[发明专利]用于固定化酶的分级孔炭微球载体及其制备方法和应用

说明书

一种用于固定化酶的分级孔炭微球载体及其制备方法和应用，属于固定化酶领域。该用于固定化酶的分级孔炭微球载体具有介孔‑大孔两级孔结构，且介孔结构存在于大孔孔壁上，形成三维互通的孔结构；在其表面和孔内壁上存在含氧官能团；其介孔孔径为10‑50nm，大孔孔径为50大孔孔径≤220nm，比表面积为306‑631m²/g。其制备方法采用水热合成结合反向悬浮聚合法，再通过活性处理在分级孔炭微球表面及孔壁内构建含氧官能团，制备方法操作简单，成本较低，可控性强，重复性好。用本发明的用于固定化酶的分级孔炭微球载体固定果胶酶具有活性高、稳定性好、易回收等优点。

技术领域

本发明属于固定化酶技术领域，公开一种用于固定化酶的分级孔炭微球载体及其制备方法和应用。

背景技术

固定化酶(immobilizedenzyme)是20世纪60年代发展起来的新技术，被广泛用于食品生产、生物制药、生物传感器、医药工业、环保技术及生物技术等多种领域，如何提高固定酶活性、稳定性，重复使用性及其可再生性一直是研究的重点及难点。其中，载体作为固定化酶的重要组成部分，其结构和性能对固定化酶的性能和应用均具有重要的影响。

目前用于固定化酶的载体主要有无机材料、有机材料和无机有机复合材料，主要通过包埋法、吸附法、共价键结合法等将酶固定在载体上。包埋法只适合用于小分子底物和产物的酶催化反应；共价键结合法通常是通过酶分子表面氨基残基与载体上的活性基团的化学反应连接在一起，稳定性较好但会引起酶蛋白结构发生改变，使酶活性中心受损，进而导致酶活降低；吸附法操作简单，对于酶构象影响较小，但单纯的物理吸附法存在酶和载体相互作用较弱，酶易流失，稳定性较差等问题。因此如何控制固定化酶的微环境，提高固定化酶的固定化率和稳定性，是固定化酶技术领域的发展方向。

介孔炭材料的生物相容性好，无毒，物化性能稳定且具有丰富的孔结构，可为酶分子提供多点吸附和存储空间，而单一的介孔结构不利于大分子酶的吸附及酶和底物的接触，甚至可能造成阻塞现象。

针对上述问题，设计具有介孔-大孔结构的分级孔炭材料，介孔结构为酶的吸附提供吸附位点及存储空间，大孔结构提高酶和底物的接触，利于传质过程，避免发生阻塞现象。利用炭材料表面官能团丰富易活化处理构建含氧官能团的特性，结合孔结构的控制协同提升固定化酶的稳定性及活性。此外相比于块状和粉体材料而言，炭微球外表光滑规整、流动性好、强度高、耐磨且易于回收，因此本发明公开的用于固定化酶的分级孔炭微球载体及其制备和应用，对于固定化酶的工业化应用推广具有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于固定化酶的分级孔炭微球载体及其制备方法和应用，该用于固定化酶的分级孔炭微球载体尤其适用于固定果胶酶，本发明的用于固定化酶的分级孔炭微球载体是一种微观孔结构和宏观球状形貌可控的分级孔炭微球，其具有介孔-大孔两级孔结构，且介孔结构存在于大孔孔壁形成三维互通的孔结构，其中介孔结构为酶的固定提供活性位点及存储空间，大孔结构利于底物和酶的接触和传质过程。本发明的用于固定化酶的分级孔炭微球载体的制备方法采用水热合成结合反向悬浮聚合法，再通过活性处理在炭微球表面及孔壁内构建含氧官能团，制备方法操作简单，成本较低，可控性强，重复性好。用本发明的用于固定化酶的分级孔炭微球载体固定果胶酶具有活性高、稳定性好、易回收等优点。

本发明的一种用于固定化酶的分级孔炭微球载体，具有介孔-大孔两级孔结构，且介孔结构存在于大孔孔壁上，形成三维互通的孔结构；在用于固定化酶的分级孔炭微球载体的表面和孔内壁上存在含氧官能团；

所述的用于固定化酶的分级孔炭微球载体的介孔孔径为10-50nm，大孔孔径为50大孔孔径≤220nm，优选为80-220nm；比表面积为306-631m²/g。

所述的用于固定化酶的分级孔炭微球载体的宏观粒径分布在0.5-3.0mm。

所述的用于固定化酶的分级孔炭微球载体的制备方法，包括以下步骤：