微流控双水相平行层流酶促反应技术的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物化工技术，尤其是微型化生物反应工程技术及其设备领域。
【背景技术】
[0002]世界上越来越多的酶催化反应逐渐地应用到工业生产当中，巨大的产出对人类社会的发展产生了不可估量的推进作用，例如在食品，饮品，医药，化妆品，保健品等领域都有涉及酶促反应，同时也涉及到了人类生活的方方面面，带来了巨大的经济利益。酶促反应是一项涉及面极广，应用价值很高的生物化工反应。就酶促反应的实际生产而言，如何高效地实现底物与酶的快速反应、快速分离、实现酶的重复回收利用，一直是酶工业生产中急需解决的难题。双水相体系作为一种温和的反应分离萃取体系，非常适合于生物反应分离。然而，双水相体系成相材料价格高、分相时间长、不可连续操作、从混合到静置再到分离耗时耗能，大大限制了其实际应用。与传统生物化工技术相比，微化工技术具有体积小、传递效率高、安全性高、易于集成等优点，近十年来已发展成为生物化工过程强化的典型范例。
[0003]将双水相技术与微化工技术集合在一起的“微流控双水相平行层流酶促反应技术”，为解决双水相酶促反应诸多问题提供了一个新途径。它是利用简单的微型化结构组成，将双水相酶促反应的进样、反应、分离集中在一块微型的反应器上。利用微尺度平行层流界面增加两相传质面积，倍增酶促反应速率，强化分离效果，提高界面操控的灵活性，并且可以实现酶的重复循环利用等。因其在微米尺度下进行，所以尤其适合原料价格高和产品附加值高的生物反应。该技术在生物反应与分离领域具有广阔的应用前景。
【发明内容】
[0004]鉴于现有双水相技术的瓶颈和微流控技术的优势，本发明旨在设计微流控双水相平行层流酶促反应方法及其装置，使之能够克服双水相分批次生物反应的缺点，有效提高酶促反应的效率。
[0005]本发明的目的通过如下手段来实现。
[0006]—种微流控双水相平行层流酶促反应装置，用载玻片和盖玻片构造微通道。载玻片①为衬底玻片置于装置最下层、一对端盖玻片(②和④)及一对侧盖玻片(③和⑤)两两相对共同拼成双Y型平行层流结构；盖玻片⑥覆盖于装置最上层；入口 I和入口 2分别连接微型计量栗，入口 I处，负责输送酶液相；入口 2处，负责输送底物相；出口 I’处，负责收集酶液相，出口 2’处，负责收集产物相；出口 I’收集到的酶液相循环通过入口 I处注入层流装置，进行多次酶催化反应，以节约酶液；微通道高度应小于或等于0.2mm，宽度应小于或等于0.6mm, Y形通道入口处夹角以及出口处夹角均应小于或等于90度。
[0007]本发明的目的还在于使用如上的装置实现微流控双水相平行层流酶促反应方法，采用微流控双水相层流界面实现生物活性物质的反应与分离一步完成，在微流控平行双水相层流装置中，利用平行层流界面作为两相反应物的传质界面，进行酶催化的连续反应和连续分离。
[0008]采用本发明的技术，控制两相流体以平行层流方式接触，传质面积大，界面操控灵活，在微流控装置内即可将反应分离一步完成。为生物酶促反应分离提供了一种快速、高效的方法，尤其适合用于一些酶促反应价值高，原料昂贵，不适合在大型设备中完成的生物反应。
[0009]【附图说明】如下:
[0010]图1是微流控双水相平行层流酶促反应技术原理及装置结构示意图。
[0011]图2为图1的A-A’剖面图。
[0012]图3为图1的B-B’剖面图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明的实施作进一步的描述。但应该强调的是，下面实施方式只是示例性的，而不是为了限制本发明范围及应用。
[0014]实施例一
