[发明专利]中空介孔纳米碳球固定化酶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种中空介孔纳米碳球固定化酶及其制备方法，该中空介孔纳米碳球固定化酶，包括酶和用于固定所述酶的载体中空介孔纳米碳球，所述的中空介孔纳米碳球的颗粒直径为300～400nm，比表面积为1100～1200m²/g，外壳厚度为20～60nm，空腔尺寸为250～350nm，介孔的孔径尺寸为8～14nm；其制备方法包括如下步骤：1)二氧化硅/间苯二酚‑甲醛低聚物(SiO₂@RF)的制备；2)二氧化硅/碳(SiO₂@C)的制备；3)中空介孔纳米碳球的制备；4)酶在中空介孔纳米碳球上的固定化。本发明所述中空介孔纳米碳球固定化酶的物理构造和疏水性表面，可大幅度提高酶的固载量和稳定性，有利于酶活性位点的暴露，与常规吸附材料相比更有利于酶的吸附固定化与活性保持。

技术领域

本发明属于酶固定化技术领域，涉及一种中空介孔纳米碳球固定化酶及其制备方法。

背景技术

酶是一种绿色、高效的生物催化剂。但游离态的酶稳定性差，活性不高，且难以回收再利用，大大限制了其在工业中的应用。酶的固定化是指将天然的游离酶限定在一定空间而不能自由移动的一种技术，对酶的催化活性和稳定性均有较大提升。目前固定化酶在食品、医学、能源、环境等领域均得到了广泛的应用。固定化酶的载体是影响其性能的主要因素。常用的载体包括多孔硅材料、大孔树脂、分子筛等。硅胶等载体直接吸附固定化酶稳定性不高，酶容易脱落，需要进行复杂的表面改性；孔径大小要与酶的尺寸相匹配，过大容易造成酶的流失，过小会造成酶难以进入孔内，导致固载量低。专利ZL201110350307.0公开了一种凹凸棒土上固定化酶的方法，但需要对凹凸棒土表面进行复杂的硅烷化改性，且酶固载量不高；专利102443579A公开了一种应用双亲性多孔中空碳微球制备固定化酶的方法，中空碳材料的前驱体为酵母，酵母碳化形成载体材料的尺寸为微米级，比表面积不大，造成酶固载量不高(30.23mg/g)，孔径大于50nm，造成酶在使用过程中容易泄漏，稳定性不够高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种中空介孔纳米碳球固定化酶及其制备方法，能够大幅度提高酶固载量和稳定性，且无需表面改性即能实现酶的吸附固定化，酶活性高。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种中空介孔纳米碳球固定化酶，包括酶和用于固定所述酶的载体中空介孔纳米碳球，所述的中空介孔纳米碳球的颗粒直径为300～400nm，比表面积为1100～1200m²/g，外壳厚度为20～60nm，空腔尺寸为250～350nm，介孔的孔径尺寸为8～14nm。

按上述方案，所述中空介孔纳米碳球固定化酶的固载量在100～300mg/g范围内。

按上述方案，所述的酶主要包括脂肪酶、磷脂酶、漆酶、氧化酶、纤维素酶、蛋白酶或水解酶等。

上述中空介孔纳米碳球固定化酶的制备方法，主要步骤如下：

1)二氧化硅/间苯二酚-甲醛低聚物(SiO₂@RF)的制备：将硅源分散到反应溶剂中，加入催化剂和间苯二酚、甲醛，进行搅拌反应，所得固体即为二氧化硅/间苯二酚-甲醛低聚物(SiO₂@RF)；

2)二氧化硅/碳复合物(SiO₂@C)的制备：将二氧化硅/间苯二酚-甲醛低聚物(SiO₂@RF)在保护气体的作用下进行煅烧，得到二氧化硅/碳复合物(SiO₂@C)；

3)中空介孔纳米碳球的制备：用氢氟酸水溶液浸泡二氧化硅/碳复合物(SiO₂@C)去除二氧化硅模板，得到中空介孔纳米碳球；

4)酶在中空介孔纳米碳球上的固定化：将酶分散到缓冲溶液中，配制得到酶溶液；将中空介孔纳米碳球置于酶溶液和有机溶剂的混合溶液中进行酶的固定化，得到中空介孔纳米碳球固定化酶。