邬丽丽，袁晓燕，盛京
（天津大学材料科学与工程学院，天津300072, Email: yuanxy@tju.edu.cn）

    静电纺丝是聚合物溶液或熔体借助于高压静电作用进行喷射拉伸而形成超细纤维的纺丝工艺。得到的纤维具有比表面积大、孔隙率高的特点。将静电纺丝超细纤维作为固定化酶的载体，有利于酶与底物充分接触，减小空间位阻的作用，因而有广阔的发展前景[1]。

    在静电纺丝过程中，外电场加到聚合物溶液（熔体）中时，带电液滴在电场力的作用下被拉伸、变形，形成喷射细流。细流在喷射过程中产生不稳定鞭动，分裂为更细的细流，最终在接收屏上形成非织造布状的纤维毡。用静电纺丝的方法可以制备直径为3 nm－1 µm超细纤维，这在生物医学、分离、化妆品、防护服等方面有广阔的应用前景[2]。
    酶是一种由细胞产生的具有催化能力的蛋白质，能在常温、常压、中性pH值等条件下高度专一有效地催化底物发生反应。酶的固定化就是通过化学或物理的处理方法，使原来水溶性的酶与固态的水不溶性载体相结合或被载体包埋。固定化酶与水溶性酶相比，具有极易将固定化酶与底物和产物分开、可以重复使用、稳定性好、反应过程可控等优点。
    纤维素酶是纤维素生物转化过程中所必须的生物催化剂，它在pH值为3.0～5.5、温度为40~50℃时具有最大活性。纤维素酶具有很广的底物作用范围，可以分解各种含纤维素的天然物质，因此在医学、食品等工业都具有重要的应用。在静电纺丝中，可以使用含有少量纤维素酶的聚乙烯醇(PVA)溶液（以pH值为4.6醋酸缓冲溶液为溶剂），得到的超细纤维以戊二醛蒸气交联后即得到PVA固定化纤维素酶。
    PVA超细纤维固定化纤维素酶的活性受固定化条件、反应条件、储存条件等因素的影响。本文研究了载有纤维素酶的PVA超细纤维的形貌变化以及载酶率、交联度和重复使用对纤维素酶活性的影响。
超细纤维的形态
    纯PVA静电纺丝可以得到形态均匀的超细纤维[Fig.1(a)]，而随着纤维素酶的加入，在均匀的纤维间出现梭形珠[Fig.1(b)]，并且随着酶含量的增大，梭形珠变大，数量增加。
载酶率对活性的影响
    静电纺丝法固定化纤维素酶能够保持较高的活性，且其活性明显大于相同溶液制得的浇铸膜。随着载酶率的增大，固定化酶中纤维素酶的活性是降低的，但是固定化酶的绝对催化能力是增加的[Table1]。
交联时间对活性的影响
    交联反应对固定化纤维素酶的活性影响很大。交联时间由0增加至4 h时，PVA超细纤维固定化纤维素酶的活性逐渐降低。交联1 h较不交联的活性降低最为明显，随着交联时间的进一步增长，静电纺丝固定化酶的活性降低趋于平缓。
重复使用对活性的影响
    静电纺丝超细纤维固定化纤维素酶在重复使用时的活性随着重复次数的增加而降低，而且初始时降低程度较大，重复四次以后酶的活性趋于恒定。

致谢
    本工作得到高等学校博士学科点专项科研基金资助(No.20020056048)

参考文献
[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.


论文来源:2004年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集