CN109912785A - 一种在超临界二氧化碳中固定化酶催化效率的研究方法 - Google Patents

一种在超临界二氧化碳中固定化酶催化效率的研究方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109912785A
CN109912785A CN201910206795.4A CN201910206795A CN109912785A CN 109912785 A CN109912785 A CN 109912785A CN 201910206795 A CN201910206795 A CN 201910206795A CN 109912785 A CN109912785 A CN 109912785A
Authority
CN
China
Prior art keywords
reaction
carbon dioxide
research method
supercritical carbon
scco
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.)
Pending
Application number
CN201910206795.4A
Other languages
English (en)
Inventor
詹世平
王景昌
商雪航
侯维敏
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.)
Dalian University
Original Assignee
Dalian 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 Dalian University filed Critical Dalian University
Priority to CN201910206795.4A priority Critical patent/CN109912785A/zh
Publication of CN109912785A publication Critical patent/CN109912785A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Landscapes

  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)

Abstract

本发明涉及生物医用高分子材料制备的技术领域，具体是一种在超临界二氧化碳（ScCO2）中固定化酶催化效率的研究方法。所述研究方法采用左旋丙交酯为聚合单体，氨基化二氧化硅固定化猪胰脂肪酶为催化剂，正丁醇为引发剂，ScCO2为聚合介质，应用开环分散聚合制备聚丙交酯(PLLA)，通过改变反应条件研究该聚合反应的反应动力学，从而得到固定化酶的催化效率。本发明研究方法对于掌握固定化酶在ScCO2中的催化活性，在ScCO2中应用固定化酶作催化剂，合成生物医用高分子材料都具有重要意义，且脂肪酶经过固定化以后更适用于非水介质的催化，该发明符合绿色化学的发展方向。

