[发明专利]一种动态键水凝胶的制备方法及其在酶固定化方面的应用

说明书

本发明一种动态键水凝胶的制备方法及其在酶固定化方面的应用，属于高分子材料领域。首先由芳香醛、氨基封端的聚合物以及含不同功能基团的胺，经亚胺生成反应聚合而成，并进一步与6‑氧‑羧甲基壳聚糖交联得到水凝胶。然后利用动态键水凝胶作载体，在制备过程中通过物理吸附法将靶点酶包裹于其中，实现酶的固定化。本发明与前期反应体系中动态键聚合物的直接添加相比，水凝胶固定化材料能显著增强酶的重复利用度。相对其他酶固定化材料，该方法简单易行，水凝胶的高含水量为酶提供了较好的外部催化环境，能较大程度维持固定化酶的体外活性。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，涉及到酶催化合成，特别涉及到一种动态键水凝胶的制备方法及其在酶固定化方面的应用。

背景技术

生物酶与人工催化剂相比，反应条件温和、过程高效、选择性高，因此在制药、食品等领域受到越来越多的关注。近年来，针对酶稳定性差、易失活、不能重复使用等特点，固定化酶技术得以快速发展。然而，酶固定化后，虽然生命周期得到延长，但大部分情况下，酶的活性有所降低。因此，如何提高固定化酶催化效率是目前市场的关键需求之一。

近年来，多种材料被用于酶的固定化研究，主要包括介孔材料、纳米材料、磁性材料、高分子材料等类别。其中高分子材料可分为天然高分子和合成高分子。天然高分子生物相容性好，来源广泛，如海藻酸、壳聚糖和淀粉等；合成高分子包括聚丙烯酰胺、聚乙二醇等，化学、物理性能可变性较大，易于对载体性质的调控。两者的联合应用也受到关注。此外，由高分子材料可进一步制备水凝胶，其含水量高，更接近酶的天然催化环境，对酶的活性有较好保持。

动态键聚合物是基于超分子作用或可逆共价反应连接的新型聚合物。在有外在刺激存在的条件下，聚合物连接的可逆特征赋予了其较好的结构可变性和可适应性，例如有生物酶存在时，该类聚合物会在酶周围形成与酶表面作用最优的结构。有文献报道，将可逆亚胺键连接的聚合物直接加入酶催化反应体系时，酶的活性得到明显增强(Chem.Commun.2016,52,4053,Chem.Commun.2016,52,13768)。但该方法的主要缺陷是酶无法回收利用，因此将此类动态键聚合物进一步制备成酶固定化材料—水凝胶显示出较好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种动态键水凝胶的制备方法及其在酶固定化方面的应用，其主要成分动态键聚合物首先由芳香醛、氨基封端的聚合物以及含不同功能基团的胺，经亚胺生成反应聚合而成，并进一步与6-氧-羧甲基壳聚糖交联得到水凝胶。该动态键水凝胶在制备过程中通过物理吸附法将靶点酶包裹于其中，起到固定化的作用。

本发明的技术方案：

一种动态键水凝胶的制备方法，步骤如下：

1)将芳香醛、氨基封端的聚合物以及含功能基团的胺在有机溶剂中混合，在60-80℃回流3-4天，进行亚胺生成反应；其中，芳香醛与氨基封端的聚合物的摩尔量之比为1:2～4:1；芳香醛与含功能基团的胺的摩尔量之比1:4～3:1；

所述的芳香醛为均苯三甲醛、邻苯二甲醛、对苯二甲醛或间苯二甲醛；

所述的氨基封端的聚合物为氨基封端的聚乙二醇、聚醚胺、聚四氢呋喃、壳聚糖或氨基修饰的透明质酸。

所述的氨基封端的聚合物为双(3-氨基丙基)聚乙二醇、聚醚胺D系列、双端(3-氨丙基)聚四氢呋喃、双端氨基封端的长链烷烃、四臂-聚乙二醇-氨基、聚醚胺T系列或聚醚胺ED系列，具体结构式分别为(A)～(G)：

所述的含功能基团的胺包含1～3个伯胺，且嵌有0-5个相同或不同的烷氧基、酰胺基、羟基亚甲基或仲胺基功能基团的烃链，烃链的碳数为2-12；结构式依次为(a)、(b)、(c)和(d)：