KR20170041617A - Porous network membrane immobilized enzyme and preparation method of antibiotics using the same - Google Patents

Porous network membrane immobilized enzyme and preparation method of antibiotics using the same Download PDF

Info

Publication number
KR20170041617A
KR20170041617A KR1020160068897A KR20160068897A KR20170041617A KR 20170041617 A KR20170041617 A KR 20170041617A KR 1020160068897 A KR1020160068897 A KR 1020160068897A KR 20160068897 A KR20160068897 A KR 20160068897A KR 20170041617 A KR20170041617 A KR 20170041617A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
derivative
porous membrane
enzyme
antibiotic
monomer
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.)
Granted
Application number
KR1020160068897A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101850958B1 (en
Inventor
박지웅
신선오
Original Assignee
광주과학기술원
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 광주과학기술원 filed Critical 광주과학기술원
Priority to US15/288,190 priority Critical patent/US20170101660A1/en
Publication of KR20170041617A publication Critical patent/KR20170041617A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101850958B1 publication Critical patent/KR101850958B1/en
Priority to US16/658,705 priority patent/US11359224B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/78Hydrolases (3) acting on carbon to nitrogen bonds other than peptide bonds (3.5)
    • C12N9/80Hydrolases (3) acting on carbon to nitrogen bonds other than peptide bonds (3.5) acting on amide bonds in linear amides (3.5.1)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P35/00Preparation of compounds having a 5-thia-1-azabicyclo [4.2.0] octane ring system, e.g. cephalosporin
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P37/00Preparation of compounds having a 4-thia-1-azabicyclo [3.2.0] heptane ring system, e.g. penicillin
    • C12P37/04Preparation of compounds having a 4-thia-1-azabicyclo [3.2.0] heptane ring system, e.g. penicillin by acylation of the substituent in the 6 position
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12YENZYMES
    • C12Y305/00Hydrolases acting on carbon-nitrogen bonds, other than peptide bonds (3.5)
    • C12Y305/01Hydrolases acting on carbon-nitrogen bonds, other than peptide bonds (3.5) in linear amides (3.5.1)
    • C12Y305/01011Penicillin amidase (3.5.1.11), i.e. penicillin-amidohydrolase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12YENZYMES
    • C12Y305/00Hydrolases acting on carbon-nitrogen bonds, other than peptide bonds (3.5)
    • C12Y305/01Hydrolases acting on carbon-nitrogen bonds, other than peptide bonds (3.5) in linear amides (3.5.1)
    • C12Y305/01093Glutaryl-7-aminocephalosporanic-acid acylase (3.5.1.93)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

본 발명은 효소가 고정된 다공성 막과 이를 이용한 항생제의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전량 여과방식(Dead-end)으로 특정 효소를 고정시킨 다공성 막을 제조한 후, 이를 이용하여 고수율의 항생제를 제조하는 것을 특징으로 하는 효소가 고정된 다공성 막 및 이를 이용한 항생제의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 여러 구현예에 따르면, 전량 여과방식(Dead-end)을 이용하여 항생 물질의 합성 반응을 촉진할 수 있는 효소를 다공성 막에 안정적으로 고정시킬 수 있다.
또한, 상기 효소가 고정된 다공성 막을 이용한 전량 여과방식(Dead-end)을 통해 항생제를 제조함으로써 고수율을 갖는 항생제를 제공할 수 있다.
The present invention relates to a porous membrane to which an enzyme is immobilized, and a method for producing an antibiotic using the porous membrane. More specifically, the present invention relates to a porous membrane having a specific enzyme immobilized thereon by a dead- The present invention relates to an enzyme-immobilized porous membrane and an antibiotic using the same.
According to various embodiments of the present invention, an enzyme capable of promoting the synthesis reaction of antibiotics can be stably fixed to the porous membrane using the dead-end filtering method.
In addition, an antibiotic having a high yield can be provided by preparing an antibiotic through a dead-end filtration method using the porous membrane with the enzyme fixed thereto.

Description

효소가 고정된 다공성 막 및 이를 이용한 항생제의 제조방법{Porous network membrane immobilized enzyme and preparation method of antibiotics using the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a porous membrane having an enzyme-immobilized enzyme and a method for preparing the same,

본 발명은 효소가 고정된 다공성 막과 이를 이용한 항생제의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전량 여과방식(Dead-end)으로 특정 효소를 고정시킨 다공성 막을 제조한 후, 이를 이용하여 고수율의 항생제를 제조하는 것을 특징으로 하는 효소가 고정된 다공성 막 및 이를 이용한 항생제의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a porous membrane to which an enzyme is immobilized, and a method for producing an antibiotic using the porous membrane. More specifically, the present invention relates to a porous membrane having a specific enzyme immobilized thereon by a dead- The present invention relates to an enzyme-immobilized porous membrane and an antibiotic using the same.

효소는 일반적으로 높은 입체적, 화학적 선택성이 있어서 다양한 반응에서 유용하게 사용되고 있고 까다롭지 않은 반응 조건에서도 반응의 속도를 촉진하는 촉매로 사용되고 있다. 그러나 일반적으로 효소들은 단가가 비싸서 공업적으로 많은 양을 이용하기에 경제적인 문제점이 있다. 또한 대부분의 효소들이 유기용매에 녹지 않기 때문에 유기 화학 반응에서 사용하기에는 제한이 있다. 따라서 효소의 활성도와 안정성을 향상 시키고 효소를 재사용하기 위해 효소를 고정시키는 연구들이 많이 진행되었다.Enzymes are generally used in various reactions because of their high stereochemical and chemical selectivity, and they are used as catalysts to accelerate the reaction even under difficult reaction conditions. However, in general, enzymes have a high unit price, which is economically disadvantageous to use a large amount industrially. Also, since most of the enzymes are not soluble in organic solvents, they are limited to use in organic chemistry. Therefore, many studies have been carried out to improve enzyme activity and stability and to fix enzyme to reuse enzyme.

고분자 멤브레인에 효소를 고정시키는 방법은 크게 세 가지로 나눌 수 있다. 첫째는 효소를 고분자 멤브레인 표면에 흡착시키는 방법, 둘째는 효소를 변형시켜 고분자 멤브레인에 공유결합으로 부착시키는 방법, 마지막으로 셋째는 고분자 멤브레의 기공에 효소를 물리적으로 가두는 포괄법 방법이다.There are three main methods of fixing the enzyme to the polymer membrane. The first is a method of adsorbing the enzyme on the surface of the polymer membrane. The second is a method of attaching the enzyme to the polymer membrane by covalent attachment to the polymer membrane. The third is an inclusion method which physically binds the enzyme to the pores of the polymer membrane.

멤브레인의 표면에 효소를 비공유결합으로 흡착시키는 방법이 가장 쉽고 간단하기 때문에 많은 연구가 진행되었지만, 효소가 쉽게 탈리될 수 있고 효소의 안정성이 비교적 낮다는 단점이 있다.Although many studies have been carried out since the easiest and simplest method of adsorbing the enzyme on the surface of the membrane by noncovalent bonding, there is a disadvantage that the enzyme can be easily eliminated and the stability of the enzyme is relatively low.

