鄔麗麗，袁曉燕，盛京
（天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津300072, Email: yuanxy@tju.edu.cn）
靜電紡絲是聚合物溶液或熔體借助于高壓靜電作用進(jìn)行噴射拉伸而形成超細(xì)纖維的紡絲工藝。得到的纖維具有比表面積大、孔隙率高的特點(diǎn)。將靜電紡絲超細(xì)纖維作為固定化酶的載體，有利于酶與底物充分接觸，減小空間位阻的作用，因而有廣闊的發(fā)展前景[1]。
在靜電紡絲過(guò)程中，外電場(chǎng)加到聚合物溶液（熔體）中時(shí)，帶電液滴在電場(chǎng)力的作用下被拉伸、變形，形成噴射細(xì)流。細(xì)流在噴射過(guò)程中產(chǎn)生不穩(wěn)定鞭動(dòng)，分裂為更細(xì)的細(xì)流，最終在接收屏上形成非織造布狀的纖維氈。用靜電紡絲的方法可以制備直徑為3 nm－1 µm超細(xì)纖維，這在生物醫(yī)學(xué)、分離、化妝品、防護(hù)服等方面有廣闊的應(yīng)用前景[2]。
酶是一種由細(xì)胞產(chǎn)生的具有催化能力的蛋白質(zhì)，能在常溫、常壓、中性pH值等條件下高度專一有效地催化底物發(fā)生反應(yīng)。酶的固定化就是通過(guò)化學(xué)或物理的處理方法，使原來(lái)水溶性的酶與固態(tài)的水不溶性載體相結(jié)合或被載體包埋。固定化酶與水溶性酶相比，具有極易將固定化酶與底物和產(chǎn)物分開、可以重復(fù)使用、穩(wěn)定性好、反應(yīng)過(guò)程可控等優(yōu)點(diǎn)。
纖維素酶是纖維素生物轉(zhuǎn)化過(guò)程中所必須的生物催化劑，它在pH值為3.0～5.5、溫度為40~50℃時(shí)具有最大活性。纖維素酶具有很廣的底物作用范圍，可以分解各種含纖維素的天然物質(zhì)，因此在醫(yī)學(xué)、食品等工業(yè)都具有重要的應(yīng)用。在靜電紡絲中，可以使用含有少量纖維素酶的聚乙烯醇(PVA)溶液（以pH值為4.6醋酸緩沖溶液為溶劑），得到的超細(xì)纖維以戊二醛蒸氣交聯(lián)后即得到PVA固定化纖維素酶。
PVA超細(xì)纖維固定化纖維素酶的活性受固定化條件、反應(yīng)條件、儲(chǔ)存條件等因素的影響。本文研究了載有纖維素酶的PVA超細(xì)纖維的形貌變化以及載酶率、交聯(lián)度和重復(fù)使用對(duì)纖維素酶活性的影響。
超細(xì)纖維的形態(tài)
純PVA靜電紡絲可以得到形態(tài)均勻的超細(xì)纖維[Fig.1(a)]，而隨著纖維素酶的加入，在均勻的纖維間出現(xiàn)梭形珠[Fig.1(b)]，并且隨著酶含量的增大，梭形珠變大，數(shù)量增加。
載酶率對(duì)活性的影響
靜電紡絲法固定化纖維素酶能夠保持較高的活性，且其活性明顯大于相同溶液制得的澆鑄膜。隨著載酶率的增大，固定化酶中纖維素酶的活性是降低的，但是固定化酶的絕對(duì)催化能力是增加的[Table1]。
交聯(lián)時(shí)間對(duì)活性的影響 交聯(lián)反應(yīng)對(duì)固定化纖維素酶的活性影響很大。交聯(lián)時(shí)間由0增加至4 h時(shí)，PVA超細(xì)纖維固定化纖維素酶的活性逐漸降低。交聯(lián)1 h較不交聯(lián)的活性降低最為明顯，隨著交聯(lián)時(shí)間的進(jìn)一步增長(zhǎng)，靜電紡絲固定化酶的活性降低趨于平緩。
重復(fù)使用對(duì)活性的影響 靜電紡絲超細(xì)纖維固定化纖維素酶在重復(fù)使用時(shí)的活性隨著重復(fù)次數(shù)的增加而降低，而且初始時(shí)降低程度較大，重復(fù)四次以后酶的活性趨于恒定。
致謝 本工作得到高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助(No.20020056048)
參考文獻(xiàn)
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[2] Zheng M, Zhang Y Z, Kotaki M, Ramakrishna S. A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites[J], Composites Science and Technology, 2003, 63, 2223-2253.
論文來(lái)源:2004年全國(guó)高分子材料科學(xué)與工程研討會(huì)論文集
