酶的活力降至为原来的65%，等到将近一个月的时候，游离纤维素酶的活力则基本没有了，而此时的固定化纤维素酶的活力降为原来的46%，从上述可以知到，室温条件下游离纤维素酶很容易失活。但是固定化纤维素酶可以在相同的条件下长时间保持较高的活力。
图6是按实施例8制得的Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2固定化纤维素酶的操作稳定性图。由图可知，合成得到的固定化纤维素酶，在经过多次催化利用后固定化酶的活力下降缓慢。重复利用7次后，固定化纤维素酶的活力基本降到初始活力的一半。发现相比较游离酶，固定化酶可以多次使用，并且其操作稳定性比较好，所以这也使得其在工业生产应用中具有很大的优势。
图7是按实施例8制得的Fe3O4-NH2@4arm-PEG-NH2固定化纤维素酶和游离纤维素酶的热稳定性图。从图中可以看出,固定化酶的热稳定性明显比游离酶好。游离酶的活性在120 min时降低到初始活性的一半。而固定化酶在3 h以内都能保持较高的活性。固定化酶热稳定性明显增强。原因主要有几个方面：（1）在加热的条件下，游离酶会变性，同时就会造成酶的失活；而通过共价键结合的方式,则使固定化上的酶分子受到了载体上的颗粒的保护。（2）在一定程度上使得高温对酶蛋白的影响降到最低，保护了酶蛋白的活性，同时也提高了固定化酶的热稳定性。

Claims (5)

1.一种磁性树枝状聚合物复合纳米粒子，其特征在于，所述复合纳米粒子为氨基修饰的四氧化三铁复合四臂聚乙二醇氨基Fe3O4-NH2@4-arm-PEG-NH2；所述复合纳米粒子由糊状物四臂聚乙二醇聚合物均匀覆盖在四氧化三铁纳米粒子的表面形成；所述磁性树枝状聚合物复合纳米粒子通过如下方法制备而成：
（1）合成氨基修饰的四氧化三铁纳米粒子Fe3O4-NH2：
（2）合成氨基修饰的四氧化三铁复合四臂聚乙二醇氨基Fe3O4-NH2@4-arm-PEG-NH2：
取1 - 5 mL戊二醛和19 - 95 mL无水甲醇转移到烧瓶中混合，将一定量的氨基修饰的四氧化三铁纳米粒子缓慢的加入到混合溶液中，将烧瓶固定在水浴锅中机械搅拌一段时间，将单口烧瓶中的混合液倒入烧杯中抽滤，得到的产物用无水甲醇洗涤后进行离心，离心结束后将上清液倒出，沉淀物转移到含有无水甲醇的单口烧瓶中，形成黑色的悬浮液；向悬浮液中加入四臂聚乙二醇氨基，将烧瓶固定在水浴锅上，机械搅拌一段时间，在搅拌期间称取4份一样的1%质量分数氰基硼氢化钠溶液，每隔4h将一份氰基硼氢化钠的加入到烧瓶中；搅拌结束后，用磁铁将产物吸出来，转移到烧杯中，用无水乙醇进行洗涤，再用去离子水洗涤后离心，弃尽上清，将沉淀物转移到蒸发皿中，放到真空干燥箱中真空干燥；
所述氨基修饰的四氧化三铁纳米粒子的用量为0.1 g - 0.5 g；
所述四臂聚乙二醇氨基的用量为0.1 - 1.5 g；
所述每份1%质量分数氰基硼氢化钠量为50 mg - 300 mg。
2.根据权利要求1所述的磁性树枝状聚合物复合纳米粒子，其特征在于，步骤（2）中第一次水浴锅中机械搅拌的时长为6 - 20 h。
3.根据权利要求1所述的磁性树枝状聚合物复合纳米粒子，其特征在于，步骤（2）中沉淀物转移到含有20 - 90 mL无水甲醇的单口烧瓶中。
4.根据权利要求1所述的磁性树枝状聚合物复合纳米粒子，其特征在于，步骤（2）中第二次水浴锅上机械搅拌的时长为12 h。
5.权利要求1所述的磁性树枝状聚合物复合纳米粒子Fe3O4-NH2@4-arm-PEG-NH2在纤维素酶的固定化中的应用。
CN201710831037.2A 2017-09-15 2017-09-15 一种磁性树枝状聚合物复合纳米粒子及其制备方法和应用 Active CN107698773B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710831037.2A CN107698773B (zh) 2017-09-15 2017-09-15 一种磁性树枝状聚合物复合纳米粒子及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710831037.2A CN107698773B (zh) 2017-09-15 2017-09-15 一种磁性树枝状聚合物复合纳米粒子及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107698773A CN107698773A (zh) 2018-02-16
CN107698773B true CN107698773B (zh) 2021-04-13

