[发明专利]巯基改性二氧化钛纳米纤维固定化酶及其制法与该固定化酶合成1，3-丙二醇的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米纤维固定化酶及其制备方法和该固定化酶的应用，尤其涉及巯基改性二氧化钛纳米纤维固定化酶及其制备方法和利用该固定化酶合成1，3-丙二醇的方法及专用设备。 

背景技术

随着酶固定化技术的不断深入，固定用载体也随之推陈出新，不再局限于用传统的无机材料（高岭土、硅藻土、氧化铝、硅胶等）或者多糖类材料（壳聚糖类、纤维素类、葡聚糖类）为载体，而趋向于选择提高固定化酶性能的新型功能性材料为载体，比如纳米材料、磁性材料、离子液体、环境pH敏感载体等。 

纳米材料的种类很多，有纳米粒子、纳米介孔材料、纳米纤维和纳米管。其中电纺纤维由于具有较大的比表面积和较小的底物扩散阻力等优势，快速发展成为固定化酶的优异载体材料。电纺纳米纤维尺寸一般在80nm到1.50μm之间，与尺度较小的纳米颗粒固定化酶所催化的液相催化过程相比，纳米纤维固定化酶解决了液相反应过程扩散阻力较大、难于回收等不足，再加上纳米纤维的高比表面积带来的高酶负载，突出了它在固定化酶载体材料应用中的潜能。同时，静电纺丝技术作为简便可控合成二氧化钛纳米纤维的一种新型手段，通过调节静电纺丝技术参数和纺丝溶液组成成分，容易实现对纳米纤维的直径、组成、形貌等进行精细调控，获得长径比大、比表面积高、高孔隙率、分等级的纳米结构，如C、ZnO、SiO₂、Fe₂O₃、TiO₂、WO₃、Al₂O₃等静二氧化钛纳米纤维，该纳米纤维可以更好地应用到酶分子固定和纳米酶反应器制备。 

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种负载量大、稳定性高的巯基改性二氧化钛纳米纤维固定化酶； 

本发明的第二目的是提供上述巯基改性二氧化钛纳米纤维固定化酶的制备方法； 

本发明的第三目的是利用上述巯基改性二氧化钛纳米纤维固定化酶合成1，3-丙二醇的方法； 

本发明的第四目的是提供上述巯基改性二氧化钛纳米纤维固定化酶合成1，3-丙二醇中的专用设备。 

技术方案：本发明所述的巯基改性二氧化钛纳米纤维固定化酶，包括多酶和用于固定该多酶的巯基改性二氧化钛纳米纤维载体；所述巯基改性二氧化钛纳米纤维载体是将二氧化钛纳米纤维分散于乙醇中，在超声条件下加入巯烃基硅烷偶联剂溶液，搅拌，洗涤，所获得巯基改性的二氧化钛纳米纤维。 

其中，所述多酶为基因工程大肠杆菌多酶、克雷伯杆菌的多酶或者木瓜蛋白酶与胰蛋白酶的混合溶液。 

本发明所述的巯基改性二氧化钛纳米纤维固定化酶的制备方法，包括如下步骤： 

（1）用静电纺丝制备二氧化钛纳米纤维； 

（2）将二氧化钛纳米纤维分散于乙醇中，在超声条件下加入巯烃基硅烷偶联剂溶液，搅拌，洗涤，获得巯基改性的二氧化钛纳米纤维； 

（3）向巯基改性的二氧化钛纳米纤维中依次加入戊二醛溶液和多酶溶液，振荡，抽滤，得到巯基改性二氧化钛纳米纤维固定化酶。 

其中，步骤（2）中，加入的巯烃基硅烷偶联剂溶液浓度为10～30g/L，二氧化钛纳米纤维与巯烃基硅烷偶联剂重量比为0.5～3.0：1，室温搅拌时间为20～30小时。 

步骤（3）中，加入的戊二醛浓度为2～10g/L，多酶溶液浓度为10～50mg/mL，巯基改性二氧化钛纳米纤维与多酶和戊二醛重量比为2～10：1：0.2～1.0，振荡时间为2～5小时，且得到的巯基改性二氧化钛纳米纤维固定化酶于2～5℃贮存在密封袋中。 

步骤（1）中，用静电纺丝制备二氧化钛纳米纤维具体为在10-18kV的静电压下，将电纺溶液以0.2～0.6ml·h^-1流速纺丝，烧结、去除高分子模板，即得二氧化钛纳米纤维；其中，所述烧结温度为500～650℃，烧结时间为3～6小时，所述电纺溶液由用量比为10～12mL：3～5mL：3～5mL：500～550mg的乙二醇、钛酸异丙酯、草酸和聚乙酸乙烯酯组成。 

本发明所述的利用巯基改性二氧化钛纳米纤维固定化酶合成1，3-丙二醇中的方法，向巯基改性二氧化钛纳米纤维固定化酶中通入底物反应液并控制反应液的pH、流速和反应温度，充分反应即可得到1，3-丙二醇。