一种微波辅助改性固定化酶载体的方法及应用，具体涉及将碳纤维浸泡于中强酸或弱酸中并微波处理后表面亲水性增加的方法，并将其应用于酶的固定化。
背景技术：
中强酸或弱酸的应用不仅能为材料提供一个合适的孔隙结构而且能够在碳基材料表面提供不同的含氧官能团。中强酸或者弱酸的使用影响材料孔隙大小分布以及材料表面的化学性质，通过表面润湿性增加来达到改善材料表面的生物相容性的目的，含氧官能团的增加，有利于细胞粘附于固定化载体表面。目前研究表明，利用高温水处理磷酸等中强酸或弱酸的活化过程可以提高材料表面亲水性，但传统的加热处理方式需要消耗大量的时间和能量。使用微波进行加热处理，使材料在分子水平上通过偶极子旋转和离子传导的方式接收能量，进而形成热量。微波加热处理具有使材料均匀受热、快速升温和节能的优点，再辅助磷酸等中强酸或弱酸来有效提高碳基材料表面积和表面官能团的方法已经被证明是有效的。
碳纤维作为碳基材料的一种，广泛地应用于化工、材料、机械、航天等领域。目前研究表明，碳纤维具有较高的生物相容性且已应用于骨替代品、固定骨碎片等医疗方面。通过对碳纤维表面进行改性引入亲水基团进一步增加生物相容性，有望应用于酶的固定化。现有的碳纤维表面改性方法，如氧气、强酸、双氧水氧化等方法能有效改善碳纤维表面亲水性，但会对碳纤维表面结构造成破坏。
目前，使用微波辅助中强酸或弱酸改性碳纤维的方法以及对碳纤维表面形态的影响程度的相关研究及报道较少。使用微波辅助中强酸或弱酸以达到对碳纤维表面改性的目的，通过提高碳纤维表面润湿性，增加含氧官能团含量，来进一步提高生物相容性，并应用于酶的固定化研究。
技术实现要素：
本发明所要解决的问题是，提供一种更简单有效的改性碳纤维材料作为酶的固定化载体，并以此来提高多批次发酵的产率和效率的方法。
一种微波辅助改性固定化酶载体的方法及应用，具体步骤如下：
(1)酶固定化载体的预处理：利用有机试剂对碳纤维表面处理之后烘干备用；
(2)酶固定化载体的的改性：将预处理后的碳纤维浸泡于含中强酸或弱酸的容器中，然后微波下处理8-15min，再利用去离子水清洗5-10次后，烘干备用。
(3)改性酶固定化载体的应用：将改性后的碳纤维按照2.5-18g/l的加入量加入到含有酶溶液的培养瓶内，一定温度下搅拌，于4℃静置过夜，缓冲液洗去游离酶，得固定化酶。
进一步，所述的碳纤维预处理方式是用无水乙醇和丙酮比例为2-1/2的混合液浸泡碳纤维。
进一步，所述的碳纤维改性方法是将碳纤维按照碳纤维/中强酸或弱酸＝1.2-2.5(质量体积比)的比例浸泡于含中强酸或弱酸的容器中。
进一步，中强酸或弱酸为：磷酸、丁二酸、乳酸等，酸溶液的浓度为0.2-2mol/l。
进一步，所述的微波处理时间，更具体的是进行微波处理8-15min。
进一步，所述的碳纤维改性方法是利用微波对中强酸或弱酸进行辅助，微波频率为915-2450mhz。
进一步，所述的改性碳纤维的清洗，更具体的是用去离子水对碳纤维清洗6-8次直至清洗液ph为7.0。
进一步，经此改性后的碳纤维表面极性明显增强，改性前后碳纤维表面接触角由接近101.4°变化为77.8°，表面含氧官能团由6.58-9.32％增加至15.66-21.45％。
进一步，所述的碳纤维在经过微波辅助中强酸或弱酸改性之后，比表面积增加至22.42-30.05㎡·g-1。
进一步，所述的改性碳纤维固定化酶的应用中改性碳纤维更具体的是按照5-15g/l的加入量投入到酶溶液中。
