[发明专利]一种含脂肪酶-无机杂化纳米花的水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种二次固定化合成的含脂肪酶‑无机杂化纳米花的水凝胶型酶催化材料及其制备方法和应用。利用脂肪酶作为有机组分与无机金属离子通过自组装的方式合成脂肪酶‑无机杂化纳米花，然后将其包埋到生物相容性较好的含有至少两种亲水性聚合物的凝胶载体体系中，并通过反复冷冻‑解冻的方法制备得到含有脂肪酶‑无机杂化纳米花的水凝胶，其独特的三维网状结构使酶稳定存在于催化体系中，从而达到二次固定化的目的。本发明通过二次固定化，使脂肪酶免受外界环境的影响，从而使酶的稳定性得到了改善，进一步提高了酶的重复利用性。该催化材料无需与反应物进行分离，省去了酶与底物分离的步骤，在酶的固定化领域将有很广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于酶固定化领域，涉及一种二次固定化合成的含脂肪酶-无机杂化纳米花的水凝胶型酶催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

脂肪酶是一类可以在微水或非水相体系中催化甘油酯水解反应、酯化反应、转酯化反应的酶类，由于其具有较好的水溶性、反应专一性、高催化效率、生物相容性、低毒性等优点，使得其在能源、食品、洗涤、皮革、制药、纺织及造纸等行业中有着一定的应用，因此得到国内外学者广泛关注和研究。然而，脂肪酶作为工业催化剂在实际应用过程中仍存在很多缺陷，在反应剧烈的环境下容易出现稳定性降低、酶活损失甚至失活的现象，从而极大的限制了其进一步的工业化应用。为了解决这一难题，固定化技术得以提出并发展。

近几年来，国内外各方学者利用超分子组装的方法在合成具有三维花形结构的有机-无机杂化纳米花上取得了突破性的进展，这种方法将酶作为有机组分，金属离子作为无机组分，不但实现了酶的固定化，还极大地提高了酶的活性及稳定性，从而扩大了其在生物催化、生物传感、能源储存、气体检测、蛋白质组学分析等领域的应用潜力。然而，这种纳米花型催化材料的力学强度很低，容易受到外界环境或外力因素的影响从而导致稳定性降低，且需要离心才能将纳米花与底物分离，从而不利于工业化生产快速进行。

同时，有很多国内外学者通过包埋的方法将酶固定化到生物相容性较好、热稳定较好、多孔的聚合物水凝胶中，如：海藻酸钠凝胶微球、石墨烯聚合物复合水凝胶、壳聚糖-黏土纳米复合膜、硅聚合物凝胶微球等等，从而改善了酶催化材料的力学性能，提高了酶的稳定性，然而遗憾的是固定化后酶的扩散受到极大地限制，同时还伴有少量的酶从聚合物凝胶中溶出的现象，从而使其酶活性损失较为严重。因此，找寻一种既能提高酶活又能保证酶稳定性的固定方法是极为重要的。

发明内容

目前脂肪酶作为工业催化剂的在实际应用过程中仍存在很多缺陷，且在纳米级固定化后酶活虽有提高，但易受外界环境影响出现稳定性降低的现象，从而极大地限制了其进一步的工业化应用，因此为了解决这一难题，本发明提供了一种二次固定化方法，将脂肪酶-无机杂化纳米花和壳聚糖-PVA等亲水性聚合物构成的水凝胶二者优异的性能充分地结合在一起，从而得到具有一定强度且兼具较高催化活性及稳定性的含酶-无机杂化纳米花的水凝胶型酶催化材料。

本发明的技术方案如下：

一种含脂肪酶-无机杂化纳米花的水凝胶，其包括：

(a)脂肪酶和无机金属离子通过自组装而成的脂肪酶-无机杂化纳米花；

(b)含有至少两种亲水性聚合物的凝胶载体体系。

在上述技术方案中，所述的含脂肪酶-无机杂化纳米花的水凝胶由将所述的脂肪酶-无机杂化纳米花包埋到所述的凝胶载体体系中制备得到。

在上述技术方案中，所述的亲水性聚合物为壳聚糖、聚乙烯醇、海藻酸钠、海藻酸钙、或琼脂糖。

在上述技术方案中，所述的无机金属离子来源于氯化铜、硫酸铜、硝酸铜中的一种或多种。

本发明还提供上述的含脂肪酶-无机杂化纳米花的水凝胶的制备方法，包括如下步骤：