鄔麗麗，袁曉燕，盛京
（天津大學材料科學與工程學院，天津300072, Email: [email protected]）
靜電紡絲是聚合物溶液或熔體借助于高壓靜電作用進行噴射拉伸而形成超細纖維的紡絲工藝。得到的纖維具有比表面積大、孔隙率高的特點。將靜電紡絲超細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，因而有廣闊的發展前景[1]。
在靜電紡絲過程中，外電場加到聚合物溶液（熔體）中時，帶電液滴在電場力的作用下被拉伸、變形，形成噴射細流。細流在噴射過程中產生不穩定鞭動，分裂為更細的細流，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超細纖維，這在生物醫學、分離、化妝品、防護服等方面有廣闊的應用前景[2]。
酶是一種由細胞產生的具有催化能力的蛋白質，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生反應。酶的固定化就是通過化學或物理的處理方法，使原來水溶性的酶與固態的水不溶性載體相結合或被載體包埋。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物分開、可以重復使用、穩定性好、反應過程可控等優點。
纖維素酶是纖維素生物轉化過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，因此在醫學、食品等工業都具有重要的應用。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），得到的超細纖維以戊二醛蒸氣交聯后即得到PVA固定化纖維素酶。
PVA超細纖維固定化纖維素酶的活性受固定化條件、反應條件、儲存條件等因素的影響。本文研究了載有纖維素酶的PVA超細纖維的形貌變化以及載酶率、交聯度和重復使用對纖維素酶活性的影響。
超細纖維的形態
純PVA靜電紡絲可以得到形態均勻的超細纖維[Fig.1(a)]，而隨著纖維素酶的加入，在均勻的纖維間出現梭形珠[Fig.1(b)]，并且隨著酶含量的增大，梭形珠變大，數量增加。
載酶率對活性的影響
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催化能力是增加的[Table1]。
交聯時間對活性的影響 交聯反應對固定化纖維素酶的活性影響很大。交聯時間由0增加至4 h時，PVA超細纖維固定化纖維素酶的活性逐漸降低。交聯1 h較不交聯的活性降低最為明顯，隨著交聯時間的進一步增長，靜電紡絲固定化酶的活性降低趨于平緩。
重復使用對活性的影響 靜電紡絲超細纖維固定化纖維素酶在重復使用時的活性隨著重復次數的增加而降低，而且初始時降低程度較大，重復四次以后酶的活性趨于恒定。
致謝 本工作得到高等學校博士學科點專項科研基金資助(No.20020056048)
參考文獻
[1] Xie J B,You-Lo. Ultra-high surface fibrous membranes from electrospinning of natural proteins: casein and lipase enzyme[J]. Journal of Materials Science, 2003, 38, 2125-133.
[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.
論文來源:2004年全國高分子材料科學與工程研討會論文集
