酶固定化載體材料綜述

《酶固定化載體材料綜述》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、酶的固定化載體材料綜述摘要：固定化酶是一種高效、高選擇性和反應(yīng)條件溫和的生物催化劑。有關(guān)酶固定化的研究越來越受到人們的重視，相關(guān)的研究報道很多。酶固定化載體材料按組成可分為無機載體材料、高分子載體材料以及復合載體材料三大類。本文從這三個方面簡單綜述了一些相關(guān)研究實例。關(guān)鍵詞：酶固定化，載體材料，無機，高分子，復合材料1.引言酶（enzyme）是天然的生物催化劑，可以在常溫、常壓下參與體內(nèi)的各種代謝反應(yīng)。相比于傳統(tǒng)的催化劑，由于具有能量消耗低、催化效率高、立體選擇性專一以及合成路線較短等特點，使用酶催化反應(yīng)被認為是環(huán)境友好且經(jīng)

2、濟的⑴。然而，酶也不可避免地存在一些缺點，比如反應(yīng)操控性低，不能回收利用，難以商品化發(fā)展。為克服這些問題，固定化酶（immobilizedenzyme）的概念被提了出來。早在1910年，人們就已經(jīng)開始了酶的固定化研究，然而直到上世紀60年代，酶固定化技術(shù)才得到快速發(fā)展。通俗來講，酶固定化就是利用固體材料將游離態(tài)的酶在一定范圍內(nèi)束縛受限起來，賦子酶易分離、可回收利用等特點的同時保持其本身優(yōu)異特性不變。研究酶的固定化可從兩個方向進行，一個是固定化方法與技術(shù)的改進，另一個方向是改進或開發(fā)新的用于固定化的載體材料。對于前者，我們知道

3、，主要的方法包括吸附法（包含物理吸附與離子吸附），交聯(lián)法，共價鍵法以及包埋法，以及近年來研究得比較多的定向固定技術(shù)等〔2］。對于后者的研究，我們也能發(fā)現(xiàn)，越來越多的新材料開始被開發(fā)應(yīng)用于酶固定化。本文從載體材料方向?qū)绨l(fā)，結(jié)合若干實例,來簡單介紹下酶的固定化研究。2?酶固定化載體材料經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)出來的用于固定化酶的載體種類繁多。按照載體材料的基本組成，可以分為無機載體材料、高分子載體材料、復合載體材料三大類。2.1無機載體材料這一類研究得比較多的是介孔材料，如介孔硅粒了(mesoporoussilicapar

4、ticles)c根據(jù)國際純粹與應(yīng)用化學(IUPAC)定義,孔徑在2-50nm的材料被稱為介孔材料。一般選取孔徑略大于酶分子直徑的介孔材料作為載體，并且在酶被吸附到孔中后，利用硅烷化處理等技術(shù)將孔口直徑大幅縮小以防止酶在反應(yīng)中脫附流失。我們知道，介孔硅粒子有很大的比表面積，而一般情況下，酶分子都是被吸附到孔的內(nèi)表面。JungbaeKim等⑶制備了一種。洋蔥”狀多層的介孔硅。如圖1所示，顯然，這種結(jié)構(gòu)的載體材料可以實現(xiàn)更高的酶的負載率。除此之外，相比較傳統(tǒng)介孔硅納米粒子，該結(jié)構(gòu)由于沒有外層表面，它能夠使負載的酶具有更好的熱穩(wěn)定性

5、。作者提出所謂的納米酶反應(yīng)器(NER),以脂肪酶為例，將每層中的酶分了交聯(lián)起來，可以有效防止酶分子從載體中脫附下來。MooOnionS圖1“洋蔥”狀介孔硅以及負載酶分子示意圖隨著近些年來對石墨烯（graphene）的不斷研究，石墨烯材料應(yīng)用于酶固定化載體也吸引了廣大學者的研究。ShouwuGuo等⑷以氧化石墨烯（GO）為載體材料研究了它的酶固定化作用。他們發(fā)現(xiàn)，酶分子可以在氧化石墨烯薄片的表面很容易地發(fā)生固定化，而不需要添加交聯(lián)劑或進行額外的表面改性。這是因為氧化石墨烯的表面富有很多的功能性基團，通過靜電作用即可快速實現(xiàn)酶固

6、定化。2.2高分子載體材料高分子材料用于酶固定化的研究也很廣泛，按其來源可分為天然髙分子材料和合成高分子材料。天然高分子來源廣泛，因而最早被加以研究。諸如聚多糖及其衍生物類（殼聚糖、纖維素、淀粉等）都可被用作酶固疋化載體。GeorgM.Guebitz等⑸利用殼聚糖（CTS）負載纖維二糖脫氫酶（CDH）,研究了在吸附和交聯(lián)的情況下該體系的溫度穩(wěn)定性。交聯(lián)劑分別采用碳二亞胺和戊二醛?？梢园l(fā)現(xiàn)，對于用碳二亞胺交聯(lián)的CDH-CTS體系表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。CMoMote3500?GlutaraldehydeONHCarbodamid

7、eAdsorption04003002001002030405060Temperature[°C]70圖2.殼聚糖粒子用于酶固定化載體及其穩(wěn)定性研究合成高分材料用于酶固定化載體以樹脂材料為主，一般做成具有大孔的顆?；蛘呶⒅闋?。這類材料不僅機械性能好，而且比表面積大,分子吸附能力強。RichardA.Gross等⑹研究了不同粒子尺寸的甲基丙烯酸甲酯樹脂負載脂肪酶的固定化效果。實驗過程中所用一系列樹脂均保持孔徑(25nm)和比表面(500cm2/g)Jl乎不變。通過"己內(nèi)酯的開環(huán)聚合反應(yīng)還評價體系的催化活性。如圖3所示，隨著樹脂

8、粒子尺寸的增加，其對于脂肪酶的吸附速率逐漸加快，當尺寸在35pm時,兩個小吋就能達到吸附飽和。另外，通過催化反應(yīng)實驗，可以發(fā)現(xiàn)粒子尺寸越小，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率越高，表明該固定化脂肪酶的催化活性越高。!04030巾10035UOQd」osp