[发明专利]一种pH和光响应性聚合物载体材料及其制备和固定化果胶酶的应用

说明书

本发明公开了一种pH和光响应性聚合物载体材料及其制备和固定化果胶酶的应用，该载体材料的结构式为：式中z的取值为50～60的整数，m取值为80～95的整数，n取值为10～30的整数，其通过原子转移自由基聚合、点击化学反应联合使用制备。本发明载体材料具有pH和光响应性，其与聚乙烯‑b‑聚甲基丙烯酸酯在水溶液中形成核‑壳型胶束，该胶束用于固定化果胶酶，使固定化果胶酶比游离果胶酶具有更好的温度、pH和储藏稳定性及其重复使用性。且通过环境刺激响应，使固定化果胶酶逐渐与底物相互接触发挥其催化作用。

技术领域

本发明属于酶工程技术领域涉，具体及一种具有pH、光响应的聚合物载体材料，以及该载体材料的制备方法和其在固定化果胶酶中的应用。

背景技术

酶是一种具有高效性、专一性、特异性的生物催化剂，但酶的高级结构对于环境的改变很敏感，物理、化学、生物因素都有可能使酶失活甚至变性，例如高温、强酸、强碱等环境，而且在重复利用性和储藏稳定性方面也大大受到了限制。

介于此，固定化酶技术的发展越来越受重视。固定化酶可以在相同的极端环境下比自由酶表现出更好的稳定性，并且具有催化产品分离的优点，所以在许多领域已经有了很大的使用价值，例如，药物化学、食品化学和能源产品方面等。对于酶的固定化，载体是固定化技术的关键，良好的固定化载体材料具有稳定性好、对生物无毒性、机械强度高、不易引起酶变形等特点。一般固定化载体材料可分为天然高分子材料(海藻酸钠、纤维素等)、有机高分子材料(聚丙烯酰胺、聚乙烯醇等)和无机材料(二氧化硅、氧化铝等)。

多功能性高分子载体材料能够在外部环境的改变下导致相应的物理结构和化学性质的变化，具有良好的生物相容性、稳定性好等特点，是一种较好的固定化酶载体材料。其形貌结构可以通过环境的相应刺激而改变，间接性地调节固定化酶的活性。目前，关于酶的固定化方法主要分为物理吸附法，共价键法和包覆法。对于刺激响应型高分子载体，包覆法在环境的改变下会导致酶在反应体系中的遗漏；共价键法可以将酶以共价键的形式结合到载体上，但是由于酶分子结构的改变会影响酶的活性；物理吸附包括酶与载体之间的氢键、范德华力、亲疏水作用以及静电吸附作用，该方法既简单又不会影响酶的活性位点。

基于此，选择一种在不影响固定化酶量，保持酶的稳定性、重复利用性的基础之上，能够有效地调控固定化酶活性的载体材料对于固定化酶技术领域起着重要的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有pH和光响应性的聚合物载体材料，以及该载体材料的制备方法，并为该载体材料提供一种新的应用。

解决上述技术问题所采用的聚合物载体材料的结构式如下所示：

式中z的取值为50～60的整数，m取值为80～95的整数，n取值为10～30的整数。

上述聚合物载体材料的具体合成路线和合成步骤如下：

1、以溴异丁酸-5-丙炔基醚-2-硝基苄酯(alkyne-ONB-Br)为小分子引发剂、N,N-二乙基胺基甲基丙烯酸乙酯(DEAEMA)为单体、CuBr为催化剂、PMDETA为配体、环己酮(CYC)为溶剂，在氮气氛围下进行ATRP反应，得到式I所示的端基为炔基的聚N,N-二乙基胺基甲基丙烯酸乙酯(alkyne-ONB-PDEAEMA-Br)。

2、以alkyne-ONB-PDEAEMA-Br为引发剂、数均分子量为300的甲基丙烯酸单甲氧基聚乙二醇酯(PEGMA)为单体、CuBr为催化剂、PMDETA为配体、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，在氮气氛围下进行ATRP反应，得到式II所示的端基为炔基的聚N,N-二乙基胺基甲基丙烯酸乙酯-b-聚甲基丙烯酸单甲氧基聚乙二醇酯(alkyne-ONB-PDEAEMA-b-PPEGMA)。