磁变性淀粉微球固定化酶技术

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1、磁变性淀粉微球固定化酶技术孔庆龙所谓酶的固定化是指利用化学或物理手段将游离的酶定位于限定的空间区域并使其保持活性和可反复使用的一种基本技术。在理论及实际应用上，酶固定化技术克服了游离酶的许多缺点，但是固定化酶技术目前还存在固定效率低、载体的有毒性、成本高、稳定性差、不能大规模生产等问题，这些都限制了固定化酶技术的发展与应用。在固定化酶技术中，载体材料的结构和性能对酶的活性保持及应用至关重要，因此对固定化酶载体的研究成为该领域研究的热点。磁性微球固定化酶就是利用磁性微体作为载体进行酶的固定化，由于其具有环保、酶重复

2、利用效果好和降低生产成本等优点，近几年已经成为研究的焦点。磁性淀粉微球是一类性能优良的磁变性淀粉，它以淀粉类物质为载体，包埋金属或金属氧化物，或者在磁流体上共价吸附或聚合淀粉类物质形成的具有磁性的功能高分子材料，一般由磁核和淀粉分子层构成。目前在固定化酶中使用磁核以Fe3O4最为常见。当磁性粒子晶体直径小于30nm时，则具有超顺磁性。磁性淀粉微球的直径一般在微米级或纳米级，因此其具有超顺磁性，在外加磁场的作用下快速分离，容易被磁力控制、定向、定位移动和测定，此外，还具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和功能基特性

3、等纳米材料微粒子的特性，通过磁性淀粉微球表面的高分子壳层，可在其表面可引入一些功能基团(如-OH，-COOH，-NH2等)，通过这些基团可将酶修饰于磁性微粒表面。作为一种新的固定化酶载体材料，用磁性变性淀粉微球作为固定化酶的载体具有无毒、材料来源广、制备方便、成本较低、操作简便、可生物降解、从反应体系中易分离和回收、利用外部磁场可以控制磁变性淀粉材料同定化酶的运动方式和方向，替代传统的机械搅拌方式，提高固定化酶的催化效率等诸多优点，而且还具有良好的生物相容性，因此其在固定化酶领域展现了广泛的应用前景。1.磁变性淀

4、粉微球的制备根据不同的应用方式，磁变性淀粉微球有三种结构形式，即由金属或金属氧化物组成核，淀粉分子材料组成壳层；或者将淀粉材料作为核，磁性材料作为壳层；除此之外，也可以做成夹心结构，即外层、内层为淀粉分子材料，中间层为磁性材料。其中第一种研究得最多。高分子磁性微球的制备方法有很多，目前核壳式结构的磁性微球的制备方法主要有包埋法、单体聚合法、共沉淀法、原位法等。1.1包埋法：包埋法是运用机械搅拌、超声分散等方法使磁性粒子均匀分散于淀粉溶液中，通过雾化、絮凝、沉淀、蒸发等手段使淀粉材料包埋磁性粒子。磁性粒子表面与亲水

5、性淀粉分子之间存在一定的亲和力，所以若把磁性粒子浸泡于这些亲水分子的溶液中，再经过乳化等处理过程，就可以在磁性粒子表面形成淀粉分子壳层。为了增加微球的稳定性，可用交联剂交联高分子壳层等进行稳定化处理。利用包埋法制备的磁性微球，方法简单，但得到的粒子粒径分布宽，微球形貌不易控制。另外，微球中常含有乳化剂、沉淀剂等杂质，因而在免疫诊断等领域会受到很大的限制。同时由于磁性材料一般为亲水性颗粒，所以包埋的高分子一般也要为亲水性分子，否则很难将磁性微粒完全包裹。这在一定程度上进一步限制了包埋法的应用。1.2体聚合法：单体聚

6、合法是在磁性粒子和单体存在下，加入引发剂、稳定剂等进行聚合反应，得到内部包有磁性微粒的高分子微球，主要有悬浮聚合、分散聚合、乳液聚合、辐射聚合等单体聚合方法。单体聚合法的优点在于可以确保单体的聚合反应在磁性粒子表面顺利进行。由于磁性粒子是亲水性的，所以亲水性单体(如淀粉)容易在磁性粒子表面进行聚合，而对于亲油性单体(如苯乙烯等)聚合反应难以在磁性微粒表面进行，因此要对磁性微粒进行预处理或适当改变有机体的组成。单体聚合法制备的磁性微球粒径较大，且固载量小。目前研究较多的是乳液聚合法和分散聚合法。Noguchi等用乳

7、液聚合法制备了磁性高分子微球。邱广明等报道了磁性聚苯乙烯微球的合成，得到了稳定性好、单分散的磁性微球。1.3共沉淀法：共沉淀法是金属离子在碱性条件下与高分子共沉淀，一步反应生成磁性高分子微球的方法：2Fe3++Fe2++8OH-→Fe3O4+4H2O。共沉淀法制备方法简单，制得的磁性微球粒径小，比表面积大，但只适用于表面含有特定功能基团的聚合物，且由于磁性无机粒子在聚合物微球的表面发生沉积，所以最终制备出变性淀粉或多糖复合微球的表面不光滑，大小不均匀，磁响应性较差，同时也限制了磁性复合微球的应用。1.4原位合成法

8、：原位合成法是淀粉分子材料分子链上具有极性基团OH、-COOH等，在无氧条件下吸附二价铁离子(Fe2+)，然后滴入双氧水可把二价铁离子(Fe2+)氧化成Fe2O3或Fe3O4磁性粒子，从而制备得变性淀粉磁性微球。原位法合成的淀粉磁性微球的粒径和粒径分布取决于聚合物微球本身，因此磁性淀粉或多糖微球具有良好的单分散性，各微球的磁含量相同，在磁场下具有一致的磁响应性。VVeig