[发明专利]基于金属有机框架材料包埋碳酸酐酶的Pickering微囊的制备及应用

说明书

本发明公开了一种基于金属有机框架材料包埋碳酸酐酶的Pickering微囊的制备方法，通过仿生矿化的方式将CA酶进行原位包埋，调控Znsupgt;2+/supgt;和有机配体的比例制备得到CA@ZIF‑L颗粒；引入具有丰富羧酸基团的PLGA和磷酸基团的DNA用作调节剂，利用静电引力对固体CA的表面进行修饰，得到PLGA‑CA@ZIF‑8颗粒和DNA‑CA@ZIF‑8颗粒；以Tris‑HCl缓冲液为水相，以十六烷为油相，将上述每种颗粒分别各自加入到水油相溶液中，反应静置后所得微囊即为W/O型Pickering微囊。由于COsubgt;2/subgt;分子在水相中的低溶解性阻碍了气相与液相之间的接触，因此构建Pickering界面酶催化有效的提高气液相的接触，提高COsubgt;2/subgt;的转化效率。

技术领域

本发明涉及用于Pickering乳化技术的二氧化碳催化系统，属于固定化酶催化领域。

背景技术

二氧化碳作为主要的温室气体，其含量的急剧上升是当前世界面临的重大环境问题，在近50年内二氧化碳气体浓度已经高达414.0ppm，降低大气中的二氧化碳的含量，将其捕获封存转化为有意义的增值产品意义重大。当前对二氧化碳分子的捕获技术主要有化学吸收法、物理吸附法、低温分离法、离子膜交换分离法等传统方法，这些传统技术往往存在成本昂贵，运行能耗大，污染大等缺点。因此开展使用环境友好型的生物催化剂作为一种绿色的二氧化碳捕获封存策略显得尤为重要。

碳酸酐酶(Carbonic anhydrase，CA)是一种生物催化剂，将CA酶用于二氧化碳的捕获，具有生物酶反应的高效性、专一性，并且反应产生的污染少，后处理操作简单，是一种绿色的生产工艺。CA酶可以完成二氧化碳到碳酸氢盐的高速催化转化，但是游离的CA酶不稳定极易受到外部环境(pH，温度等)的影响而失去催化活性。酶的固定化是在连续工业化中提高其催化性能的有效策略。酶的固定化将酶包埋在固体材料中可以提高酶的稳定性，使固定化酶易于与产物分离，且固定化酶增强了空间结构，具有一定机械强度和形状，可装填在反应器中进行催化反应，可以连续生产。

发明内容

本发明的目的在于提供用于Pickering乳化技术的二氧化碳催化系统构建。本发明制备方法中，利用框架材料的孔道结构将酶分子包埋在MOFs结构中，有效提高酶的稳定性。随后将固定化获得的颗粒作为Pickering乳液的乳化剂，构建Pickering界面CA催化CO₂转化系统，实现MOFs固定化策略与Pickering界面催化系统的有效结合，MOFs固定化酶尺寸结构的调控有利于气体分子在催化界面到活性位点的内扩散，Pickering界面催化系统构建有效促进气体分子与固定化酶的接触，有效提高外扩散过程，这种全新的CO₂生物催化系统通过内外扩散的提升来强化CA酶催化CO₂转化的性能。本发明制备原料廉价、易得，制备工艺简单易行。

本发明提出的一种基于金属有机框架材料包埋碳酸酐酶的Pickering微囊的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、通过仿生矿化的方式将CA酶进行原位包埋，调控Zn²⁺和有机配体的比例制备得到CA@ZIF-L颗粒；分别以PLGA和DNA为调节剂，利用静电引力对固体CA的表面进行修饰，所述PLGA和DNA中的羧基对Zn²⁺的竞争配位作用，使得复合材料形态演变出现缺陷结构，从而形成PLGA-CA@ZIF-8颗粒和DNA-CA@ZIF-8颗粒；

步骤二、以Tris-HCl缓冲液为水相，以十六烷为油相；调控水油相体积比20：(1-8)分别放置于多个玻璃反应器中；将步骤一制备得到的CA@ZIF-L颗粒、PLGA-CA@ZIF-8颗粒和DNA-CA@ZIF-8颗粒按照5-15mg的质量范围分别各自加入到上述的一个玻璃反应器中，剧烈摇动1-2min将颗粒与油水相混合，静置后，所得微囊即为W/O型Pickering微囊。

进一步讲，本发明所述的Pickering微囊的制备方法，其中：