이러한 단점을 극복하기 위하여 다공성 막에 효소를 고정하였으며, 이는 효소의 고정율 및 고정 유지율을 향상시키는데 효과적일 뿐만 아니라 고정화 공정이 비교적 간단하여 경제적 측면에서도 효과적이다.In order to overcome these disadvantages, the enzyme is fixed on the porous membrane. This is effective not only in improving the fixation rate and the fixed retention rate of the enzyme but also in the economical aspect since the immobilization process is relatively simple.

페니실린계 항생제는 푸른곰팡이(Penicillium notatum) 등이 생산하는 β-락탐계 항생물질로, 푸른곰팡이로 불리는 Penicillium notatum와 Penicillium chrysogenum로부터 합성할 수 있다.Penicillin antibiotics are β-lactam antibiotics produced by the blue mold (Penicillium notatum) and can be synthesized from Penicillium notatum and Penicillium chrysogenum, which are called blue molds.

종래에는 항생제를 합성하기 위하여 용액 상태의 유도체를 단계별로 반응시키는 공정을 통해 제조하였으나, 이러한 제조방법은 단계별 반응에 의하여 가수분해 등의 부가 반응이 일어나게 되므로 반응성이 저하되고, 이는 최종 물질인 항생제의 수율이 현저히 낮아지는 문제점을 초래한다.(특허문헌 1)Conventionally, antibiotics have been prepared through a step of reacting a solution in the form of a solution in order to synthesize an antibiotic. However, since the addition reaction such as hydrolysis occurs due to the stepwise reaction, the reactivity of the antibiotic is lowered. Resulting in a problem that the yield is remarkably lowered. (Patent Document 1)

따라서, 본 발명에서는 상기와 같이 효소가 고정된 다공성 막을 이용하여, 상기 다공성 막에 항생 물질의 반응성을 촉진시킬 수 있는 효소를 안정하게 고정시켜 반응성을 향상시킴으로써, 최종 물질인 항생제의 수율을 향상시키고자 한다.
Accordingly, in the present invention, by using an enzyme-immobilized porous membrane as described above, an enzyme capable of promoting the reactivity of the antibiotic substance can be stably fixed to the porous membrane to improve the reactivity, thereby improving the yield of the antibiotic, I will.

특허문헌 1: 한국등록특허 제10-0516271호Patent Document 1: Korean Patent No. 10-0516271

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전량 여과방식(Dead-end)을 이용하여 항생 물질의 합성 반응을 촉진시킬 수 있는 효소가 안정하게 고정된 다공성 막을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a porous membrane in which an enzyme capable of promoting the synthesis reaction of antibiotics is stably fixed using a dead-end filtering method.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 효소가 고정된 다공성 막을 이용하여 고수율을 갖는 항생제의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a method for producing an antibiotic having a high yield by using the porous membrane to which the enzyme is immobilized.

본 발명의 대표적인 일 측면에 따르면, 항생 물질의 합성 반응을 촉진시키는 효소가 고정된 다공성 막으로서, 상기 다공성 막은 기공에 의해 3차원으로 상호 연결되어 있으며, 상기 다공성 막은 각각 2 내지 4개의 관능기를 가지는 제1 단량체와 제2 단량체의 중합으로 3차원 네트워크를 형성하며, 상기 제1 단량체의 관능기는 아미노기이며, 상기 제2 단량체의 관능기는 이소시아네이트기, 아실할라이드기 또는 에스터기이고, 상기 제1 단량체 또는 제2 단량체 중 적어도 하나는 4개의 관능기를 가지며, 상기 효소는 페니실린 지 아실레이즈, 페니실린 브이 아실레이즈, 및 세파로스포린 씨 아실레이즈 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 효소가 고정된 다공성 막에 관한 것이다.According to a representative aspect of the present invention, there is provided a porous membrane to which an enzyme for promoting a synthesis reaction of an antibiotic is immobilized, wherein the porous membrane is interconnected three-dimensionally by pores, and the porous membrane has two to four functional groups Wherein the functional group of the first monomer is an amino group and the functional group of the second monomer is an isocyanate group, an acyl halide group, or an ester group, and the first monomer or the second monomer is a three- Wherein at least one of the second monomers has four functional groups and the enzyme is at least one selected from the group consisting of penicillin glycyrrhiza, penicillin V acylase, and cephalosporin acylase. will be.

본 발명의 다른 대표적인 일 측면에 따르면, (B) 상기 효소가 고정된 다공성 막에 항생 물질의 유도체 용액을 투과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항생제의 제조방법에 관한 것이다.
According to another exemplary aspect of the present invention, there is provided a method for producing an antibiotic, which comprises (B) permeating a solution of a derivative of an antibiotic to the porous membrane to which the enzyme is immobilized.

본 발명의 여러 구현예에 따르면, 전량 여과방식(Dead-end)을 이용하여 항생 물질의 합성 반응을 촉진할 수 있는 효소를 다공성 막에 안정적으로 고정시킬 수 있다.According to various embodiments of the present invention, an enzyme capable of promoting the synthesis reaction of antibiotics can be stably fixed to the porous membrane using the dead-end filtering method.

또한, 상기 효소가 고정된 다공성 막을 이용한 전량 여과방식(Dead-end)을 통해 항생제를 제조함으로써 고수율을 갖는 항생제를 제공할 수 있다.
In addition, an antibiotic having a high yield can be provided by preparing an antibiotic through a dead-end filtration method using the porous membrane with the enzyme fixed thereto.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 효소를 고정하기 위한 전량 여과 장치(Dead-end cell)을 나타낸 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 다공성 막에 효소를 고정하는 제조방법을 도시화한 모식도이다.
도 3은 실시예 1의 PGA가 고정된 다공성 막에 질소를 흡착 또는 탈착시켜 그 흡탈착 정도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1의 PGA가 고정된 다공성 막에 형성된 기공 크기를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5의 (a)는 실시예 1의 PGA가 고정된 다공성 막의 단면을 나타낸 이미지이고, (b)는 실시예 1의 PGA가 고정된 다공성 막을 에너지 분산형 X선 분석기를 이용하여 원소 맵핑을 실시한 후, 그 결과를 나타낸 이미지이다.
도 6은 실시예 2를 통해 제조된 항생제의 수율을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is an image showing a dead-end cell for fixing an enzyme according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a method of fixing an enzyme to a porous membrane according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the results of measurement of adsorption / desorption of nitrogen adsorbed or desorbed on the PGA-fixed porous membrane of Example 1. FIG.
FIG. 4 is a graph showing the results of measurement of the pore size formed in the PGA-fixed porous membrane of Example 1. FIG.
FIG. 5A is an image showing a cross section of the PGA-fixed porous membrane of Example 1, FIG. 5B is a cross-sectional view of the PGA-immobilized porous membrane of Example 1 subjected to element mapping using an energy dispersive X-ray analyzer And the result is an image showing the result.
FIG. 6 is a graph showing a result of measuring the yield of antibiotics prepared in Example 2. FIG.

