酶固定化技术用载体材料的研究进展

酶固定化技术用载体材料的研究进展

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酶固定化技术用载体材料的研究进展

杨 勇 李彦锋 拜永孝 易柳香 夏春谷

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（兰州大学化学化工学院 功能有机分子化学国家重点实验室 生物化工及环境技术研究所 兰州 730000；

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中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室 兰州 730000）

摘 要 酶的固定化是生物技术中最为活跃的研究领域之一。作为固定化酶技术的重要组成部分，载体的结构及性能在很大程度上直接影响着所得固定化酶的催化活性及操作稳定性。综合性能优良的载体材料的设计与制备是固定化酶技术领域的一个非常重要的研究内容。通过对传统材料的改性和新型载体材料的研究开发，必将促进固定化酶在各个领域的广泛应用。本文综述了近年来国内外有关固定化酶载体材料的研究现状和发展趋势。

关键词 固定化酶 载体材料

Progress in Carrier Materials Employed in Immobilization of Enzymes

Yang Yong, Li Yanfeng*, Bai Yongxiao, Yi Liuxiang, Xia Chungu#

(College of Chemistry and Chemical Engineering, State Key Laboratory of Applied Organic Chemistry, Institute of Biochemical

Engineering & Environmental Technology, Lanzhou University, Lanzhou 730000;

State Key Laboratory for Oxo Synthesis and Selective Oxidation, Lanzhou Institute of Chemical Physics,

Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000)

Abstract Enzymes immobilization is one of the most active research fields in biotechnology. As an important part of immobilized enzymes, carrier materials affect the activity of catalysis and operation stability greatly. The design and preparation of carrier materials with excellent integration performances will be one of the most significant researches for the development of immobilized enzymes in future. Improving of traditional materials, designing and exploiting new carrier materials will promote the application of immobilized enzymes in various fields. The recent research progress in carrier materials for immobilized enzymes are reviewed in this paper.

Key words Immobilized enzyme, Carrier materials

酶作为一种特殊的生物催化剂，具有较高的选择性和催化效率、反应条件温和、催化活性可以调节控制等优点。但自由酶对所处环境十分敏感，在强酸、强碱、高温、高离子浓度和部分有机溶剂中均不够稳定，容易导致酶蛋白的变性，从而降低甚至丧失其催化活性。同时，自由酶反应后不易与底物和产物分离，既影响反应产物纯度又难以重复使用，这在很大程度上限制了酶促反应的广泛应用。固定化酶(Immobilized enzyme)技术克服了自由酶的上述不足，提高了酶的储存稳定性，实现了重复使用及连续自动化生产，降低了成本，在生物工程、食品工业、医药和精细化学工业等领域有着广泛的应用前景~。 [25]

[1]

杨 勇 男，23岁，硕士生，现从事生物活性高分子的研究。 联系人 E-mail: liyf@http://www.77cn.com.cn

羰基合成与选择氧化国家重点实验室开放基金资助项目(OSSO0602)

酶固定化技术用载体材料的研究进展

固定化酶的性能主要取决于固定化方法和所使用的载体材料。其中，载体材料的性能直接影响其固定化酶的催化活性。酶的固定化对载体材料有很高的要求。理想的载体材料应具备良好的机械强度、热稳定性和化学稳定性、耐生物降解性及对酶的高度亲合性、并能保持较高的酶活性等。因此，设计、开发和制备性能更加优异的载体材料已成为固定化酶研究的重点之一。

1 传统载体材料的改性

基于传统载体材料的各自优点与不足，通过改性充分发挥其优势并弥补不足，将会显著提高所得固定化酶的性能，已成为固定化酶载体材料研究的主要内容之一。

传统的无机载体材料（如：二氧化硅、活性炭、玻璃珠等）来源方便，廉价，机械强度高，无毒且稳定性好，一般是借助吸附方法来制备固定化酶，或经小分子化学改性以共价键合方式制备固定化酶。无机载体的结构不易调控，影响传质且键合酶的能力差，但可与传统有机聚合物载体材料形成互补体系。因此，利用组成和结构可调控的有机聚合物对传统无机载体材料改性修饰，制备兼具两者优良特性的复合载体用于酶的固定化研究，受到了众多学者的青睐

[8,9]

[6]

[7]

。如用右旋糖苷对硅胶表面改性修饰可改善其表面的

[10]

生物亲和性，用于固定β-葡萄糖苷酶时可大大提高了酶的负载量。采用原子转移自由基聚合(ATRP)方法，

在Si(111)表面进行甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)的接枝聚合则在硅表面形成刷状P(GMA)，并可调节P(GMA)侧链的长度

Si

[11]

。

Si

(CH2)

2

(Si-VBC surface)

3

CH2Cl

3

2

CH2

(Si-H surface)

2Si

(CH2)2CH2CH2O

n

Cl

O(Si-g-P(GMA)-GOD surface)

n

Cl

(Si-g-P(GMA) surface)

2O2

[11]

2

HO

NH2

图式1 P(GMA)-Si(111)共价固定化葡萄糖氧化酶(GOD)

[11]

Scheme 1. Covalent immobilization of GOD on P(GMA)-Si(111)

所得复合载体的传质性能良好，侧链富含能与酶共价连接的环氧基，故提高了固定化葡萄糖氧化酶(GOD)的载酶量，达到0.2mg/cm2。将纳米级的金、银粒子吸附于聚氨基甲酸酯的孔中，所得复合载体经固定化酶后表现出较高的催化活性，且对温度及pH的稳定性均有所提高

[12]

。无机多孔材料硅藻土在低压

下强化吸附壳聚糖，经戊二醛活化后共价固定化青霉素酰化酶时，明显提高了酶的储存稳定性和热稳定性

[13]

。多孔且富含氨基的壳聚糖覆盖在SiO2表面上并采用多种方式活化氨基时，共价偶联胰蛋白酶的效果良。用天然高分子壳聚糖来改善天然无机载体材料是值得注意的研究动向。John等

[15]

好

[14]

以玻璃珠为支持

介质，表面负载上包埋有碱性磷酸酶(AP)和葡萄糖氧化酶(GOD)的聚电解质聚乙烯亚胺(PEI)和聚苯乙烯磺酸酯(PSS)多层膜，制得的固定化酶机械强度好，热稳定性和催化活性较高。借助无机材料的机械支持作用来改善其固定化酶性质是该研究的特点。

有机高分子载体是固定化酶研究及应用中倍受关注的载体材料之一~，对其改性则是人们获得理想固定化酶载体材料重要途径

[19,20]

[1618]

。El-Masry等

[21]

将甲基丙烯酸甲酯(MMA)接枝聚合到尼龙膜上，或先把苯

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乙烯接枝聚合到尼龙膜上再将MMA接枝聚合到聚苯乙烯包覆层上，在膜表面引入了大量的反应性酯基，再借助己二胺和戊二醛活化并共价固定化β-半乳糖苷酶，膜上的载酶量达到0.5mg/cm2，其用于生物反应器时所得固定化酶表现出较高的催化活性。通过一种聚合物对另一种聚合物的表面改性修饰，实现材料性能的 …… 此处隐藏：11468字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……