[发明专利]一种固定化酶载体材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种固定化酶载体材料，该载体材料由片层石墨烯包裹纳米花状磁性纳米球构成，具有较大比表面积，其无毒无害、对酶结合量大、结合稳定、对酶活力影响小、能够较好地维护酶分子空间构象，且适用范围广。本发明还涉及上述固定化酶载体材料的制备方法，采用该方法能够成功制备具有上述优良性能的酶载体材料。将上述固定化酶载体材料用于制备固定化碳酸酐酶，所制得的固定化碳酸酐酶酶活力较高，稳定性好，能够应用于工业生产，降低生物酶使用成本。

技术领域

本发明属于固相化酶技术领域，涉及一种固定化酶载体材料及其制备方法与应用。

背景技术

酶的固定化是指利用载体，通过物理、化学或生物方法将酶限制在一定空间内，再进行催化反应的一种酶工程技术。固定化酶不仅保留了游离酶专一、温和的催化特点，还明显提高了催化效率和稳定性，且可多次重复使用。固定化酶催化过程易调控，非常有利于与多种装置耦合和功能化集成，即可开展大规模工业生产，又能进行微型生化催化反应与在线分析检测。

碳酸酐酶是一种能快速、高效催化CO₂水合反应的低能耗金属含锌酶，广泛分布在除真菌外的各种动植物体内。碳酸酐酶是目前已知催化CO₂水合反应最快的生物催化剂，其催化CO₂水合反应速率最高可以是非催化反应速率的10⁹倍，是一种稳定、安全、无害的催化剂。目前碳酸酐酶的固定化主要有物理吸附法、离子吸附法、共价结合法、交联法和包埋法等，其中物理吸附法中吸附剂与游离酶之间作用力弱，吸附不牢固，易脱落；离子吸附法对载体的选择性高，结合量不高；交联法使用交联剂本身有毒性，且固定化酶活性较低；共价结合法由于共价键的存在，易造成酶分子空间构象的变化；包埋法适用范围小，且酶活损失较大。

因此，目前存在的问题是亟需研究开发一种对酶结合稳定、结合量大、无毒无害、不会造成酶分子空间构象的变化、酶活力损失小且适用范围广的碳酸酐酶固定化载体材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有技术存在的不足，提供一种固定化酶载体材料，该载体材料由片层石墨烯包裹纳米花状磁性纳米球构成，具有较大比表面积，其无毒性、对酶结合量大、结合力强、对酶活力影响小、能够较好地维护酶分子空间构象，且适用范围广。本发明的目的之二在于提供一种上述固定化酶载体材料的制备方法，采用该方法能够成功制备具有上述优良性能的酶载体材料。将上述固定化酶载体材料用于制备固定化碳酸酐酶，所制得的固定化碳酸酐酶酶活力较高，稳定性好，能够应用于工业生产，降低生物酶使用成本。

为此，本发明第一方面提供了一种固定化酶载体材料，其由片层石墨烯包裹纳米花状磁性纳米球构成。

根据本发明，所述纳米花状磁性纳米球包括Fe₃O₄磁性纳米粒子核、包覆于Fe₃O₄磁性纳米粒子核外的TiO₂层；优选地，所述TiO₂层外表面为花瓣状片层结构或近花瓣片层结构。

在本发明的一些实施例中，所述TiO₂层厚度在60-160nm。

根据本发明，所述片层石墨烯以包裹或半包裹纳米花状磁性纳米球的方式负载纳米花状磁性纳米球；优选地所述纳米花状磁性纳米球呈聚集状，形成聚集状球体。

在本发明的一些实施例中，纳米花状磁性纳米球的直径为300-800nm。

在本发明的另一些实施例中，所述聚集状球体的直径在1000-6000nm。

在本发明的又一些实施例中，片层石墨烯的片层数在1-5层。

在本发明的一些实施例中，所述固定化酶载体材料的比表面积为200-400m²·g^-1。