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 측면에 따르면, 항생 물질의 합성 반응을 촉진시키는 효소가 고정된 다공성 막으로서, 상기 다공성 막은 기공에 의해 3차원으로 상호 연결되어 있으며, 상기 다공성 막은 각각 2 내지 4개의 관능기를 가지는 제1 단량체와 제2 단량체의 중합으로 3차원 네트워크를 형성하며, 상기 제1 단량체의 관능기는 아미노기이며, 상기 제2 단량체의 관능기는 이소시아네이트기, 아실할라이드기 또는 에스터기이고, 상기 제1 단량체 또는 제2 단량체 중 적어도 하나는 4 개의 관능기를 가지며, 상기 효소는 페니실린 지 아실레이즈(penicillin G acylase), 페니실린 브이 아실레이즈(penicillin v acylase), 및 세파로스포린 씨 아실레이즈(ceparospolin C acylase) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 효소가 고정된 다공성 막이 개시된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a porous membrane to which an enzyme for promoting a synthesis reaction of antibiotics is immobilized, wherein the porous membrane is interconnected in three dimensions by pores, and the porous membrane is a membrane having two to four functional groups Wherein the functional group of the first monomer is an amino group and the functional group of the second monomer is an isocyanate group, an acyl halide group or an ester group, and the first monomer or the second monomer At least one of the two monomers has four functional groups and the enzyme is selected from the group consisting of penicillin G acylase, penicillin v acylase, and ceparospolin C acylase. Wherein the enzyme-immobilized porous membrane is characterized by having a number of species or more.

상기 효소는 항생 물질의 합성 반응을 촉진시키는 것을 특징으로 하는데, 그 중에서도 상기 페니실린 지 아실레이즈(Penicillin G acylase)는 하기 반응식 1 및 2의 반응을 촉진할 수 있는 효소이다.The enzyme is characterized in promoting the synthesis reaction of antibiotics. Among them, the penicillin G acylase is an enzyme capable of promoting the reaction of the following Reaction Schemes 1 and 2.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

첫째로, 상기 반응식 1에서 보는 바와 같이, 아미드(Amide) 그룹의 가수분해 반응을 촉진하여 카르복실 산(Carboxylic acid)과 6-아미노페니실란 산(6-aminopenicillanic acid, 6-APA)을 생성할 수 있다.First, as shown in Scheme 1, the hydrolysis reaction of the amide group is promoted to produce a carboxylic acid and 6-aminopenicillanic acid (6-APA) .

두 번째로, 하기 반응식 2에서 보는 바와 같이, 베타 락탐 계열의 항생제인 폐니실린계 아목시실린(Amoxicillin)을 합성하는 반응을 촉진할 수 있는데, p-히드록시페닐글리신메틸에스터(p-hydroxyphenylglycine methyl ester, PHPGME)의 에스터(Ester) 그룹과 6-APA의 아민 그룹과의 반응을 촉진하여 아미드 그룹을 형성함으로써, 폐니실린을 합성할 수 있다.Secondly, as shown in Reaction Scheme 2 below, it is possible to promote the synthesis of beta-lactam-based antibiotic, hermiticillin-based amoxicillin, and p-hydroxyphenylglycine methyl ester, Phosphoglycine can be synthesized by promoting the reaction of an ester group of 6-APA with an amine group of 6-APA to form an amide group.

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

상기 페니실린 지 아실레이즈 효소는 폐니실린계 항생제를 합성하는데 있어서 반응성을 촉진시키는데 효과적인 촉매 역할을 할 수 있으나, 상기 반응식 1에서 보는 바와 같이 가수 분해로 인하여 그 안정성이 저하되는 문제점을 갖는다.The penicillin glycosylase enzyme can act as an effective catalyst for promoting the reactivity in synthesizing the hysinicin-based antibiotic. However, as shown in Scheme 1, the stability of the penicillin is weakened due to hydrolysis.

따라서, 본 발명에서는 상기 효소를 다공성 막에 고정시켜 효소가 가수분해에 의하여 분해되는 것을 억제함으로써, 효소의 안정성을 확보하였다.Therefore, in the present invention, the enzyme is immobilized on the porous membrane to inhibit degradation of the enzyme by hydrolysis, thereby ensuring stability of the enzyme.

그리고, 안정성이 확보된 효소가 고정된 다공성 막에 항생 물질의 유도체를 투과시키는 비교적 간단한 공정만으로 고수율을 갖는 항생제를 제조하였다.In addition, antibiotics with high yield were prepared by a relatively simple process of permeating the antibiotic derivative to the porous membrane having the enzyme having the stability secured.

구체적으로, 본 발명에서 언급하고 있는 효소가 고정된 다공성 막은 3차원 네트워크를 형성하는 다공성 막과 상기 다공성 막의 기공 내에 포집되어 있는 효소를 포함한다. 상기 다공성 막은 3차원적으로 가교된 단일체(Monoliths)를 형성하며 5 내지 100 ㎚ 크기의 기공들을 포함하는데, 상기 기공들은 서로 연결되어 이에 고정된 효소는 모든 방향에서 반응기질과 접촉할 수 있고, 용액이 쉽게 확산될 수 있으므로 기공을 막은 효소로 인한 물질수송이 저하되는 문제가 발생하지 않는다.Specifically, the enzyme-immobilized porous membrane referred to in the present invention includes a porous membrane forming a three-dimensional network and an enzyme trapped in pores of the porous membrane. The porous membrane forms three-dimensionally crosslinked monoliths and includes pores having a size of 5 to 100 nm. The pores are connected to each other so that the enzyme immobilized thereon can contact the reaction substrate in all directions, Can be easily diffused, so that there is no problem that the transport of the substance due to the enzyme that blocks the pore is lowered.

또한, 일반적으로 효소가 다공성 담체에 고정화되기 위한 기공의 크기는 20 내지 50 ㎚으로 알려져 있는데(Membrane-Based Synthesis of Nanomaterials, Charles R. Martin), 본 발명의 다공성 막은 마이크로 범위의 기공 뿐만 아니라 5 내지 100 ㎚ 크기의 다양한 범위의 나노기공을 가지므로 다양한 크기의 효소를 고정할 수 있는 것을 특징으로 한다.In general, the size of the pores for immobilizing the enzyme on the porous carrier is known to be 20 to 50 nm (Membrane-Based Synthesis of Nanomaterials, Charles R. Martin). The porous membrane of the present invention has pores of micro range, And has a variety of nano-pores having a size of 100 nm and thus is capable of fixing enzymes of various sizes.

본 발명의 다공성 막은 아미노기를 가지는 제1 단량체와, 상기 아미노기와 중합가능한 관능기인 이소시아네이트기, 아실할라이드기 또는 에스터기를 가지는 제2 단량체가 중합된 유기 망상구조체로 이루어진 유기 졸과 고분자 용액을 혼합하여 마이크로 다공성 막을 얻고, 상기 마이크로 다공성 막에서 물을 이용하여 고분자를 제거함으로써 얻어질 수 있다.The porous membrane of the present invention can be produced by mixing an organic sol comprising an organic network comprising a first monomer having an amino group and a second monomer having an isocyanate group, an acyl halide group or an ester group, which is a functional group polymerizable with the amino group, Obtaining a porous membrane, and removing the polymer using water in the microporous membrane.