Family

ID=61172439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710831037.2A Active CN107698773B (zh) 2017-09-15 2017-09-15 一种磁性树枝状聚合物复合纳米粒子及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107698773B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110628760A (zh) * 2019-09-24 2019-12-31 中科瑞慈生物科技(深圳)有限责任公司 一步法合成核酸提取用免洗免脱纳米磁珠的方法
CN113332964B (zh) * 2021-07-02 2022-07-26 肇庆医学高等专科学校 磁性接枝微粒Fe3O4@SiO2-PAM的制备方法及其在氨氯地平吸附分离中的应用
CN113981726A (zh) * 2021-10-29 2022-01-28 泰安天兴木业科技有限公司 一种利用生物方法疏解生产针叶精制纤维素的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101955231A (zh) * 2010-10-20 2011-01-26 华东师范大学 表面修饰树枝状高分子的超顺磁性四氧化三铁纳米粒子的制备方法
CN103320420A (zh) * 2013-06-24 2013-09-25 中国科学院过程工程研究所 一种磁性交联脂肪酶聚集体及其制备方法与应用
CN104774831A (zh) * 2015-04-23 2015-07-15 江南大学 一种基于固定化载体的β-半乳糖苷酶的固定化方法
CN106861570A (zh) * 2017-03-03 2017-06-20 江苏大学 一种磁性复合微球及其制备方法和应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101955231A (zh) * 2010-10-20 2011-01-26 华东师范大学 表面修饰树枝状高分子的超顺磁性四氧化三铁纳米粒子的制备方法
CN103320420A (zh) * 2013-06-24 2013-09-25 中国科学院过程工程研究所 一种磁性交联脂肪酶聚集体及其制备方法与应用
CN104774831A (zh) * 2015-04-23 2015-07-15 江南大学 一种基于固定化载体的β-半乳糖苷酶的固定化方法
CN106861570A (zh) * 2017-03-03 2017-06-20 江苏大学 一种磁性复合微球及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Enhancement in ionic liquid tolerance of cellulase immobilized on PEGylated graphene oxide nanosheets: Application in saccharification of lignocelluloses";Jiaxing Xu等;《Bioresource Technology》;20151024;第200卷;第1060-1064页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107698773A (zh) 2018-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jia et al. Novel magnetic cross-linked cellulase aggregates with a potential application in lignocellulosic biomass bioconversion
Yassin et al. Green synthesis of cellulose nanofibers using immobilized cellulase
Verma et al. Recent trends in nanomaterials immobilised enzymes for biofuel production
Soozanipour et al. Preparation of a stable and robust nanobiocatalyst by efficiently immobilizing of pectinase onto cyanuric chloride-functionalized chitosan grafted magnetic nanoparticles
Li et al. Fabrication of graphene oxide decorated with Fe 3 O 4@ SiO 2 for immobilization of cellulase
Liu et al. Biocompatible magnetic cellulose–chitosan hybrid gel microspheres reconstituted from ionic liquids for enzyme immobilization
CN107698773B (zh) 一种磁性树枝状聚合物复合纳米粒子及其制备方法和应用
Han et al. Preparation and characterization of Fe3O4-NH2@ 4-arm-PEG-NH2, a novel magnetic four-arm polymer-nanoparticle composite for cellulase immobilization
Mo et al. Porous biochar/chitosan composites for high performance cellulase immobilization by glutaraldehyde
Hong et al. Covalent-bonded immobilization of enzyme on hydrophilic polymer covering magnetic nanogels
Suo et al. Graphene oxide nanosheets shielding of lipase immobilized on magnetic composites for the improvement of enzyme stability
Lv et al. Immobilization of urease onto cellulose spheres for the selective removal of urea
Wang et al. Immobilization of cellulase on polyamidoamine dendrimer-grafted silica
Han et al. Immobilization of cellulase on thermo-sensitive magnetic microspheres: improved stability and reproducibility
Liu et al. Immobilization of thermophilic lipase in inorganic hybrid nanoflower through biomimetic mineralization
Nouri Green synthesis of chitosan magnetic nanoparticles and their application with poly-aldehyde kefiran cross-linker to immobilize pectinase enzyme
Jiang et al. Synthesis of superparamagnetic carboxymethyl chitosan/sodium alginate nanosphere and its application for immobilizing α-amylase
Wang et al. Layered co-immobilization of β-glucosidase and cellulase on polymer film by visible-light-induced graft polymerization
Tang et al. Polyamine-induced tannic acid co-deposition on magnetic nanoparticles for enzyme immobilization and efficient biodiesel production catalysed by an immobilized enzyme under an alternating magnetic field
CN104099317A (zh) 一种壳聚糖磁性纳米粒子固定普鲁兰酶的方法
de Souza Lima et al. Functionalized kaolin as support for endoglucanase immobilization
Wan et al. α-glucosidase immobilization on magnetic core-shell metal-organic frameworks for inhibitor screening from traditional Chinese medicines
CN101397580A (zh) 在稳恒磁场条件下制备低聚壳聚糖的方法
Wan et al. Facile and rapid synthesis of hollow magnetic mesoporous polydopamine nanoflowers with tunable pore structures for lipase immobilization: green production of biodiesel
Liu et al. Preparation of superparamagnetic sodium alginate nanoparticles for covalent immobilization of Candida rugosa lipase

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Wang Bin

Inventor after: Han Juan

Inventor after: Li Chunmei

Inventor after: Rong Junhui

Inventor after: Tang Xu

Inventor after: Ni Liang

Inventor after: Li Cheng

Inventor before: Rong Junhui

Inventor before: Wang Bin

Inventor before: Han Juan

Inventor before: Li Chunmei

Inventor before: Li Cheng

Inventor before: Tang Xu

Inventor before: Ni Liang

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant