酶在有序介孔材料上的固定化

本文回顾了近年来有序介孔材料用于酶的固定化的研究进展;对比了不同固定化方法对介孔材料固定化酶活性的影响以及各种固定化方法的优缺点;分析了影响酶在有序介孔材料上的固定化因素,并分别对这些影响因素进行了讨论;对酶在有序介孔材料上固定化的发展和潜在的应用进行了讨论,指出介孔材料固定化酶的潜在应用.     

介孔材料及其改性材料中酶的固定化研究进展

介孔材料具有高的比表面积、高的孔体积、均一可调的孔径、有序的孔道结构以及易于表面功能化等优点,可广泛用于酶的固定化.介孔材料中酶的固定化方法主要包括物理吸附、物理包埋和化学吸附.综述了介孔材料中不同固定化酶方法的优缺点、酶的固定化影响因素及固定化酶的应用,并对固定化酶的发展前景进行了展望.     

乙烯基Ia3d介孔硅分子筛的环氧化及其固定化青霉素酰化酶(英文)

采用直接共聚法合成表面含有乙烯基的具有立方相Ia3d结构的介孔硅分子筛(V-ClMS),然后对乙烯基团进行环氧化制备得到表面环氧基功能化的介孔硅分子筛(E-CIMS),采用X射线衍射、N2吸附-脱附、透射电镜、热重分析和13C固体核磁共振对制备的介孔硅分子筛进行了表征.结果表明,表面含有乙烯基的V-ClMS介孔硅分子筛能被一步成功合成,并易于发生环氧化而获得表面环氧基功能化的E-CIMS介孔硅分子筛.将E-CIMS介孔硅分子筛作为载体用于固定化青霉素G酰化酶(PGA),研究了表面环氧基团对固定化PGA初活性和操作稳定性的影响.结果表明,随着表面环氧基团数量的增加,介孔硅分子筛孔径减小,表面疏水性增加,导致载酶量和初活性减小.但介孔硅分子筛表面适量的环氧基团能增强E-CIMS介孔硅分子筛与PGA之间的相互作用,从而提高固定化PGA的操作稳定性.     

介孔碳的快速水相合成及对辣根过氧化物酶的固定

以间苯三酚-甲醛为碳源前驱体, 嵌段聚合物F127 (PEO₁₀₆PPO₇₀PEO₁₀₆)为模板剂, 在水相中快速合成了介孔碳材料. 将其应用于辣根过氧化物酶的固定化, 并初步研究了固定化对酶稳定性的影响. 利用TEM和SEM观察该材料的微观结构, 通过N₂吸附-脱附技术对介孔碳材料的孔结构和孔容等进行了表征. 结果表明, 介孔碳材料具有蠕虫状介孔结构, 孔径可在5.6～7.6 nm之间调变, 相应的比表面积介于691.1～787.8 m²/g, 且随着反应体系中盐酸浓度的增加, 所得材料的孔径、比表面积和孔容等均呈现减小的趋势. 固定在介孔碳中的辣根过氧化物酶, 保持了其蛋白质二级结构, 且与游离酶相比, 固定化酶的热稳定性、pH稳定性和操作稳定性都有明显的提高. 经多次循环操作, 固定化酶依然保持较高的活性, 说明其具有良好的可重复利用价值.     

两种形貌的介孔SiO2对纤维素内切酶吸附性能的研究

以EDTA2-、SO42-作为反离子分别合成了具有管状和圆盘状结构的介孔SiO2,并测定了2种介孔SiO2焙烧至不同温度时的表面积、孔体积参数,及其等电点;通过752分光光度计在550nm处测定纤维素内切酶的吸光度,研究了2种形貌的介孔SiO2对纤维素内切酶的吸附性能,同时测定了固定酶的活性。结果表明,管状和圆盘状结构的介孔SiO2对纤维素内切酶的吸附等温线分别为Ⅱ和Ⅰ型;介孔SiO2焙烧至700℃时,两者皆为Ⅱ型;至850℃时,前者转化为Ⅰ型,而后者转化为Ⅴ型。吸附等温线类型与介孔SiO2的结构、等电点以及酶分子尺寸与介孔尺寸的相匹配有关。酶经过介孔SiO2吸附固定后,稳定性明显提高;其中,管状结构的介孔SiO2对酶具有最大的负载量,但固定酶的活性却较低。     

介孔材料固定化酶*

本文综述了近年来酶在介孔材料上的固定化研究新进展,重点介绍了水解酶类的脂肪酶、蛋白酶、青霉素G酰化酶等和氧化还原酶类的辣根过氧化物酶、氯过氧化物酶、漆酶等在介孔材料上的固定化研究现状,并对介孔材料固定化酶的发展前景进行了展望。     

介孔分子筛SBA-15的脂肪酶固定量分析测定

利用吸附法将假丝酵母脂肪酶(candida rugosa lipase,CRL)固定在介孔分子筛SBA-15上,对比了由单波长紫外分光光度法、双波长紫外分光光度法和二辛可宁酸法(bicinchoninic acid method, BCA)法测定的酶蛋白浓度及酶蛋白固定量.结果表明: SBA-15对紫外吸收有明显干扰,单波长紫外法测定结果远大于双波长紫外法和BCA法,双波长紫外法和BCA法测定结果较接近.利用BCA法测定了不同浓度CRL在介孔分子筛上的固定量,考察了固定化酶的泄漏量.在编号分别为Lu001和LLSD1的介孔分子筛SBA-15上的载酶量分别为16.6和114.12 mg/g.在缓冲溶液中SBA-15固定化酶的泄漏率只约为0.5%,可作为良好的酶固定化载体.     

介孔SiO2/Fe3O4中空磁性微球的漆酶固定化

以介孔SiO2/Fe3O4磁性中空微球作为载体,采用物理吸附法对漆酶进行固定化,考察了时间、温度和pH值对漆酶固定化效果的影响,并对固定漆酶的活性及稳定性进行了研究.结果表明,介孔SiO2/Fe3O4磁性中空微球吸附漆酶分子后,介孔材料的比表面积与孔体积均减小.在3 h时复合微球对漆酶的吸附达到平衡,复合微球中介孔SiO2对漆酶的有效固定量为689 mg/g,大大高于纯介孔材料MCM-41的漆酶固定量(319 mg/g).在pH=3～6的条件下,复合微球中固定漆酶仍保持70%以上的相对酶活.当温度不高于60℃时,固定漆酶的相对酶活仍保持65%以上.固定漆酶的pH稳定性和热稳定性都明显优于游离漆酶,固定漆酶的米氏常数为1.05 mmol/L,与游离漆酶相比,固定漆酶与底物的亲和力有所降低.当2,4-二氯苯酚的浓度为10 mg/L时,固定漆酶对其去除率在6 h时达到81.6%,表现出很好的催化活性.     

介孔分子筛上的蛋白质直接电化学

将介孔分子筛用于不同含血红素蛋白质的直接电子传递研究,分别研究了辣根过氧化物酶、血红蛋白和肌红蛋白在六方介孔硅(HMS)上的直接电化学,探讨了介孔分子筛与这些蛋白质间的相互作用,构建了过氧化氢和亚硝酸根的新型的生物传感器. 这些工作扩展了HMS在蛋白质固定、直接电子传递研究和无试剂生物传感器制备方面的应用.     

介孔SiO2的改性及对诺维信漆酶的交联固定化

采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,四乙氧基硅烷(正硅酸乙酯,TEOS)为硅源,硝酸为催化剂来制备介孔SiO2,并采用后嫁接法对介孔SiO2进行氨基化改性。利用红外光谱(IR),X射线粉末衍射(XRD),差热-热重分析(DTA-TG),扫描电镜(SEM),元素分析,微电泳法及N2吸附-脱附方法对改性前后的产物进行表征。结果表明氨基已成功嫁接到介孔SiO2孔道中,改性后的介孔SiO2有序度有所下降,但仍为介孔材料;改性之后介孔材料的孔径、比表面积、孔体积均变小。等电点由原来的2.74变为4.75。本文还以氨基修饰的介孔SiO2为载体,通过交联剂戊二醛固定诺维信(Novozymes)工业级漆酶,并采用正交设计法对固定化条件进行了优化。研究表明漆酶经固定化后,其操作稳定性比游离酶高。     

介孔分子筛在生物酶固定化中的应用

综述了MCM-48和SBA-15等新型介孔分子筛用生物酶固定化载体研究的新进展。介孔分子筛由于拥有巨大的比表面积(~1000m2/g)、纳米尺寸孔道(2~50m)和较大的孔容(~1.0 cm3/g),因此以分子筛为载体利用物理吸附制备的固定化酶呈现出高的催化活性,但固定化酶操作稳定性较低,在使用过程中部分酶分子发生了脱落,其原因是分子筛表面自由的硅羟基通过物理吸附或氢键作用固定酶分子。借助介孔分子筛自身的自由硅羟基在表面嫁接-COOH、-NH2、-CH=CH2等有机官能团来构筑酶固定化的微环境,改善酶分子和载体的亲和作用,提高固定化酶的活性。目前,利用有机官能团功能化介孔分子筛固定化酶是研究发展的趋势。     

蠕虫状孔道介孔SiO2的合成及其固定化漆酶的活性

以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)与离子型助表面活性剂{十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)或N-肉豆蔻酰-D-丙氨酸(C14-D-A)}为结构导向剂,合成了蠕虫状孔道的介孔SiO2,并在P123/C14-D-A/TMAPS(N-三甲氧基硅丙基-N,N,N-三甲基氯化铵)合成反应体系中,研究了扩孔剂聚乙二醇(PEG)-400的不同添加量对蠕虫状孔道的扩孔效果.合成的产物分别用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和N2吸附进行表征.此外,利用溶剂萃取法对扩孔后的蠕虫状介孔SiO2进行处理,得到不同孔径的季铵盐官能团化介孔SiO2,分别用于漆酶的固定化;并对固定化酶的稳定性、所需的最佳pH值以及降解2,4-DCP的重复利用性进行了研究.通过比较研究发现,介孔SiO2孔径与漆酶分子直径的匹配性是影响固定化漆酶比活及降解2,4-DCP效率的重要因素.     

非表面活性剂模板溶胶-凝胶法制备磁性介孔二氧化硅实现纤维二糖酶的原位固定

以非表面活性剂为模板,通过引入磁性纳米颗粒,制备了磁性介孔硅材料,实现了纤维二糖酶的原位固定,得到了磁性固定化酶.制备流程操作简单、原料易得、使用方便.溶胶-凝胶反应在水相、常温、中性条件下进行,适用于工业化生产.对磁性固定化酶进行了气体吸附分析、热重分析、表面形貌分析和磁性表征.结果表明,磁性固定化酶具有较大的比表面积、较窄的介孔分布和软铁磁性.与非介孔固定化酶相比,磁性固定化酶表观酶活明显提高.磁性颗粒的引入对酶活性没有显著的影响,并且可以非常方便和快速地从反应系统中回收再利用,结合磁场的可控性,非表面活性剂模板溶胶-凝胶法有望实现固定化酶的大规模可控释放与回收.     

胍基修饰硅介孔材料用于蛋白质酸性条件酶解

在介孔材料FDU-12上用后修饰法成功合成了带有强碱性基团胍基的全新的功能化硅介孔材料Gua-FDU-12.利用该新型硅介孔材料成功实现了在酸性溶液中进行蛋白质酶解,并成功应用于反相色谱分离的蛋白质的直接酶解.该方法解决了传统的基于trypsin酶解无法在酸性条件下工作的难题,因而省去了top-down策略中反相色谱分离与蛋白酶解之间需要加入大量溶液来调节pH的步骤,为将该方法进一步应用于基于top-down策略的蛋白质组研究奠定了基础.     

NPE在有序介孔炭上的吸附行为研究

采用有序介孔硅为硬模板制备了具有不同孔径的有序介孔炭(OMCs). 氮气吸附测试表明, 有序介孔炭具有丰富的介孔表面和集中的介孔分布. 以壬基酚聚氧乙烯醚(NPE)为探针分子, 研究了大分子酚类在有序介孔炭上的吸附行为. 吸附研究表明, NPE在有序介孔炭上的吸附满足Langmuir吸附模型. 孔结构分析表明, 大于1.5 nm的孔的表面积是决定NPE吸附量的关键因素, 而有序介孔炭的最可几孔径决定吸附速率的大小. 与吸附量相比, 吸附速率更容易受环境温度的影响. 动力学研究表明, NPE在有序介孔炭上的吸附满足准二级动力学方程.     

NPE在有序介孔炭上的吸附行为研究

采用有序介孔硅为硬模板制备了具有不同孔径的有序介孔炭(OMCs). 氮气吸附测试表明, 有序介孔炭具有丰富的介孔表面和集中的介孔分布. 以壬基酚聚氧乙烯醚(NPE)为探针分子, 研究了大分子酚类在有序介孔炭上的吸附行为. 吸附研究表明, NPE在有序介孔炭上的吸附满足Langmuir吸附模型. 孔结构分析表明, 大于1.5 nm的孔的表面积是决定NPE吸附量的关键因素, 而有序介孔炭的最可几孔径决定吸附速率的大小. 与吸附量相比, 吸附速率更容易受环境温度的影响. 动力学研究表明, NPE在有序介孔炭上的吸附满足准二级动力学方程.     