본 발명의 일 구현예에 의하면, 상기 제1 단량체는 2 내지 4 개의 아미노기를 가지며, 상기 제2 단량체는 2 내지 4 개의 이소시아네이트기, 아실할라이드기 및 에스터기 중에서 선택되는 관능기를 가진다. 상기 2-4개의 아미노기를 가지는 제1 단량체는 2-4개의 아미노기로 치환된 탄소수 1 내지 100의 지방족 화합물 또는 2-4개의 아미노기로 치환된 탄소수 6 내지 100의 방향족 화합물일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first monomer has 2 to 4 amino groups, and the second monomer has 2 to 4 functional groups selected from an isocyanate group, an acyl halide group and an ester group. The first monomer having 2-4 amino groups may be an aliphatic compound having 1 to 100 carbon atoms substituted with 2 to 4 amino groups or an aromatic compound having 6 to 100 carbon atoms substituted with 2 to 4 amino groups.

상기 2-4 개의 이소시아네이트기, 아실할라이드기 또는 에스터기를 가지는 제2 단량체는 2-4 개의 이소시아네이트기, 아실할라이드기 또는 에스터기로 치환된 탄소수 1 내지 100의 지방족 화합물 또는 2-4 개의 이소시아네이트기, 아실할라이드기 또는 에스터기로 치환된 탄소수 6 내지 100의 방향족 화합물일 수 있다.The second monomer having 2-4 isocyanate groups, acyl halide groups, or ester groups may be an aliphatic compound having 1 to 100 carbon atoms substituted with 2-4 isocyanate groups, acyl halide groups, or ester groups or 2-4 isocyanate groups, An aromatic compound having 6 to 100 carbon atoms substituted with a halide group or an ester group.

상기 제1 단량체와 제2 단량체는 일 예로, 하기 화학식 1 내지 9로 표시되는 화합물일 수 있다. The first monomer and the second monomer may be, for example, compounds represented by the following general formulas (1) to (9).

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

[화학식 2](2)

Figure pat00004
Figure pat00004

[화학식 3](3)

Figure pat00005
Figure pat00005

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure pat00006
Figure pat00006

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure pat00007
Figure pat00007

[화학식 6][Chemical Formula 6]

Figure pat00008
Figure pat00008

[화학식 7](7)

Figure pat00009
Figure pat00009

[화학식 8][Chemical Formula 8]

Figure pat00010
Figure pat00010

[화학식 9] [Chemical Formula 9]

Figure pat00011
Figure pat00011

(상기 화학식 1 내지 9에서, R은 아미노기, 이소시아네이트기, 아실할라이드기 또는 에스터기이다.)(In the above Chemical Formulas 1 to 9, R is an amino group, an isocyanate group, an acyl halide group or an ester group.)

또한 본 발명의 일 구현예에 의하면 상기 제1 단량체 및 제2 단량체는 하기 화학식 10으로 표시되는 화합물일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the first monomer and the second monomer may be a compound represented by the following general formula (10).

[화학식 10] [Chemical formula 10]

Figure pat00012
Figure pat00012

(상기 화학식 10에서, R은 아미노기, 이소시아네이트기, 아실할라이드기 또는 에스터기이고, n은 0 또는 1이다.)(Wherein R is an amino group, an isocyanate group, an acyl halide group or an ester group, and n is 0 or 1.)

상기 제1 단량체의 아미노기와 제2 단량체의 이소시아네이트기, 아실할라이드기 또는 에스터기 사이에 친핵성 첨가 또는 치환 반응에 의해 제1 단량체와 제2 단량체가 중합하며, 생성된 중합체들은 미반응 -, + 관능기에 의해 추가적인 친핵성 첨가 또는 치환반응을 일으켜 중합체간의 가교반응이 일어날 수 있다. 그 결과, 4 개의 관능기를 가지는 단량체는 사면체 구조로서 일종의 가교점을 이루며 이를 중심으로 강한 공유결합으로 연결된 3차원 유기 망상구조체를 형성할 수 있다.The first monomer and the second monomer are polymerized by a nucleophilic addition or substitution reaction between the amino group of the first monomer and the isocyanate group, the acyl halide group or the ester group of the second monomer, and the resulting polymers are unreacted, Additional nucleophilic addition or substitution reactions may occur by the functional groups, resulting in cross-linking reactions between the polymers. As a result, the monomer having four functional groups constitutes a kind of crosslinking point as a tetrahedral structure, and can form a three-dimensional organic network structure connected by a strong covalent bond.

즉, 상기 제1 단량체와 제2 단량체 간의 중합반응에 의해 형성된 유기 망상 구조체는 3차원적으로 중합 및 가교되어 수많은 미세 기공 및 큰 비표면적을 가지며, 높은 가교율 및 강한 공유결합에 의해 우수한 내화학성, 내열성 및 내구성을 가진다.That is, the organic network structure formed by the polymerization reaction between the first monomer and the second monomer is polymerized and crosslinked three-dimensionally to have numerous micropores and large specific surface area, and has excellent chemical resistance due to high crosslinking ratio and strong covalent bonding , Heat resistance and durability.

또한, 상기 2-4 개의 아미노기를 가지는 단량체는 일 예로, 테트라티스(4-아미노페닐)메탄(tetratis(4-aminophenyl)methane, TAPM), p-페닐렌다이아민(pphenylene diamine, PDA), 옥시다이아닐린(4,4'-oxydianiline, ODA)일 수 있으나 이에 의해 한정되지 않는다.Examples of the monomer having 2-4 amino groups include tetratis (4-aminophenyl) methane (TAPM), p-phenylenediamine (PDA) 4,4'-oxydianiline (ODA), but is not limited thereto.

또한, 상기 2-4 개의 이소시아네이트기를 가지는 단량체는 일 예로, p-페닐렌다이이소시아네이트(p-phenylene diisocyanate, PDI), 헥사메틸렌이소시아네이트(Hexamethylene diisocyanate, HDI), 테트라티스(4-아이소시아나토페닐메탄(Tetrakis(4-isocyanatophenyl)methane, TIPM)일 수 있으나 이에 의해 한정되지 않는다.Examples of the monomer having 2-4 isocyanate groups include p-phenylene diisocyanate (PDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), tetrathi (4-isocyanatophenylmethane (Tetrakis (4-isocyanatophenyl) methane, TIPM).

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 다공성 막은 하기 화학식 11로 표시되는 단량체와 2 개의 이소시아네이트기를 가지는 단량체의 중합에 의해 형성될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the porous membrane may be formed by polymerization of a monomer represented by the following general formula (11) and a monomer having two isocyanate groups.

[화학식 11](11)

Figure pat00013
Figure pat00013

(상기 식에서, X는 탄소 원자 또는 실리콘 원자이다.)(Wherein X is a carbon atom or a silicon atom).

또한, 본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 다공성 막은 2 개의 아미노기를 가지는 단량체와 하기 화학식 12로 표시되는 단량체의 중합에 의해 형성될 수있다.According to another embodiment of the present invention, the porous membrane may be formed by polymerization of a monomer having two amino groups and a monomer represented by the following formula (12).

[화학식 12][Chemical Formula 12]

Figure pat00014
Figure pat00014

(상기 식에서, X는 탄소 원자 또는 실리콘 원자이다.)(Wherein X is a carbon atom or a silicon atom).

상기 다공성 막은 평막 또는 중공사막 구조일 수 있다.The porous membrane may be a flat membrane or hollow fiber membrane structure.

또한, 상기 다공성 막은 단일 층이거나 또는 복수 층의 구조일 수 있다.
Further, the porous film may be a single layer or a multi-layer structure.

본 발명의 다른 측면에 따르면, (B) 상기 효소가 고정된 다공성 막에 항생 물질의 유도체 용액을 투과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항생제의 제조방법에 관한 것이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing an antibiotic, which comprises (B) permeating a solution of a derivative of an antibiotic to the porous membrane to which the enzyme is immobilized.

상기 항생제의 제조방법은 (A) 항생 물질의 유도체 용액을 제조하는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.The method for producing an antibiotic preferably further comprises the step of (A) preparing a solution of a derivative of an antibiotic substance.

종래에는 용액 상태로 항생물질의 유도체를 제조한 후, 이를 단계별로 반응시켜 항생제를 제조하였다. 이러한 단계별 반응을 통한 항생제의 제조방법은 효소가 가수분해 되거나, 또는 부가 반응으로 인하여 최종적으로 생산되는 항생물질의 수율이 현저히 낮아지고, 더불어 다량의 불순물이 생산되는 문제점을 가진다.Conventionally, antibiotics were prepared by preparing antibiotic derivatives in a solution state and reacting them in stages. The method of producing the antibiotic through the stepwise reaction has a problem that the yield of the antibiotic substance finally produced due to the hydrolysis of the enzyme or the addition reaction is remarkably low and a large amount of impurities are produced.

이에, 본 발명에서는 상기 효소를 다공성 막에 고정시켜 효소의 안정성을 먼저 확보한 후, 상기 효소가 고정된 다공성 막에 항생 물질의 유도체를 투과시키는 단순한 공정만으로 고수율을 갖는 항생제를 제조하였다.Thus, in the present invention, the enzyme was fixed to the porous membrane to secure the stability of the enzyme, and then the antibiotic having high yield was prepared by a simple process of permeating the antibiotic derivative to the porous membrane to which the enzyme was immobilized.

구체적으로, 상기 (A) 단계는 항생 물질을 제조할 수 있는 항생 물질의 유도체 용액을 제조하는 단계이다.Specifically, the step (A) is a step of preparing a derivative solution of an antibiotic substance capable of producing an antibiotic substance.

상기 항생 물질의 유도체는 제1 유도체 및 제2 유도체를 포함하는 것이 바람직한데, 상기 제1 유도체와 제2 유도체는 서로 상이하며, 상기 제1 유도체 또는 제2 유도체는 6-아미노페니실란 산, p-히드록시페닐글리신메틸에스터, 7-Aminodesacetoxycephalosporanic acid, 및 페닐글리신 중에서 선택된 1종 이상이다.Preferably, the antibiotic derivative includes a first derivative and a second derivative, wherein the first derivative and the second derivative are different from each other, and the first derivative or the second derivative is 6-aminopenicillanic acid, p -Hydroxyphenylglycine methyl ester, 7-aminodesacetoxycephalosporanic acid, and phenylglycine.

상기 (A) 단계는 (a-1) 제1 유도체 용액을 제조하는 단계, (a-2) 제2 유도체 용액을 제조하는 단계, 및 (a-3) 상기 제1 유도체 용액과 제2 유도체 용액을 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The step (A) comprises the steps of (a-1) preparing a first derivative solution, (a-2) preparing a second derivative solution, and (a-3) And a step of mixing the water and the water.

상기 (a-1) 단계는 제1 유도체 용액을 제조하는 단계로, 상기 제1 유도체에 용매를 투입하여 1 내지 20 mM의 농도로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 농도가 1 mM 미만이면, 농도가 너무 묽게 형성되어 효소와의 반응성을 저하시킬 우려가 있어 바람직하지 않고, 20 mM를 초과하면, 효소의 양에 비하여 반응물질의 양이 많아지는 문제점을 가진다.The step (a-1) is a step of preparing a first derivative solution, and it is preferable that the solvent is added to the first derivative so that the concentration of the first derivative is 1 to 20 mM. If the concentration is less than 1 mM, the concentration may be excessively diluted to lower the reactivity with the enzyme. If the concentration is more than 20 mM, the amount of the reactant increases compared to the amount of the enzyme.

상기 (a-2) 단계는 제2 유도체 용액을 제조하는 단계로, 마찬가지로 용매에 투입하여 1 내지 20 mM의 농도로 제조되는 것이 바람직하다. The step (a-2) is a step of preparing the second derivative solution, and it is preferable that the step (a-2) is added to a solvent and the concentration is 1 to 20 mM.

상기 용매는 증류수인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.The solvent is preferably, but not limited to, distilled water.

상기 (a-3) 단계는 상기 제1 유도체 용액과 제2 유도체 용액을 혼합하는 단계로, 상기 제1 유도체와 제2 유도체는 1 : 1 내지 3의 몰(M) 비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 몰 비율의 범위를 벗어나는 경우에는 반응성이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.The step (a-3) is a step of mixing the first derivative solution and the second derivative solution, wherein the first derivative and the second derivative are mixed in a molar ratio of 1: 1 to 3 . If the molar ratio is out of the range, the reactivity may be lowered, which is not preferable.

특히, 상기 제1 유도체는 6-아미노페니실란 산을 사용하고, 제2 유도체는 p-히드록시페닐글리신메틸에스터를 사용하였으며, 상기 6-아미노페니실란 산과 p-히드록시페닐글리신메틸에스터의 몰 비율을 1 : 2로 혼합하여 투입한 경우에, 합성된 폐니실린계 항생제의 수율이 약 70%에 달하여 가장 효과적이며, 상기 몰 비의 범위를 벗어나는 경우에는 수율이 급격히 저하되는 것을 확인하였다.
Particularly, 6-aminopenicillanic acid was used as the first derivative, p-hydroxyphenylglycine methyl ester was used as the second derivative, and moles of the 6-aminopenicillanic acid and the p-hydroxyphenylglycine methyl ester In a ratio of 1: 2, the yield of the synthesized hunisilin-based antibiotic was about 70%, which is the most effective. When the molar ratio was out of the range, the yield was drastically decreased.

상기 (B) 단계는 상기 효소가 고정된 다공성 막에 상기 항생 물질의 유도체 용액을 투과시키는 단계이다.In the step (B), the solution of the derivative of the antibiotic is permeated through the porous membrane on which the enzyme is immobilized.

이때, 투입되는 상기 항생 물질의 유도체 용액 함량은 다공성 막 100중량부에 대하여 0.8 내지 10 중량부로 투입되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the amount of the solution solution of the antibiotic material is 0.8 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the porous membrane.

상기 투과는 질소 분위기하의 1 내지 10 bar의 압력을 가하여 전량 여과 방식(dead-end) 또는 십자 흐름(cross flow filtration) 방식, 또는 이들의 복합 방식으로 수행되는 것이 바람직하다.The permeation may be carried out by applying a pressure of 1 to 10 bar under a nitrogen atmosphere to the entire volume by a dead-end or cross flow filtration method or a combination thereof.

특히, 항생물질의 유도체 용액 1 내지 5 중량부를 질소 분위기 하에서 5 bar의 압력으로 전량 여과 방식을 통해 투과시켰을 때, 최종 산물인 항생재에 함유된 불순물의 양이 급격히 감소하는 것을 확인하였다.
Particularly, when 1 to 5 parts by weight of a derivative solution of an antibiotic substance was permeated through a filtration system under a nitrogen atmosphere at a total pressure of 5 bar, it was confirmed that the amount of impurities contained in antibiotics as a final product was drastically reduced.

이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and the like, but the scope and content of the present invention can not be construed to be limited or limited by the following Examples. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. It is natural that it belongs to the claims.

또한 이하에서 제시되는 실험 결과는 상기 실시예 및 비교예의 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.
In addition, the experimental results presented below only show representative experimental results of the embodiments and the comparative examples, and the respective effects of various embodiments of the present invention which are not explicitly described below will be specifically described in the corresponding part.

제조예: 다공성 막의 제조Preparation Example: Preparation of Porous Membrane

(1) (TAPM+HDI/PEG) 나노 복합막 제조(1) Production of (TAPM + HDI / PEG) nanocomposite membrane

테트라티스(4-아미노페닐)메탄(TAPM; (tetratis(4-aminophenyl) methane, MW:382.50)을 DMF(N,N-dimethylformide)에 녹여 4 wt/vol % 농도의 유기용액을 제조하였으며, 1,4-다이이소시아나토헥산 (HDI; hexamethylene diisocyanate, MW:168.19)을 DMF에 녹여 4 wt/vol % 농도의 유기용액을 제조하였다. 다음, 테트라(4-아미노페닐)메탄 용액을 1,4-다이이소시아나토헥산 용액에 천천히 투여하여 혼합하였다. 상기 혼합용액을 상온, 질소 분위기하에서 72 시간 반응시켜 졸 상의 혼합 용액을 수득하였다.A 4 wt / vol% organic solution was prepared by dissolving tetratis (4-aminophenyl) methane (TAPM; MW: 382.50) in DMF (N, N-dimethylformide) , 4-diisocyanatohexane (HDI: hexamethylene diisocyanate, MW: 168.19) was dissolved in DMF to prepare an organic solution having a concentration of 4 wt / vol% The mixed solution was reacted for 72 hours at room temperature under a nitrogen atmosphere to obtain a mixed solution on the sol.

상기 혼합용액에 폴리에틸렌글리콜(PEG; Poly ethylene glycol)을 60 wt% 농도로 하여 첨가하여 충분히 교반시킨 후, 이 혼합물을 유리판에 도포하여 50 ℃에서 1 시간, 80 ℃에서 2 시간, 100 ℃에서 3 시간 동안 건조 및 경화시켜 최종적으로 유기분자 네트워크(TAPM+HDI)와 PEG의 나노 복합막을 합성하였다.Polyethylene glycol (PEG) was added to the mixed solution at a concentration of 60 wt% and sufficiently stirred. The mixture was applied to a glass plate, and the mixture was heated at 50 ° C. for 1 hour, at 80 ° C. for 2 hours, (TAPM + HDI) and a nanocomposite membrane of PEG were finally synthesized.

(2) TAPM+HDI 다공성 막 제조 - PEG 제거(2) Preparation of TAPM + HDI Porous Membrane - Removal of PEG

상기 합성된 막을 상온에서 식힌 후 물에 침전시켜 기판과 분리하고 막을 약 일주일간 물속에서 교반하여 수용성 고분자인 폴리에틸렌 글라이콜(PEG)을 제거하여 나노 기공을 갖는 다공성 막을 제조하였다.
The synthesized membrane was cooled at room temperature, precipitated in water, separated from the substrate, and the membrane was stirred in water for about one week to remove polyethylene glycol (PEG) as a water soluble polymer to prepare a porous membrane having nano pores.

실시예 1: PGA가 고정된 다공성 막의 제조Example 1: Preparation of PGA-fixed porous membrane

도 1에서 보는 바와 같은 Dead-end cell의 하단 부(20)에 효소를 고정하기 위하여 제조예의 다공성 막을 투입한 후, Dead-end cell의 상단 부(투입구, 10)에 0.4 w/v% 페니실린 지 아실레이즈(Penicillin G acylase, PGA)용액을 투입하고 교반하면서 질소 분위기하에 5 bar의 압력을 투과시켜 페니실린 지 아실레이즈가 고정된 다공성 막을 제조하였다.
The porous membrane of the preparation example was inserted into the lower end portion 20 of the dead-end cell as shown in FIG. 1, and 0.4 w / v% penicillin was added to the upper end (inlet 10) Penicillin G acylase (PGA) solution was added, and a pressure of 5 bar was permeated under a nitrogen atmosphere with stirring to prepare a porous membrane having penicillin glyceralde fixed therein.

실시예 2: 항생제 제조Example 2: Production of antibiotics

먼저, Dead-end cell의 하단 부(20)에 상기 실시예 1을 통해 제조된 PGA가 고정된 다공성 막을 투입하여 준비하였다.First, the PGA-fixed porous membrane prepared in Example 1 was introduced into the lower end portion 20 of the dead-end cell.

그리고, 증류수를 용매로 하여 p-히드록시페닐글리신메틸에스터(p-hydroxyphenylglycine methyl ester, PHPGME)와 6-아미노페니실란 산(6-aminopenicillanic acid, 6-APA)를 각각 10 mM의 용액으로 준비한 후, 상기 두 용액을 혼합하여 상기 Dead-end cell의 상단 부(투입구, 10)에 투입하고 질소 분위기하에서 5 bar의 압력을 가하여 상기 PHPGME와 6-APA의 혼합용액이 PGA가 고정된 다공성 막을 투과하도록 함으로써 항생제를 제조하였다. Then, 10 mM solution of p-hydroxyphenylglycine methyl ester (PHPGME) and 6-aminopenicillanic acid (6-APA) were prepared in distilled water as a solvent, , The two solutions were mixed and placed in the upper part (inlet 10) of the dead-end cell, and a pressure of 5 bar was applied under a nitrogen atmosphere so that the mixed solution of PHPGME and 6-APA permeated the PGA- To prepare antibiotics.

(단, 상기 Dead-end cell은 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 것을 사용하였다.)
(The same dead-end cell as used in Example 1 was used.)

시험예 1: 다공성 막의 기공 분석Test Example 1: Pore analysis of porous membrane

실시예 1을 통해 PGA가 고정된 다공성 막의 기공 크기를 확인하기 위하여 질소를 투입하여 상기 다공성 막에 질소를 흡착 또는 탈착 시켰으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.In order to confirm the pore size of the PGA-fixed porous membrane through Example 1, nitrogen was introduced into the porous membrane to adsorb or desorb nitrogen, and the result is shown in FIG.

