基于共价有机网络材料的多酶反应器及其制备方法

本发明涉及多酶反应器领域，具体涉及一种多酶反应器及其制备方法。

背景技术：

1、绿色生物制造是以工业生物技术为核心，利用酶或微生物，结合化工技术生产高价值目标化学品的加工过程，因具有绿色、低碳、节能、高效等优势，因而被广泛应用于化工、医药、食品、能源和能源领域。因此，提高细胞/酶制剂的催化效率和催化剂稳定性成为新的突破点。

2、在生物系统中，复杂的生物催化级联过程发生在不同的细胞膜分隔的细胞器中，以防止不同反应的相互干扰，从而以极高的效率进行物质生产。而这种快速高效的物质转化过程，通常需要两种或多种酶分子的协同工作，因此在受限的微尺度或纳米尺度环境中模拟自然生物代谢-转化过程，设计多酶催化系统引起了广泛关注，尤其是基于共价有机网络材料(covalent organic networks,cons)，构建多酶反应器(enzyme cascadenanoreactors,ecns)是一种通用的手段。基于纳米多孔材料的化学稳定性，显著提升酶分子的稳定性，尤其是循环稳定性。此外，共价有机网络材料的限域效应，可有效抑制中间产物的溶液体相扩散，促进酶分子周围形成高浓度的底物环境，强化多酶分子间的物质转化过程。然而，以快速、简单、绿色方法制备通透性高、结构稳定、生物相容性好的多酶反应器仍面临巨大挑战。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明提供一种基于共价有机网络材料的多酶反应器，以葡萄糖氧化酶(gox)-辣根过氧化物酶(hrp)的多酶催化过程为模型，开发了快速、简单、绿色策略制备多酶-共价网络杂化材料，构建了多酶反应器，强化了中间产物在多酶间的传递过程，实现了多酶催化过程的性能强化。基于共价有机网络材料的优异化学稳定性，显著提升了多酶分子的循环使用次数，同时在高温等酶易失活条件下仍具有较高的催化活性，显著降低了多酶分子的使用成本。此外，基于共价有机网络材料的限域效应，抑制了中间产物的溶液体相扩散，促进了中间产物在多酶间的快速传递，进一步提升了多酶反应器的效率。本发明涉及的是以通透性好、结构稳定、生物相容性好的共价有机网络材料制备多酶反应器的方法，促进多酶催化过程的物质传递，有效提升多酶催化过程效率，进一步通过调控多酶质量优化多酶反应器催化活性，为设计高效的生物级联催化反应系统具有指导意义。

2、为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于共价有机网络材料的多酶反应器，以葡萄糖氧化酶-辣根过氧化物酶的多酶催化过程为模型，通过机械化学研磨诱导醛基单体与胺基单体发生席夫碱反应，在酶表面形成多孔的共价有机网络材料，进而原位构建多酶反应器，实现多酶分子的高效原位固定化。所述的多酶反应器的制备步骤如下：

3、首先，室温下，将三醛基间苯三酚与联苯胺以摩尔比为2:3的比例置入研磨装置中；然后，加入葡萄糖氧化酶和辣根过氧化物酶和无水乙醇，其中，葡萄糖氧化酶与辣根过氧化物酶质量比为5:1～5；三醛基间苯三酚和联苯胺两者之和与葡萄糖氧化酶和辣根过氧化物酶两者之和与无水乙醇的质量比为14.6:(1.2～2):8；将上述材料充分混合，研磨10-30min，得到橙色的粉末，该粉末记为gox/hrp@cons；将gox/hrp@cons分散到去离子水中，以10000rpm的转速离心5min，用乙醇和去离子水洗涤三次并冻干，4℃下保存。

4、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

5、本发明涉及的是一种基于共价有机网络材料的多酶反应器及其制备方法，通过快速、简单、温和的机械化学合成策略，构建了一种通透性好、结构稳定、生物相容性好的多酶反应器制备方法，有效维持酶分子构象，并可精准调控多酶反应器中的酶质量，显著提升酶级联催化过程的催化效率和物质转化能力，实现催化活性与稳定性的同步提升，对进一步设计高效的生物级联催化反应器具有指导意义。

技术特征：

1.一种基于共价有机网络材料的多酶反应器，其特征在于，以葡萄糖氧化酶-辣根过氧化物酶的多酶催化过程为模型，通过机械化学研磨诱导醛基单体与胺基单体发生席夫碱反应，在酶表面形成多孔的共价有机网络材料，进而原位构建多酶反应器，实现多酶分子的高效原位固定化。

2.一种根据权利要求1所述的多酶反应器的制备方法，其特征在于，步骤如下：

技术总结
本发明公开了一种基于共价有机网络材料的多酶反应器，以葡萄糖氧化酶‑辣根过氧化物酶的多酶催化过程为模型，通过机械化学研磨诱导醛基单体与氨基单体发生席夫碱反应，在酶分子表面形成多孔的共价有机网络材料，进而原位构建多酶反应器，实现多酶分子的高效原位固定化。基于机械化学方法的温和性，有效维持了酶分子的构象稳定；基于共价有机网络材料的结构稳定性，提高了酶分子的稳定性和回收率，降低了多酶催化过程的催化剂成本；基于共价有机网络材料的多孔限域效应，减弱了中间产物的溶液体相扩散，强化了中间产物在多酶间的传递过程，实现了多酶催化过程稳定性与催化活性的同步提升。此外，通过改变酶质量实现了多酶活性的精准调控。

技术研发人员：石家福,吴振华,焦彧帅,储子仪,姜忠义
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12