Description

一种在超临界二氧化碳中固定化酶催化效率的研究方法
技术领域
本发明涉及生物医用高分子材料制备的技术领域，具体是一种在超临界二氧化碳中固定化酶催化效率的研究方法。
技术背景
酶催化合成生物可降解脂肪族聚酯是一种新型聚合方法，可以在温和条件下高效合成，有着传统方法难以比拟的优势，但该方法所合成的产物仍存在生物相容性低、机械性能差、分子量低等不足。可以通过酶的固定化、功能化改性、调节支链等方法提高酶的催化效率和活性、降低反应能耗和材料中残留的有毒物质、提高原料转化率和产物分子量、增强产物亲水性及开发材料新用途。近年来固载化脂肪酶的技术得到很大的发展，固定化技术使酶稳定性大幅度提高，单位酶的生产力提高，以及重复利用性明显提高。超临界二氧化碳（ScCO2）作为反应介质已经被广泛应用于高分子聚合反应工程，且ScCO2作为反应介质具有有机溶剂无法比拟的优势。因此，掌握固定化酶在ScCO2中的催化效率，对于在ScCO2中应用固定化酶做催化剂，合成生物医用高分子材料是非常重要的，固定化酶在ScCO2中的催化效率是应用ScCO2作反应介质的重要依据，该研究方法可广泛应用于生物降解脂肪族聚酯的合成工艺中，推动该绿色环保技术的不断发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种在超临界二氧化碳中固定化酶催化效率的研究方法。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种在超临界二氧化碳中固定化酶催化效率的研究方法，所述方法采用左旋丙交酯为聚合单体，氨基化二氧化硅固定化猪胰脂肪酶(IPPL)为催化剂，正丁醇为引发剂，超临界二氧化碳为聚合介质，应用开环分散聚合制备聚丙交酯(PLLA)，通过改变反应条件研究该聚合反应的反应动力学，进而得到固定化酶的催化效率。
上述研究方法包括以下步骤：
（1）在高压反应釜中加入左旋丙交酯、稳定剂、IPPL和正丁醇，密封反应釜；加热到反应温度80~110 ℃后，开始通入CO2升压到10~14 MPa，反应时间分别为1h, 3h ,7h, 16h, 24h；
（2）步骤（1）的反应结束后，加入二氯甲烷将产物溶解出来，用冰冻甲醇反溶，抽滤得到白色粉末状沉淀，干燥得到最终产物PLLA；将所得全部白色沉淀溶于二氯甲烷中配成溶液，并测其在710 nm处的吸光度，得到不同反应条件下的反应速率。
可选的，所述步骤（1）中加入左旋丙交酯1.5g、稳定剂0.15g、IPPL 0.0075 g和正丁醇15 μL。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用固定化猪胰脂肪酶(IPPL)为催化剂开环分散聚合制备聚丙交酯，通过聚合反应的动力学研究，可以掌握催化剂的反应速率，有助于改善反应条件，优化实验系统，该方法可用于ScCO2中合成生物医用高分子材料的相关领域，推动生物医用材料的研究与应用的发展，并且IPPL催化剂较传统金属和非金属催化剂在减少生物毒性，提高生物相容性和改善聚合工艺条件等方面都具有优势。
附图说明
图1合成产物聚丙交酯的红外光谱；
图2压力对反应速率的影响；
图3温度对反应速率的影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
以下实施例中所用氨基化二氧化硅固定化猪胰脂肪酶的制备方法为：（1）制备氨基化二氧化硅颗粒：将正己醇、曲拉通-100和环己烷以1:1:4的体积比混合，再加入水配成乳状液，加入水的量与曲拉通-100的摩尔比为6~20:1，经超声振荡使之均匀，磁力搅拌下加入氨水，15 min后加入TEOS，氨水与TEOS的体积比为1:1，0.5 h后再加入γ-APTS，TEOS与γ-APTS的体积比为1~4:1，反应在30℃继续进行24 h后，反应结束，加入两倍体积的无水乙醇破乳并不断搅拌，则颗粒分离，静置后倒掉清液，沉淀加入无水乙醇洗涤至颗粒完全分离开来，离心弃上清，烘箱40℃干燥至恒重，得到氨基化二氧化硅颗粒；（2）固定化：将氨基化二氧化硅颗粒加入到0.1mol/L、pH=7~9的磷酸缓冲盐溶液(PBS)中，超声使颗粒在溶液中均匀分散，通30min 氮气驱除管路和烧瓶内的空气，在氮气保护下，加入戊二醛，戊二醛在上述PBS溶液中的体积浓度为0.5~2.5%，并再通5分钟氮气，25℃下磁力搅拌2h，离心弃去上清液，用0.01 mol/L PBS溶液清洗颗粒，去除残余的戊二醛，即得载体溶液，在载体溶液中，加入4 mg/mL的猪胰脂肪酶（IPPL）溶液，放置在40℃的恒温摇床中震荡，反应8 h，其中IPPL溶液与0.1mol/L PBS溶液的体积比为10:1~4，反应结束后，离心弃去上清液，加入甘氨酸封闭，离心洗涤，用0.01 mol/L PBS（含0.001 mol/L的EDTA和0.008 mol/L的半胱氨酸）清洗颗粒并恒温40℃干燥，得氨基化二氧化硅固定化猪胰脂肪酶颗粒。
实施例1
在高压反应釜中加入左旋丙交酯(1.5g)、稳定剂(0.15g)、IPPL (0.0075 g)和正丁醇(15 μL)，密封反应釜；加热到反应温度95 ℃后，开始通入CO2升压到12 MPa，反应时间分别为1h, 3h ,7h, 16h, 24 h；反应结束后，加入5 mL二氯甲烷将产物溶解出来，用50 mL冰冻甲醇反溶，抽滤得到白色粉末状沉淀，干燥得到最终产物PLLA。将所得全部白色沉淀溶于20mL二氯甲烷中配成溶液，并测其在710 nm处的吸光度，得到其反应速率为0.066。
实施例2
在高压反应釜中加入左旋丙交酯(1.5g)、稳定剂(0.15g)、IPPL (0.0075 g)和正丁醇(15 μL)，密封反应釜；加热到反应温度90 ℃后，开始通入CO2升压到10 MPa，反应时间分别为1h, 3h ,7h, 16h, 24 h；反应结束后，加入5 mL二氯甲烷将产物溶解出来，用50 mL冰冻甲醇反溶，抽滤得到白色粉末状沉淀，干燥得到最终产物PLLA。将所得全部白色沉淀溶于20mL二氯甲烷中配成溶液，并测其在710 nm处的吸光度，得到其反应速率为0.026。
实施例3
在高压反应釜中加入左旋丙交酯(1.5g)、稳定剂(0.15g)、IPPL (0.0075 g)和正丁醇(15 μL)，密封反应釜；加热到反应温度110 ℃后，开始通入CO2升压到12 MPa，反应时间分别为1h, 3h ,7h, 16h, 24 h；反应结束后，加入5 mL二氯甲烷将产物溶解出来，用50 mL冰冻甲醇反溶，抽滤得到白色粉末状沉淀，干燥得到最终产物PLLA。将所得全部白色沉淀溶于20 mL二氯甲烷中配成溶液，并测其在710 nm处的吸光度，得到其反应速率为0.033。
图1为实施例1中24 h合成PLLA的红外光谱图。如图 1所示，产物中存在酯类羰基( C=O )伸缩振动峰( 1754 cm-1 )，次甲基及甲基C-H伸缩振动峰( 2995 cm-1、2946 cm-1和2871 cm-1 )，酯基C-O伸缩振动峰( 1215 cm-1 )，这些特征吸收峰的存在可以证明实验中成功合成了PLLA。
图2为实施例1-3中反应压力对反应速率的影响关系。由图2可以看出，当压力为12MPa时，图中直线的斜率最大，反应速率最高。
图3为实施例1-3中反应温度对反应速率的影响关系。由图3可以看出，当温度为95℃时，图中直线的斜率最大，反应速率最高。
结果表明，在固定化脂肪酶作为催化剂时，反应温度为95 ℃和反应压力为12 MPa时，氨基化二氧化硅颗粒固定化猪胰脂肪酶的催化效率最高，反应速率最快。

Claims (3)

1.一种在超临界二氧化碳中固定化酶催化效率的研究方法，其特征在于，所述方法采用左旋丙交酯为聚合单体，氨基化二氧化硅固定化猪胰脂肪酶（IPPL）为催化剂，正丁醇为引发剂，超临界二氧化碳为聚合介质，应用开环分散聚合制备聚丙交酯 (PLLA)，通过改变反应条件得到固定化酶的催化效率。
2.根据权利要求1所述的一种在超临界二氧化碳中固定化酶催化效率的研究方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）在高压反应釜中加入左旋丙交酯、稳定剂、IPPL和正丁醇，密封反应釜；加热到反应温度80~110 ℃后，开始通入CO2升压到10~14 MPa，反应时间分别为1h, 3h ,7h, 16h, 24h；
（2）步骤（1）的反应结束后，加入二氯甲烷将产物溶解出来，用冰冻甲醇反溶，抽滤得到白色粉末状沉淀，干燥得到最终产物PLLA；将所得全部白色沉淀溶于二氯甲烷中配成溶液，并测其在710 nm处的吸光度，得到不同反应条件下的反应速率。
3.根据权利要求2所述的一种在超临界二氧化碳中固定化酶催化效率的研究方法，其特征在于，所述步骤（1）中加入左旋丙交酯1.5g、稳定剂0.15g、IPPL 0.0075 g和正丁醇15μL。
CN201910206795.4A 2019-03-19 2019-03-19 一种在超临界二氧化碳中固定化酶催化效率的研究方法 Pending CN109912785A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910206795.4A CN109912785A (zh) 2019-03-19 2019-03-19 一种在超临界二氧化碳中固定化酶催化效率的研究方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910206795.4A CN109912785A (zh) 2019-03-19 2019-03-19 一种在超临界二氧化碳中固定化酶催化效率的研究方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109912785A true CN109912785A (zh) 2019-06-21

Family

ID=66965631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910206795.4A Pending CN109912785A (zh) 2019-03-19 2019-03-19 一种在超临界二氧化碳中固定化酶催化效率的研究方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109912785A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110885430A (zh) * 2019-12-18 2020-03-17 大连大学 一种用精氨酸引发丙交酯开环分散聚合的方法
CN114807252A (zh) * 2022-04-25 2022-07-29 大连大学 一种超临界二氧化碳中四臂星形聚乳酸的合成方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5631343A (en) * 1992-11-30 1997-05-20 Baxenden Chemicals Limited Enzymatic synthesis
CN105585695A (zh) * 2016-03-16 2016-05-18 大连大学 一种超临界二氧化碳中无规共聚制备聚己丙交酯的方法
CN105601891A (zh) * 2016-03-16 2016-05-25 大连大学 一种超临界二氧化碳中聚丙交酯分散聚合的方法
CN108948331A (zh) * 2018-06-11 2018-12-07 大连大学 一种超临界二氧化碳中硼酸催化开环分散聚合己内酯的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5631343A (en) * 1992-11-30 1997-05-20 Baxenden Chemicals Limited Enzymatic synthesis
CN105585695A (zh) * 2016-03-16 2016-05-18 大连大学 一种超临界二氧化碳中无规共聚制备聚己丙交酯的方法
CN105601891A (zh) * 2016-03-16 2016-05-25 大连大学 一种超临界二氧化碳中聚丙交酯分散聚合的方法
CN108948331A (zh) * 2018-06-11 2018-12-07 大连大学 一种超临界二氧化碳中硼酸催化开环分散聚合己内酯的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
UYAMA, H: "SYNTHESIS OF POLYESTERS BY ENZYMATIC RING-OPENING COPOLYMERIZATION USING LIPASE CATALYST", 《PROCEEDINGS OF THE JAPAN ACADEMY SERIES B-PHYSICAL AND BIOLOGICAL SCIENCES》 *
YANG, JIEBING: "Enantio-, Regio-, and Chemoselective Lipase-Catalyzed Polymer Synthesis", 《MACROMOLECULAR BIOSCIENCE》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110885430A (zh) * 2019-12-18 2020-03-17 大连大学 一种用精氨酸引发丙交酯开环分散聚合的方法
CN114807252A (zh) * 2022-04-25 2022-07-29 大连大学 一种超临界二氧化碳中四臂星形聚乳酸的合成方法
CN114807252B (zh) * 2022-04-25 2024-04-12 大连大学 一种超临界二氧化碳中四臂星形聚乳酸的合成方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Laurienzo et al. Synthesis and characterization of a novel alginate–poly (ethylene glycol) graft copolymer
CN101747473B (zh) 表面功能化的分子印迹聚合物微球及其制备方法
Toorisaka et al. A molecularly imprinted polymer that shows enzymatic activity
CN108130321B (zh) 一种含蛋白酶-无机杂化纳米花的水凝胶及其制备方法和应用
CN106423292A (zh) 一种负载功能化l‑脯氨酸的具有温度/磁双响应性的杂化微球制备方法
Yuce-Dursun et al. Preparation and characterization of sol–gel hybrid coating films for covalent immobilization of lipase enzyme
CN109912785A (zh) 一种在超临界二氧化碳中固定化酶催化效率的研究方法
CN110522734A (zh) 一种以聚多巴胺为模板的复合纳米微球的制备方法
CN101071669A (zh) 电子束辐照制备具有核壳结构的磁性复合微球的方法
CN110331139A (zh) 一种南极假丝酵母脂肪酶b的固定化方法
CN113980926B (zh) 磁性纳米粒-糖基转移酶-无定型金属有机框架复合催化材料及其制备方法和应用
CN115925131B (zh) 一种复合碳源及其生产工艺
CN110698618B (zh) 水溶性共聚物固载l-脯氨酸催化剂及其制备方法和应用
Xu et al. Biosorption of Pb2+ and Zn2+ by Ca-alginate immobilized and free extracellular polysaccharides produced by Leuconostoc citreum B-2
CN112980826B (zh) 一种脂肪酶/聚丙烯酰胺水凝胶微球催化材料及其制备方法和应用
Lei et al. Preparation and characterization of hollow magnetic composite nanoparticles for immobilized pectinase
CN105602931A (zh) 一种超临界co2体系下磁性固定化酶法合成中碳链甘三脂的方法
CN102154256A (zh) 一种无载体固定化脂肪酶及其制备方法
CN109266638A (zh) 一种动态键水凝胶的制备方法及其在酶固定化方面的应用
GB2215335A (en) Microgel immobilised enzymes
CN109735530A (zh) 一种猪胰脂肪酶固定化的方法
CN101525603A (zh) 固定化α-氨基酸酯水解酶及其制备与应用
CN106633060A (zh) 一种新型固体酸催化剂一步法催化合成聚天冬氨酸的方法
CN101831468B (zh) 药用生物可降解聚（ε-己内酯）的合成及其应用方法
CN111647593A (zh) 生物矿化型固定脂肪酶的制备方法及其在催化合成opo中的应用

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190621