[发明专利]一种酶固定化复合材料及制备方法

说明书

本发明属于材料技术领域，公开了一种酶固定化复合材料及制备方法。该方法包括以下操作步骤：先将原始载体与碳纳米管结合，再用Cu²⁺进行鳌合，得到性能提高的载体，然后采用性能提高的载体对酶进行固定化，得到固定化酶。本发明的改性方法使载体材料性能得到提高，能够得到更大的酶载量和更高的酶活性，利用该载体固定化漆酶，提高酶的热稳定性、pH稳定性、操作稳定性和储存稳定性，并且增强了固定化酶的对天然和合成染料、酚及其衍生物、内分泌干扰素、药物和农药等污染物的吸附和降解能力，增强固定化酶在工业上的应用。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种酶固定化复合材料及制备方法。

背景技术

工业化的快速发展加剧了全球环境污染问题的严重性，各类有机化合物的排放对人类健康和生态安全可能造成长期的负面影响。酶是一种具有高度选择性和高效催化性能的生物催化剂，在生物燃料电池、生物传感器和环境污染的修复领域有着广泛的应用前景。其中，漆酶、辣根过氧化物酶和酪氨酸酶等能够催化氧化还原化合物的转化和降解，特别是酚类和非酚类芳香化合物，如天然和合成染料、酚及其衍生物、内分泌干扰素、药物和农药等。但是，酶在溶液中主要以游离态的形式存在时，稳定性差、使用寿命短、重复使用困难等限制了酶在工业上的进一步应用。酶的固定化能够有效地克服上述限制，包括膜或凝胶上的包埋，在载体材料表面的吸附以及与载体的共价结合。但是，酶在载体上的固定化会在一定程度上改变酶的结构，降低酶了的活性，使酶对底物的催化降解能力减弱。酶的性质和载体的性能是固定化酶两个关键的影响因素，可通过制备性能较好的复合载体来提高固定化酶的性能。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种具有较好性能的酶固定化复合材料的制备方法；利用该方法制备的固定化漆酶克服了现有的酶单独使用时，酶的稳定性差、对污染物的去除效果差、不可回收与不能重用等技术问题。同时，增大了固定化载体的比表面积，改善载体的性能，有效解决了酶在原始材料上固定化后酶活性大幅度降低的问题，从而提高固定化漆酶的性能。

本发明的另一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的酶固定化复合材料。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种酶固定化复合材料的制备方法，包括以下操作步骤：先将原始载体与碳纳米管结合，再用Cu²⁺进行鳌合，得到性能提高的载体，然后采用性能提高的载体对酶进行固定化，得到酶固定化复合材料。

所述原始载体为壳聚糖、海藻酸盐、二氧化硅、聚砜膜或静电纺丝纤维膜。

所述碳纳米管包括单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

所述酶为富含组氨酸残基的酶。

所述富含组氨酸残基的酶为漆酶、辣根过氧化物酶和酪氨酸酶。

所述Cu²⁺的来源为纳米铜、硫酸铜。

一种由上述的制备方法制备得到的酶固定化复合材料。

本发明的改性方法优选为在制备载体的过程中，先引入碳纳米管后进行Cu²⁺鳌合。

本发明中，采用在原始的固定化载体中引入碳纳米管进行载体复合、在溶液条件下混合原始载体与碳纳米管这两种使原始载体与碳纳米管结合的过程。

本发明的原理是：

酶的生物催化方法具有对难降解的有机化合物的有效去除、较低的能源需求和较温和的操作条件的特点，为水体中有机污染物的去除提供了一种环境友好的选择。酶在溶液中主要以游离态的形式存在时，具有稳定性差、使用寿命短、重复使用困难等缺点，限制了其在工业上的进一步应用。虽然酶的固定化过程能够有效地克服以上不足，但是由于固定化后蛋白的柔韧性较低和底物扩散受限，固定化酶的降解速率比游离漆酶效率的会发生降低。