[0015]微流控双水相平行层流酶促反应技术是利用流动层流界面作为双水相传质界面，进行微量酶促反应过程和酶产物的分离纯化。在平形层流反应装置中，利用注射栗提供动力，在通道中形成层流界面，双水相两相快速接触进行传质酶促反应而后分离。比起传统的双水相酶促反应，该方法具有显著增加两相传质面积、增强分离效果、提高界面操控灵活性等优势。由附图可见，一相由入口 I进入，另一相由入口 2进入。在中间的平行通道中实现双水相两相层流接触，完成酶促反应。两相由装置右边相应的出口 I’和出口 2’流出，以实现产物和酶液的分离。此装置的中间通道提供平行层流接触面，Y型出口完成双水相平行层流两相分离，调节两相流速和装置参数可控制两相传质速率的高低。
[0016]实施微流控双水相平行层流脲酶反应和产物监测
[0017](I)实验用双水相的配制
[0018]利用电子称重器分别称取3.2g的聚乙二醇(PEG)和3.2g的葡聚糖(Dex)放在2个干净烧杯中，再向两个烧杯分别加入16.SmL的去离子水。配制成质量分数同为16%的PEG和Dex溶液。待溶质都完全溶解之后，分别取出1mL溶液，充分搅拌混合，配制成两相高分子质量分数为8%的双水相溶液20mL。静置至两相完全分相。
[0019](2)微流控双水相平行层流脲酶反应
[0020]分别吸取上述静置分相的双水相溶液上相和下相各5mL，放入两个干净烧杯中。将0.3g尿素粉末加入到装有上相的烧杯中，搅拌混合后静置备用，即为底物相；将5mg脲酶粉末加入到装有下相的烧杯中，搅拌混合后静置备用，即为酶液相。
[0021]将酶液相和底物相分别吸入两只一次性注射器中，放入注射栗操作台上固定，用硅胶管连通装置入口 I和入口 2。打开注射栗调整底物相流速为5mL -h \调整酶液相流速为0.6mL.h 1O开始通液，并在出口 I’和出口 2’处放置两个烧杯收集。在出口 2’处收集产物碳酸铵溶液，并利用电导率仪测试其电导率变化。根据所得数据计算出微流控酶促反应速率，并与烧杯中的酶促反应速率数据进行对比。
[0022](3)实验结果:
[0023]在微流控双水相平行层流装置中可实现酶促反应与产物分离一步完成，酶促反应效率比烧杯中提高了近50倍。
【主权项】
1.一种微流控双水相平行层流酶促反应装置，用载玻片和盖玻片构造微通道，其特征在于:载玻片①为衬底玻片置于装置最下层、一对端盖玻片(②和④)及一对侧盖玻片(③和⑤)两两相对共同拼成双Y型平行层流结构；盖玻片⑥覆盖于装置最上层；入口 I和入口 2分别连接微型计量栗，入口 I处，负责输送酶液相；入口 2处，负责输送底物相；出口I’处负责收集酶液相，出口 2’处，负责收集产物相；出口 I’收集到的酶液相循环通过入口I处注入层流装置，进行多次酶催化反应，以节约酶液；微通道高度应小于或等于0.2mm，宽度应小于或等于0.6mm, Y形通道入口处夹角以及出口处夹角均应小于或等于90度。2.微流控双水相平行层流酶促反应方法，采用权利要求1所述的微流控装置构建双Y形平行层流界面实现酶促反应与产物分离的一步完成，其特征在于，在双Y形装置中，利用双水相平行层流界面作为相间传质界面，在流动界面上进行酶促反应与产物分离耦合，实现连续反应。3.根据权利要求2所述的微流控双水相平行层流酶促反应方法，为保证微流控双水相酶促的进行，底物相流速与酶液相流速之比应为9:1?8:1之间，且酶液相流速大于或等于.0.6mL.h、
【专利摘要】本发明公开了一种微流控双水相平行层流酶促反应技术。本发明以双水相两相溶液为载体，在双Y形微流控装置中进行酶促反应分离，用注射泵为流体提供流动动力，用注射器针头和玻璃片制作微型装置，构建双水相平行层流传质界面，使酶催化反应能够快速连续的进行并使产物分离纯化。且装置具有结构简单，制作方便等优点。该技术分离效果优于传统的分批次双水相生物反应，且操作过程连续、能耗低，层流界面操控灵活、可连续循环使用酶液以节约成本。本发明利用微尺度双水相层流界面强化了相间传质、酶促反应和分离，在原材料昂贵、产品附加值高的生物反应分离领域具有广阔的应用前景。
【IPC分类】C12M1/40
【公开号】CN105112293
【申请号】CN201510568228
【发明人】孟涛, 孟世昕, 郭婷, 童志平
【申请人】西南交通大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年9月8日