、外相电纺液分别通过管线连接至同轴电纺喷丝头的进液口，喷丝头的出液口与高压电源的正极连接，用铝箔纸或不锈钢网连接至高压电源的负极作为接收板。调节喷丝头到接收板间的距离20cm，电压20kV。利用注射泵控制内相电纺液流速为0.07mL/h，外相流速为lmL/h，进行同轴共纺。得到中空聚合电解质中空微囊的内径为3000 ±400nm，外径为5000±400nmo
[0131]内相电纺液中各组分含量如下所示:甲酸脱氢酶:50g/L ;甲醛脱氢酶:50g/L ;乙醇脱氢酶:50g/L ;葡萄糖脱氢酶:50g/L ；NADH:100g/L ;聚丙烯酰胺:30g/L。
[0132]将上述制得的中空微囊置于含有5g/L的碳酸酐酶的磷酸盐缓冲液(pH7.0)中，150rpm震荡35min，用缓冲液充分洗涤3次。
[0133]实施例19:
[0134]本实施例描述一种高效催化0)2合成甲醇的生物活性中空微囊的制备方法。
[0135]将一定浓度的多酶体系水溶液和一定浓度的聚丙烯酰胺水溶液等体积充分混合，150rpm震荡15min，与甘油以5:95的体积比充分混合均勾，加入到5mL的进样器，作为同轴共纺的内相电纺液；将聚环氧乙烷溶于水中，充分溶解配成重量百分比为3%的溶液，作为同轴共纺的外相电纺液，加入到另一 5mL的进样器中；将内、外相电纺液分别通过管线连接至同轴电纺喷丝头的进液口，喷丝头的出液口与高压电源的正极连接，用铝箔纸或不锈钢网连接至高压电源的负极作为接收板。调节喷丝头到接收板间的距离15cm，电压20kV。利用注射泵控制内相电纺液流速为0.2mL/h，外相流速为lmL/h，进行同轴共纺。得到中空聚合电解质中空微囊的内径为3500 ±400nm，外径为5000±400nmo
[0136]内相电纺液中各组分含量如下所示:甲酸脱氢酶:10g/L ;甲醛脱氢酶:10g/L ;乙醇脱氢酶:10g/L ;亮氨酸脱氢酶:10g/L ；NADH:15g/L ;聚丙烯酰胺:10g/L。
[0137]将上述制得的中空微囊置于含有lg/L的碳酸酐酶的磷酸盐缓冲液(pH7.0)中，150rpm震荡30min，用缓冲液充分洗涤3次。
[0138]实施例20:
[0139]本实施例描述一种高效催化0)2合成甲醇的生物活性中空微囊的制备方法。
[0140]将一定浓度的多酶体系水溶液和一定浓度的聚丙烯胺盐酸盐水溶液等体积充分混合，150rpm震荡15min，与甘油以20:80的体积比充分混合均勾，加入到5mL的进样器，作为同轴共纺的内相电纺液；将苯乙烯马来酸酐共聚物溶于N，N- 二甲基乙酰胺中，充分溶解配成重量百分比为5%的溶液，作为同轴共纺的外相电纺液，加入到另一 5mL的进样器中；将内、外相电纺液分别通过管线连接至同轴电纺喷丝头的进液口，喷丝头的出液口与高压电源的正极连接，用铝箔纸或不锈钢网连接至高压电源的负极作为接收板。调节喷丝头到接收板间的距离25cm，电压20kV。利用注射泵控制内相电纺液流速为0.05mL/h，外相流速为0.5mL/h，进行同轴共纺。得到中空聚合电解质中空微囊的内径为4000 ±500nm，外径为6000±500nm。
[0141]内相电纺液中各组分含量如下所示:甲酸脱氢酶:lg/L ;甲醛脱氢酶:lg/L ;乙醇脱氢酶:lg/L ;亮氨酸脱氢酶:lg/L ；NADH:1.5g/L ;聚丙烯酰胺:5g/L。
[0142]将上述制得的中空微囊置于含有lg/L的碳酸酐酶的磷酸盐缓冲液(pH7.0)中，150rpm震荡30min，用缓冲液充分洗涤3次。
【主权项】
1.一种高效催化CO2合成甲醇的生物活性中空纳米纤维和中空微囊，其特征在于用于催化0)2还原制备甲醇的三种酶:甲酸脱氢酶、甲醛脱氢酶、乙乙醇脱氢酶，以及充当电子供体的辅酶NADH，被包埋在中空纳米纤维或中空微囊的腔室内；为了实现辅酶再生，同时还会在腔室内包埋另外一种以NAD+为辅酶的氧化还原酶R ;同时，为了加速CO 2水合反应，将碳酸酐酶固定化在中空纳米纤维或中空微囊的外表面。
2.如权利要求1所述，一种高效催化CO2合成甲醇的生物活性中空纳米纤维和中空微囊，其特征在于制备步骤如下: 1)将一定质量的甲酸脱氢酶、甲醛脱氢酶、乙乙醇脱氢酶、用于辅酶再生的氧化还原酶R、辅酶分子NADH、以及一种聚合电解质分子溶于一定量的水中，并与甘油按照一定的体积比混合均匀，作为同轴静电纺丝的内相电纺液，加入到微量进样器中； 2)将一定质量高分子聚合物溶于有机溶剂中充分溶解，得到的透明溶液作为同轴共纺静电纺丝的外相电纺液，加入到另一微量进样器中，其中外相电纺液是溶于N，N- 二甲基乙酰胺的重量百分比为10?30%的聚氨酯溶液、溶于N，N- 二甲基乙酰胺的重量百分比为10?30%的聚偏氟乙烯溶液、溶于氯仿的重量百分比为10?30%的聚乳酸溶液、溶于水的重量百分比为3?10%的聚环氧乙烷溶液、或溶于N，N-二甲基乙酰胺的质量百分比为5-20%苯乙烯马来酸酐共聚物溶液； 3)将内、外相电纺液分别通过管线连接至同轴电纺喷丝头的进液口，将喷丝头的出液口与高压电源的正极连接，用铝箔纸或不锈钢网连接至高压电源的负极作为接收板； 4)利用两台恒流泵分别控制内、外相电纺液的流速，进行同轴静电纺丝，在接收板上得到掺杂有聚合电解质的中空纳米纤维或者中空微囊；同时，甲酸脱氢酶、甲醛脱氢酶、乙醇脱氢酶、氧化还原酶R、辅酶分子NADH被原位地包埋在中空纳米纤维或者中空微囊的腔室内； 5)将上一步骤制得的一定质量的包埋有四种酶和辅酶的中空纳米纤维或者中空微囊浸泡到0.1-lOmg/mL的碳酸酐酶溶液中，一定转速下，在振荡器上震荡30min以上，然后取出，用缓冲液冲洗三次，备用。
3.如权利要求1所述，一种高效催化CO2合成甲醇的生物活性中空纳米纤维和中空微囊，其特征还在于小分子辅酶NADH通过与掺杂在中空纳米纤维中聚合电解质之间的静电相互作用，被束缚在中空纳米纤维或中空微囊的内壁上，反应过程中不会从中空纳米纤维或中空微囊中泄露，因此可以重复利用。
4.如权利要求2所述，其特征在于步骤I)中用于辅酶再生的氧化还原酶R为能够以NAD+为辅酶的氧化还原酶类，包括但不限于谷氨酸脱氢酶、乳酸脱氢酶、葡萄糖脱氢酶、亮氨酸脱氢酶等。
5.如权利要求2所述，其特征在于步骤I)中，各种酶以及辅酶的浓度如下:甲酸脱氢酶:l_100g/L ;甲醛脱氢酶:l_100g/L ;乙醇脱氢酶:l-100g/L ;用于辅酶再生的氧化还原酶 R: l-100g/L ;辅酶 NADH: 1.5_150g/L。
6.如权利要求2所述，其特征在于步骤I)中，聚合电解质为:聚丙烯胺盐酸盐、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺，其在内相电纺液中的浓度为5-50g/L。
7.如权利要求2所述，其特征在于步骤I)中，内相电纺液以体积为基准计，水的含量为5-20 %，甘油含量为80-95 %。
8.如权利要求2所述，其特征在于步骤4)中，同轴共纺静电纺丝过程中内相电纺液流速为0.05-0.2mL/h，外相电纺液流速为0.5_lmL/h。
9.如权利要求3-7中，任意一项所述的制备方法制备出的用于催化CO2合成甲醇的生物活性中空纳米纤维或中空微囊，其特征在于通过调节内、外相电纺液的流速，内、外相电纺液的组成，可以制备出连续成膜的中空纳米纤维，或者不连续的中空微囊。中空纳米纤维外径为1-2 μπι,内径为0.5-1 μπι ;中空微囊的外径为3-6 μπι，内径为1.5-4 μ m。
【专利摘要】本发明提供了一种高效催化CO2合成甲醇的生物活性中空纳米纤维和中空微囊，利用同轴共纺技术将催化CO2合成甲醇的三种酶：甲酸脱氢酶、甲醛脱氢酶、乙醇脱氢酶，以及辅酶NADH，包埋在掺杂聚合电解质的中空纳米纤维或中空微囊的腔室内；为了实现辅酶再生，在腔室内包埋一种以NAD+为辅酶的氧化还原酶R；为了加速CO2水合反应，将碳酸酐酶利用层层自组装技术固定化在中空纳米纤维或中空微囊的外表面。小分子NADH通过与壳层中聚合电解质之间的静电相互作用，被束缚在中空纳米纤维或中空微囊的内壁上，实现其重复利用。聚合电解质掺杂的中空纳米纤维或中空微囊的CO2转化催化剂具有制备简单、转化率高、稳定性高的突出优点，在转化CO2为甲醇方面具有广阔的应用前景。
【IPC分类】D01F8-14, D01F8-10, C12N11-08, D01F1-10, D01F8-16, C12P7-04, C12N11-04
【公开号】CN104818540
【申请号】CN201510157938
【发明人】张松平, 姬晓元, 苏志国
【申请人】中国科学院过程工程研究所
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年4月3日