[发明专利]一种同时具备分离、吸附和催化功能的多功能仿生膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于生物膜制备领域，涉及一种仿生膜及其制备方法和应用，尤其涉及一种同时具备分离、吸附和催化功能的多功能仿生膜及其制备方法和应用。

背景技术

酶作为一种生物催化剂，对环境敏感且易失活，通过对酶的固定化不仅能实现对酶的重复使用且增加了酶的稳定性。通过将生物酶固定化到分离膜内制备催化膜，可以实现选择性接收底物并在线分离产物，提高催化效率。常规的酶固定化方法包括物理吸附、包埋、共价键合和化学交联。CN102286453A公开了一种用醋酸纤维素/聚丙烯复合膜固定化磷脂酶的方法，该法采用吸附-交联相结合的固定化方法，但此法消耗大量戊二醛溶剂，且化学交联易造成酶失活。另外，可用静电或疏水吸附和逆向过滤包埋法将酶固定化到膜内(Jochems,P.,Satyawali,Y.et al.,Enzyme immobilization on/in polymeric membranes:status,challenges and perspectives in biocatalytic membrane reactors(BMRs),Green Chem.,2011(13)1609-1623)，从而最大程度的保持了酶的活性，但这些物理固定化方法稳定性较差，在反应过程中酶易泄漏和流失；采用逆向过滤方式进行催化反应，会造成原有膜分离层的抗污染性能丧失，污染物极易在支撑层内堆积，堵塞膜孔并将酶覆盖，降低分离和催化效果。

多巴胺是一种重要的人体激素和神经递质体，它可以在碱性条件和空气存在下发生自聚反应，并可沉积粘附在各种基材上，形成仿生涂层。此种方法源于贝壳类动物分泌的蛋白质可以有效的粘结在物体的湿表面，起主要作用的是 蛋白质中的二羟基苯丙氨酸。因此聚多巴胺也被称为“生物胶水”，目前已广泛应用于有机/无机膜的修饰和制备以及酶固定化。CN104028110A公开了一种利用多巴胺对正渗透膜筛网进行化学改性和修饰的方法，既保持了筛网原有优异的支撑层结构，又能增加筛网亲水性和反应性从而改善支撑层与分离层之间匹配性。但其制备的渗透膜的功能较为单一，且制备过程中需使用均三苯甲酰氯这种有机原料。CN103343116A公开了一种酶基磁性纳米粒，其是利用多巴胺包裹磁性纳米粒，然后利用化学键合将酶固定于纳米粒上，用于葡萄糖的检测，其并不能用于分离等其他用途。

可见在现有的生物催化膜制备技术中，存在载酶率不高、消耗有毒溶剂、酶活保持低以及膜本身性能下降或功能单一等不足，因此，在本领域，期望开发一种具有多种功能以及良好综合性能的高载酶率仿生膜。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种仿生膜及其制备方法和应用，尤其是提供一种同时具备分离、吸附和催化功能的多功能仿生膜极其制备方法和应用，所述仿生膜具有高通量、高抗污染性和高载酶量等特点。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种仿生膜，所述仿生膜为在超滤膜或纳滤膜内黏附有聚多巴胺涂层，在所述聚多巴胺涂层中包埋有酶分子。

本发明所述仿生膜将分离、吸附和催化功能集于一体，是一种具备分离、吸附和催化功能的多功能仿生膜。

在本发明中，超滤膜和纳滤膜可以为商品化的超滤或纳滤复合膜。

优选地，所述超滤膜或纳滤膜由分离层和支撑层组成，其分离层厚度为0.1-50微米，例如0.1微米、0.5微米、1微米、3微米、5微米、8微米、10微 米、15微米、18微米、20微米、25微米、28微米、30微米、35微米、38微米、40微米、45微米、48微米或50微米，支撑层厚度为100-500微米，例如100微米、120微米、150微米、180微米、200微米、240微米、280微米、300微米、340微米、380微米、400微米、430微米、450微米、480微米或500微米。

优选地，所述分离层的截留分子量为100-10000Da，例如100Da、200Da、300Da、500Da、800Da、1000Da、1500Da、2000Da、2500Da、3000Da、4000Da、5000Da、6000Da、7000Da、8000Da、9000Da或10000Da。

优选地，所述分离层的膜材料为醋酸纤维素、再生纤维素、磺化聚砜、聚酰胺、聚醚砜、磺化聚醚砜、聚哌嗪或聚乙烯醇中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述支撑层的膜材料为聚丙烯、聚烯烃或聚酯中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述聚多巴胺涂层是由多巴胺氧化自聚形成的。