以EDTANa2为矿化剂近中性条件下室温合成介孔二氧化硅

利用EDTANa2作为矿化剂, 在近中性条件下于室温合成了厚壁(约3 nm)蠕虫介孔分子筛. 在反应物配比为n(CTAB):n(TEOS):n(EDTANa2):n(H2O)=(0.05~0.2):(0.1~2):(0.1~0.5):(100~500)范围内都能得到介孔二氧化硅. 以XRD、N2吸附、FTIR、SEM和TEM详细考察了体系配比和温度对介孔二氧化硅结构和形貌的影响, 发现CTAB用量越大, 介孔d值相应增大. 温度对介孔二氧化硅的结构和形貌有很大的影响, 温度在2~15 ℃范围内都能生成孔径分布较规则的介孔, 介孔材料的形貌随温度的升高由空心管变成小颗粒聚集体; 合成的介孔分子筛中的模板剂可以通过乙醇萃取的方式除去. 提出了介孔的生成遵从(S+-E-)0-I0中性模板机理.     

以一种新型Gemini表面活性剂作为介孔模板剂通过转晶过程合成介孔ZSM-5分子筛

将一种新型Gemini表面活性剂,丙撑基双(十八烷基二甲基氯化铵)[C18H37(CH3)2–N+–(CH2)3–N+–(CH3)2C18H37]Cl2(C18-3-18),作为介孔模板剂用于水热法合成介孔ZSM-5分子筛.结果表明,在130 oC低温晶化即可高效合成介孔ZSM-5分子刷.C18-3-18的加入量可影响到所合成介孔ZSM-5分子筛的相对结晶度和织构性质,它的形成遵从一个转晶过程.在合成初期,凝胶中介孔模板剂C18-3-18的使用导向了介孔材料的生成;随后在TPABr的模板作用下,介孔材料慢慢转晶生成具有MFI结构的介孔ZSM-5;然后所合成的介孔ZSM-5晶粒进一步长大并聚集形成块状颗粒,同时产生晶间介孔.C18-3-18作为介孔导向剂不仅可用于合成介孔ZSM-5分子筛,也可用于其它介孔分子筛的合成中.     

介孔分子筛SBA-15中α-胰凝乳蛋白酶组装及催化活性研究

介孔分子筛由于规则孔道或笼的存在 ,使其具有择形催化作用、高比表面积和强吸附性能 ,其孔道中可组装多种物质而改变其理化性能 .Thomas等 [1] 在介孔 Si O2 上接枝金属茂复合物 .白妮 [2 ] 和张雪峥 [3 ] 等分别将脂溶性金属酞菁衍生物和杂多酸封装在介孔分子筛中 ,得到的组装体催化性能优良 .近年来由于不断合成出 MCM- 41 [4 ] 和 SBA- 1 5 [5] 等孔径较大的介孔分子筛 ,使在介孔材料孔道中组装生物大分子成为可能 .Yen等 [6] 将细胞色素 c组装到孔道中 ,并使酶的稳定性得到提高 ,而α-胰凝乳蛋白酶 (Mr=2 5 0 0 0 ,分子动力学直径…     

二氧化钛介孔气凝胶材料在糖肽选择性富集中的应用

以TiO_2介孔气凝胶作为富集材料,考察了其对标准糖蛋白辣根过氧化物酶(HRP)酶解物的富集效果。结果表明,流动相中乙腈浓度和pH对富集结果均有影响,以高有机相酸性条件上样清洗,低有机相碱性条件洗脱为佳。其次以牛血清白蛋白(BSA)为干扰蛋白,考察了TiO_2介孔气凝胶材料对糖肽的富集特异性,并与商品TiO_2颗粒的富集效果进行了对比。结果表明,TiO_2介孔气凝胶材料可在10倍的BSA干扰下实现HRP的选择性富集,富集能力和富集选择性显著优于商品化TiO_2颗粒,这归因于TiO_2介孔气凝胶材料较高的比表面积。研究有助于更好的理解TiO_2介孔气凝胶材料的保留机理,并将其应用于实际样品的预处理中。