[发明专利]一种防污酶在无机涂层表面的固定化方法

说明书

本发明属于防污酶固定化技术领域，具体涉及一种防污酶在无机涂层表面的固定化方法，使用烷氧基硅烷、氨基硅烷、硅溶胶制备表面含有氨基基团的无机涂层，将防污酶通过戊二醛的连接作用固定于透明的硅溶胶无机涂层表面，使无机涂层在具有良好防腐性能的同时具备了较好的防污性能，应用于海洋船舶、结构物(船坞、钻井平台、墩和桩)等的表面防污以及水下装备观察窗等关键部位的防腐防污，还能够为酶基防污涂层材料的制备提供技术支撑；其制备方法简单可行，所用原料便宜易得，大大降低了制作成本，硅溶胶无机涂层固定化防污酶具有较好的透明性和良好的防腐与防污性能，在海洋环境中的表面防污和防腐防污方面应用前景广阔。

技术领域：

本发明属于防污酶固定化技术领域，具体涉及一种防污酶在无机涂层表面的固定化方法，采用烷氧基硅烷、氨基硅烷、硅溶胶制备表面含有氨基基团的无机涂层，基于戊二醛的连接作用将防污酶形成防污酶共价固定在无机涂层表面。

背景技术：

海洋污损生物也称为海洋附着生物，是生长在船底和海中一切设施表面的动物、植物和微生物的总称，污损生物附着生长过程称为生物污损。海洋生物污损对船舶、水下装备和海上人工设施造成严重危害，必须采用有效措施防止海洋生物对其造成的污损附着。有机锡防污涂料因严重危害海洋生态和环境，已被禁止使用；现有技术中广泛使用的含铜元素防污涂料由于会导致海湾铜元素累积，并同样导致严重海洋生态环境问题，在一些国家已被限制使用并面临禁用的趋势。针对海洋生物污损对船舶及海上人工设施造成严重危害以及传统有毒防污涂料面临禁用和限制使用的背景，开发环境友好型海洋防污涂料具有重要意义，其中酶基防污涂层技术由于其环保性、高效性和广普性已引起世界各国广泛关注和深入研究，成为新型对环境友好防污材料发展的重要方向之一。研究发现，海洋污损生物附着基础大抵相同，其黏附物质包含蛋白质类、多糖类和脂质类等物质。基于酶的分解作用直接分解黏附物质可以对其附着产生有效的抑制作用，例如蛋白酶分解蛋白类黏附物质、淀粉酶分解多糖类黏附物质、脂肪酶分解脂质类黏附物质等。利用酶对污损生物黏附物质高效的水解活性和良好的环境友好性发展酶基防污涂层材料是海洋防污技术重要发展趋势，防污酶的固定化处理是其应用过程中的重要环节。

根据作用力将防污酶常用的固定方法分为物理吸附法、包埋法、交联法和共价结合法。酶固定化载体主要有无机载体和有机载体两大类，无机载体主要有硅藻土、硅胶、多孔玻璃和介孔分子筛等多孔无机材料，有机载体主要包括天然高分子载体(如海藻酸钠、纤维素、壳聚糖等)和合成有机高分子载体(如大孔树脂、合成纤维等)。Gatenholm等证实包埋在涂料里的细菌仍可保持活力并产生生物活性成分；Holmstrom等则探讨了影响固定于凝胶中细菌活力的因素及所需条件；Dandavate、Yilmaz分别将假丝酵母脂肪酶共价固定在硅纳米粒子和玻璃微珠表面，获得可重复利用和用于酯化合成的酶制剂；Huijs等人通过聚合物中的乙酰乙酸基、醛基、氯甲基等进行酶的固定化。固定化酶及防污测试结果表明，通过涂层粘结剂的官能团共价连接固定酶能够产生有效的防污作用，以这种方式应用的酶在涂层中体现出显著的防污效果，另外固定化也提高了酶防污性能。Biolocus公司申请的美国专利US20080038241公开了一种用有机硅-丙烯酸自抛光树脂作为成膜物，用酶催化产生过氧化物作防污剂的防污涂料；韩国大学研究与商业基金申请了用酶与纤维混合物作防污物质的防污涂料；国际知名的丹麦酶制剂公司GENECOR公司与著名涂料生产厂商HEMPEL公司合作研发基于葡萄糖化酶和己糖氧化酶联合作用生产双氧水的防污新技术，目前该技术已经成功应用到防污涂料中，并已开始实船应用。