도 3을 참조하면, isotherm 4 type의 질소 흡·탈착 곡선이 얻어졌으며, 이러한 결과는 상기 다공성 막에 기공이 잘 형성되었음을 알 수 있다. 이렇게 형성된 기공의 크기를 측정하여 도 4에 그 결과를 나타내었으며, 도 4를 참조하면, 다공성 막의 기공 크기는 평균 지름이 5 내지 30 nm인 것을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 3, a nitrogen adsorption / desorption curve of isotherm 4 type was obtained, and it can be seen that pores are well formed in the porous membrane. FIG. 4 shows the result of measurement of the size of the pores thus formed. Referring to FIG. 4, it can be seen that the average pore size of the porous membrane is 5 to 30 nm.

시험예 2: 다공성 막의 효소 고정 여부 분석Test Example 2: Analysis of enzyme fixation of porous membrane

실시예 1을 통해 PGA가 고정된 다공성 막에 효소가 잘 고정되었는지 확인하기 위하여 에너지 분산형 X선 분석기(Energy-dispersive X-ray spectrometer, Scanning Electron Microscope사의 JOEL JSM-6700)를 이용하여 원소 맵핑을 실시하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.In order to confirm whether the enzyme was immobilized on the PGA-fixed porous membrane in Example 1, element mapping was performed using an energy-dispersive X-ray spectrometer (JOEL JSM-6700 of Scanning Electron Microscope) The results are shown in FIG.

도 5의 (a)는 실시예 1의 다공성 막 단면을 나타낸 이미지이다.5 (a) is an image showing the cross section of the porous membrane of Example 1. Fig.

다공성 막의 구성 원소는 탄소, 질소, 산소이며, 효소는 탄소, 질소, 산소 및 황의 구성원소로 이루어져 있으므로, 상기 황 원소에 대한 존재 여부를 통해 효소의 고정 여부를 확인할 수 있다.Since the constituent elements of the porous membrane are carbon, nitrogen, and oxygen, and the enzyme is composed of carbon, nitrogen, oxygen, and sulfur, it is possible to confirm whether the enzyme is immobilized through the presence or absence of the element.

이에, 황 원소에 대한 원소 맵핑을 실시한 결과, 도 5의 (b)에서 보는 바와 같이 흰색의 점으로 표시된 황 원소가 고르게 분포되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 이는 효소가 다공성 막의 단면 내부에 고르게 분포되어 있음을 확인할 수 있다.
As a result of the element mapping for the sulfur element, it can be seen that the sulfur element indicated by the white dot is evenly distributed as shown in FIG. 5 (b). That is, it can be confirmed that the enzyme is uniformly distributed in the cross section of the porous membrane.

시험예 3: 항생제 정량 분석Test Example 3: Quantitative analysis of antibiotics

실시예 2를 통해 제조된 항생제의 정량을 분석하기 위하여, 고속 액체 크로마토그래피(High Performance Liquid Chromatography, HPLC)를 통해 Phenomenex Gemini C18 column(150 x 4.6 mm, particle size 5 ㎛)을 이용하여 물질을 분리하고 UV detector가 225nm에서 측정한 항생제의 흡수량으로 정량 분석을 실시한 후, 하기 계산식 1을 통해 변환양을 계산하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.To analyze the quantitation of the antibiotics prepared in Example 2, the material was isolated using a Phenomenex Gemini C18 column (150 × 4.6 mm, particle size 5 μm) through high performance liquid chromatography (HPLC) And the amount of antibiotics measured by UV detector at 225 nm was quantitatively analyzed. The amount of conversion was calculated by the following equation 1, and the results are shown in FIG.

[계산식 1][Equation 1]

Conversion(%) = (experimental amoxicillin amount/theroretical amoxicillin amount) × 100Conversion (%) = (experimental amoxicillin amount / theroretical amoxicillin amount) × 100

도 6을 참조하면, 약 70%의 일정한 conversion을 수득하였음을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 종래의 항생제 제조방법을 통한 수득율에 비하여 현저히 향상된 수치로서, 다공성 막에 고정된 효소의 촉진반응으로 인하여 반응성이 향상되었으며, 이로 인하여 고수율의 항생제를 제조할 수 있음을 의미한다.
Referring to FIG. 6, it can be seen that a constant conversion of about 70% was obtained. These results are remarkably improved as compared with those obtained by the conventional method of producing antibiotics, which means that the reactivity of the enzyme immobilized on the porous membrane is enhanced by the accelerated reaction, and thus a high yield of the antibiotic can be produced.

따라서, 본 발명의 여러 구현예에 따르면, 전량 여과방식(Dead-end)을 이용하여 항생 물질의 합성 반응을 촉진할 수 있는 효소를 다공성 막에 안정적으로 고정시킬 수 있다.Therefore, according to various embodiments of the present invention, the enzyme capable of promoting the synthesis reaction of the antibiotic substance can be stably fixed to the porous membrane using the dead-end filtering method.

또한, 상기 효소가 고정된 다공성 막을 이용한 전량 여과방식(Dead-end)을 통해 항생제를 제조함으로써 고수율을 갖는 항생제를 제공할 수 있다.In addition, an antibiotic having a high yield can be provided by preparing an antibiotic through a dead-end filtration method using the porous membrane with the enzyme fixed thereto.

10; 투입구
20; 하단 부
10; Inlet
20; Bottom part

Claims (9)