进一步，所述的改性碳纤维的应用中所制得的固定化酶中酶主要为木糖苷酶、蔗糖酶、α-阿拉伯糖苷酶、木质素过氧化物酶。
进一步，经改性后的碳纤维固定化载体的固定化酶在重复使用率、酶活等方面都有所提高。
进一步，所述的改性碳纤维的应用是将微波辅助中强酸或磷酸改性后的碳纤维作为酶的固定化载体，可重复使用5-8次。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作更进一步的说明，以便本领域的技术人员更了解本发明，但并不因此限制本发明。
实施例1
微波辅助磷酸改性碳纤维固定化蔗糖酶的研究
将补强布pan基碳纤维短切为0.7cm，然后利用2倍碳纤维体积的1:1的无水乙醇与丙酮的混合液对其进行浸泡6h，取出用去离子水清洗碳纤维表面残留的丙酮后，再放入80℃鼓风干燥箱中烘干。
将烘干之后的碳纤维按照碳纤维/磷酸＝1.5(g/v)的比例浸泡于含磷酸的坩埚中，然后将坩埚放入2450mhz的微波下处理10min。再用去离子水冲洗至冲洗液ph为7.0。后将改性处理后的碳纤维放入80℃的烘箱中烘干，取出测定性质并备用。
接着按照15g/l的加入量将微波改性碳纤维投入到ph4.5的缓冲液所配制的蔗糖酶磷酸缓冲液中，并于45℃的条件下搅拌反应6h静置过夜，之后用无水乙醇和去离子水洗去游离酶，即可得到固定化蔗糖酶。
将固定化蔗糖酶按照15g/l的加入量投入到蔗糖溶液中反应40min。反应结束后测定酶活，同时将固定化蔗糖酶从反应液取出，用ph4.5的缓冲液冲洗后重新加入到新的反应液中，如此重复多批次实验。
本实施例中测定经改性处理后的碳纤维固定化载体的比表面积可达22.3m2/g，表面含氧量可达18.91％，且改性后的碳纤维极性明显增强，改性前后碳纤维表面接触角由接近101.4°变化为77.8°，固定于改性后的碳纤维载体上的酶的残留活性为25％，重复使用6～8次后，酶的活力仍可保留在62％～71％。
实施例2
微波辅助碳酸改性碳纤维固定化纤维素酶
将3kpan基碳纤维短切为1.0cm，然后利用2倍碳纤维体积的1：2的无水乙醇与丙酮的混合液浸泡8h，用去离子水清洗之后烘干。
将烘干之后的碳纤维按照碳纤维/碳酸＝2.0(g/v)的比例浸泡于含碳酸的坩埚中，然后将坩埚放入2450mhz的微波下处理12min。再用去离子水冲洗至清洗液ph为7.0。并将改性处理后的碳纤维放入80℃的烘箱中烘干，取出测定性质并备用。结果表明，碳纤维表面接触角为77.8°，表面含氧量为16.73％，比表面积为25.93㎡·g-1。
然后按照10g/l成球碳纤维,投入到ph4.2的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液所配制的α-阿拉伯糖苷酶溶液中，室温下利用磁力搅拌器搅拌反应6h，于4℃条件下静置过夜，之后用无水乙醇和去离子水水洗去游离酶，即可得到固定化α-阿拉伯糖苷酶。
将固定化a-阿拉伯糖苷酶按照5g/l的加入量投入到含有5mmol对硝基苯基-α-阿拉伯糖苷的去离子水中，45℃反应4min。反应结束后测定酶活。同时将固定化a-阿拉伯糖苷酶从反应液取出，用ph4.2的缓冲液冲洗后重新加入到新的反应液中。如此，重复多批次实验。经测定固定于改性后的碳纤维载体上的酶的残留活性为23％，重复使用7次后，反应酶活仍可保持在54％左右。