항생 물질의 합성 반응을 촉진시키는 효소가 고정된 다공성 막으로서,
상기 다공성 막은 기공에 의해 3차원으로 상호 연결되어 있으며,
상기 다공성 막은 각각 2 내지 4개의 관능기를 가지는 제1 단량체와 제2 단량체의 중합으로 3차원 네트워크를 형성하며,
상기 제1 단량체의 관능기는 아미노기이며,
상기 제2 단량체의 관능기는 이소시아네이트기, 아실할라이드기 또는 에스터기이고,
상기 제1 단량체 또는 제2 단량체 중 적어도 하나는 4개의 관능기를 가지며,
상기 효소는 페니실린 지 아실레이즈, 페니실린 브이 아실레이즈, 및 세파로스포린 씨 아실레이즈 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 효소가 고정된 다공성 막.
An enzyme-immobilized porous membrane for promoting the synthesis reaction of antibiotics,
The porous membrane is interconnected in three dimensions by pores,
The porous membrane forms a three-dimensional network by polymerization of a first monomer and a second monomer each having 2 to 4 functional groups,
The functional group of the first monomer is an amino group,
The functional group of the second monomer is an isocyanate group, an acyl halide group or an ester group,
Wherein at least one of the first monomer or the second monomer has four functional groups,
Wherein the enzyme is at least one selected from the group consisting of penicillin glycosylase, penicillin V acylase, and cephalosporin acylase.
제1항에 있어서,
상기 항생 물질은 폐니실린계, 또는 세파로스포린계인 것을 특징으로 하는 효소가 고정된 다공성 막.
The method according to claim 1,
Wherein the antibiotic substance is a clathrin-based or cephalosporin-based enzyme-fixed porous membrane.
(B) 제1항 또는 제2항에 따른 효소가 고정된 다공성 막에 항생 물질의 유도체 용액을 투과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항생제의 제조방법.
(B) permeating a solution of a derivative of an antibiotic to the porous membrane to which the enzyme according to claim 1 or 2 is immobilized.
제3항에 있어서,
상기 항생 물질의 유도체는 제1 유도체 및 제2 유도체를 포함하고,
상기 제1 유도체와 상기 제2 유도체는 1:1 내지 3의 몰(M) 비율로 혼합되어 있으며,
상기 제1 유도체와 상기 제2 유도체는 서로 상이하며,
각각 독립적으로 6-아미노페니실란 산, p-히드록시페닐글리신메틸에스터, 7-Aminodesacetoxycephalosporanic acid, 및 페닐글리신 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 항생제의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the derivative of the antibiotic comprises a first derivative and a second derivative,
The first derivative and the second derivative are mixed in a molar ratio of 1: 1 to 3,
Wherein the first and second derivatives are different from each other,
Aminophenylacetic acid, p-hydroxyphenylglycine methyl ester, 7-aminodesacetoxycephalosporanic acid, and phenylglycine are each independently at least one selected from the group consisting of 6-aminopenicillanic acid, p-hydroxyphenylglycine methyl ester, 7-aminodesacetoxycephalosporanic acid and phenylglycine.
제4항에 있어서,
상기 제1 유도체는 6-아미노페니실란 산이고,
상기 제2 유도체는 p-히드록시페닐글리신메틸에스터인 것을 특징으로 하는 항생제의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the first derivative is 6-aminopenicillanic acid,
Wherein the second derivative is a p-hydroxyphenylglycine methyl ester.
제3항에 있어서,
상기 항생제의 제조방법은 (A) 항생 물질의 유도체 용액을 제조하는 단계를 추가로 포함하고;
(A) 단계는,
(a-1) 제1 유도체 용액을 제조하는 단계;
(a-2) 제2 유도체 용액을 제조하는 단계; 및
(a-3) 상기 제1 유도체 용액과 제2 유도체 용액을 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 항생제의 제조방법.
The method of claim 3,
The method for producing an antibiotic further comprises: (A) preparing a derivative solution of an antibiotic;
(A)
(a-1) preparing a first derivative solution;
(a-2) preparing a second derivative solution; And
(a-3) mixing the first derivative solution and the second derivative solution.
제3항에 있어서,
상기 (B) 단계는 전량 여과 방식으로 투과되는 것을 특징으로 하는 항생제의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the step (B) is carried out in a total amount filtration manner.
제3항에 있어서,
상기 (B) 단계는 질소 분위기 하에서 2 내지 7 bar의 압력으로 수행되는 것을 특징으로 하는 항생제의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the step (B) is carried out under a nitrogen atmosphere at a pressure of 2 to 7 bar.
제3항에 있어서,
상기 항생 물질은 폐니실린계, 또는 세파로스포린계인 것을 특징으로 하는 항생제의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the antibiotic substance is a hysinicin-based or cephalosporin-based antibiotic.
KR1020160068897A 2015-10-07 2016-06-02 Porous network membrane immobilized enzyme and preparation method of antibiotics using the same Active KR101850958B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/288,190 US20170101660A1 (en) 2015-10-07 2016-10-07 Enzyme-immobilized porous membrane and preparation method of antibiotics using the same
US16/658,705 US11359224B2 (en) 2015-10-07 2019-10-21 Enzyme-immobilized porous membrane and preparation method of antibiotics using the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562238145P 2015-10-07 2015-10-07
US62/238,145 2015-10-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170041617A true KR20170041617A (en) 2017-04-17
KR101850958B1 KR101850958B1 (en) 2018-04-20

Family

ID=58703242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160068897A Active KR101850958B1 (en) 2015-10-07 2016-06-02 Porous network membrane immobilized enzyme and preparation method of antibiotics using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101850958B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
KR101850958B1 (en) 2018-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lu et al. Homochiral MOF–polymer mixed matrix membranes for efficient separation of chiral molecules
CN103920534B (en) A metal-organic framework material immobilized alkaline ionic liquid catalyst and preparation method thereof
KR101565031B1 (en) Porous monolithic organic network membrane immobilized enzyme and preparation method thereof
US20130228520A1 (en) Polymer coatings that resist adsorption of proteins
Gao et al. Preparation of surface imprinted material of single enantiomer of mandelic acid with a new surface imprinting technique and study on its chiral recognition and resolution properties
Xu et al. Fabrication of a robust MOF/aerogel composite via a covalent post-assembly method
US8465669B2 (en) Monolith separation medium for chromatography and process for producing the same
US11359224B2 (en) Enzyme-immobilized porous membrane and preparation method of antibiotics using the same
KR101850958B1 (en) Porous network membrane immobilized enzyme and preparation method of antibiotics using the same
JP2020537535A5 (en)
CN106117259A (en) A kind of controllable method for preparing of covalent organic frame material different size crystal grain
JP6244427B2 (en) Ion exchange membrane
US9006135B2 (en) Absorbent comprising hydrophobic mesoporous material for removal of harmful pharmaceuticals from aqueous environment
CN110650944B (en) Silica-based zinc catalysts, their preparation and use in the alkoxycarbonylation of amines
JP2008291207A (en) Helical polymers with basic amino acids
Yamasaki et al. Preparation of new photo-crosslinked β-cyclodextrin polymer beads
Zhang et al. Facile one-pot preparation of chiral monoliths with a well-defined framework based on the thiol–ene click reaction for capillary liquid chromatography
Cichelli et al. Chiral permselectivity in nanoporous opal films surface-modified with chiral selector moieties
CN101892216A (en) Preparation method of polyamide-amine dendritic molecule as carrier material for aminoacylase immobilization
CN114805861A (en) Preparation method of polystyrene microspheres for hydrophilic biological separation
CN108329259B (en) A kind of pyridine amide oligomer, its preparation method and application
CN104428667B (en) Agent for separating optical isomers
RU2209658C1 (en) Method of manufacturing modified cellulose acetate membranes
Stott et al. A 3D-polyphenylalanine network inside porous alumina: Synthesis and characterization of an inorganic–organic composite membrane
Moghaddam et al. Ionic liquid-based periodic mesoporous organosilicas: Metal/solvent-free synthesis of formamides and formamidines

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20160602

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20170214

Patent event code: PE09021S01D

AMND Amendment
PG1501 Laying open of application
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20170529

Patent event code: PE09021S01D

AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
PE0601 Decision on rejection of patent

Patent event date: 20180119

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PE06012S01D

Patent event date: 20170529

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I

Patent event date: 20170214

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event code: PE06011S01I

AMND Amendment
PX0901 Re-examination

Patent event code: PX09011S01I

Patent event date: 20180119

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX09012R01I

Patent event date: 20170731

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX09012R01I

Patent event date: 20170413

Comment text: Amendment to Specification, etc.

PX0701 Decision of registration after re-examination

Patent event date: 20180413

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event code: PX07013S01D

Patent event date: 20180323

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX07012R01I

Patent event date: 20180119

Comment text: Decision to Refuse Application

Patent event code: PX07011S01I

Patent event date: 20170731

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX07012R01I

Patent event date: 20170413

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event code: PX07012R01I

X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20180416

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20180417

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20210401

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20220330

Start annual number: 5

End annual number: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20230508

Start annual number: 6

End annual number: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20240502

Start annual number: 7

End annual number: 7