固定化酶微反应器的制备及应用

固定化酶微反应器是将生物分子固定技术与生化微反应相结合制备的一种固定化催化装置。这种微型化的反应系统由于兼具固定化酶的特异性催化、可重复利用及微分析的低消耗、易分离等优点,在生命科学如蛋白质组学、酶抑制剂的筛选、生物催化等领域具有非常重要的作用。固定化酶微反应器的性能与其制作方法关系密切。本文着重从酶与固定化载体结合方式的角度,对近年来固定化酶微反应器的各种制备方法和应用进行了较为详细的评述。重点讨论了各种方法的优缺点和最新的发展情况,并对其发展前景进行了展望。     

酶的改造及其催化工程应用

酶作为生物催化剂在食品、饲料、化妆品以及医药等诸多领域逐渐发挥重要作用。但是,酶对外界环境如pH和温度等很敏感,而实际的反应条件和生物体的生理环境差异较大,因此酶在实际应用中不稳定、容易失活,催化效率下降。酶的这一特点大大限制了其工业化应用。目前,定向进化、糖基化以及化学修饰等方法被广泛用于酶分子的改造以提高其稳定性、催化效率以及扩大其底物范围。其中,定向进化通过模拟自然进化机制,在体外改造基因从而获得性能优化的酶突变体,已经成为了酶改造的重要技术。在酶的实际应用过程中,介质工程、固定化以及多酶催化体系构建等技术被广泛用于提高酶的催化效率。其中,多酶催化体系由于其底物通道效应可以显著提高级联酶反应的效率而备受关注。本文首先重点介绍了近年酶应用的现状,然后从酶定向进化、糖基化以及化学修饰的角度总结了酶改造的方法,最后从介质工程、酶固定化以及体外多酶催化体系等方面进一步总结了酶实际应用中的催化工程策略。     

羧基功能化Fe3O4固定化酶反应器的构筑及性能研究

对固定化酶的载体进行功能化修饰,通过改善载体和酶的界面连接可使酶分子在载体表面形成高度有序的二维排列,从而提高酶的催化活性和操作稳定性.用柠檬酸修饰的Fe₃O₄磁性纳米粒子(CA-Fe₃O₄)易于磁性分离且表面富含羧基,可作为一种优良载体通过吸附法固定化氯过氧化物酶(CPO)构筑CPO@CA-Fe₃O₄酶反应器、共固定化CPO和葡萄糖氧化酶(GOx)构筑GOx&CPO@CA-Fe₃O₄级联酶反应器.将酶反应器应用于催化氧化结晶紫染料的脱色时,两种酶反应器均显示出良好的催化活性、对底物的亲和性与专一性、热稳定性,在实际水样中也有良好的应用效果.与CPO@CA-Fe₃O₄相比, GOx&CPO@CA-Fe₃O₄酶反应器因级联反应中H₂O₂的原位产生而表现出更优异的催化性能...     

纳米通道内酶组装及其催化反应研究进展

研究酶的组装和催化反应不仅有利于探索生命活动的本质,同时对开发酶在工业合成、分析检测、疾病治疗等领域的实际应用价值具有重要的指导意义. 研究发现,酶的有效固定和有序组装是保持酶活性、酶促反应的稳定性和对酶催化过程进行控制的重要途径,而在纳米通道内进行单酶或多酶的有序组装,利用纳米通道的限域效应可有效保持酶的构型进而提高酶催化反应的选择性和催化效率,增强酶级联反应的动力学进程. 本文概述了近年来基于纳米通道的酶反应器在生物传感领域的研究进展,着重描述纳米通道限域空腔内酶的组装方法、酶催化反应及其动力学机制,并展望了基于纳米通道的酶反应器的应用前景.     

石墨烯固定化酶研究进展

固定化酶具有高效催化、可重复利用及易分离等优点,在食品、医药等工业生产领域及微观生化检测领域具有广泛应用。固定化酶的性能与载体材料关系密切。石墨烯作为一种广受关注的纳米材料,其独特而优良的物化性能是固定酶的理想载体。本文主要介绍了近年来以石墨烯及其衍生物为载体的固定化酶技术的发展状况。重点对以物理吸附法、化学键合法和包埋法为主的各种石墨烯固定化酶的制作方法,以及其在酶微反应器和生物传感等领域的最新应用进行详细的评述,并对其今后的发展前景进行了展望。     

纳米沸石修饰微通道反应器内固定化酶催化的水解反应动力学

通过在毛细管内层叠层组装纳米沸石并固定脂肪酶来构建纳米沸石修饰的固定化酶微反应器通道,将纳米沸石良好的生物相容性和高的酶固定能力与微反应器反应效率高、扩散传质快等优点相结合. 以对硝基苯棕榈酸酯的水解作为探针反应对该微反应器内固定化酶催化水解反应动力学进行了研究和计算,并与普通反应器内同样的反应进行比较. 通过对比米氏方程参数,证实在微反应器内酶催化水解反应效率可比普通反应器内提高3倍以上并可提高酶和反应底物的亲和能力.     

共价有机框架材料在固定化酶及模拟酶领域的应用

共价有机框架(Covalent Organic Frameworks, COFs)是一类由轻质元素通过可逆共价键连接而成的晶型多孔有机材料。因具有高比表面积、低密度、规则的孔隙和易于功能化等独特的性能和结构,COFs在气体吸附、化学传感和非均相催化等领域有着广泛的应用前景。近年来,COFs逐渐显现出在固定化酶和模拟酶领域的应用潜力,由于可以轻松定制COF上的官能团以保持COF与酶之间的特定相互作用,因此COF成为有吸引力的酶固定基质。此外,COF的连续且封闭的开放通道为渗透酶提供了良好的微环境。同时,探索了COF模拟酶的特征,通过“从下到上”的方法或后修饰策略设计了COF模拟酶。这不仅扩展了固定化酶载体材料的研究和应用范围,还为模拟酶仿生催化提供了新的研究思路。本文综述了COFs固定化酶和作为纳米材料模拟酶(纳米酶)在生物催化领域的研究进展,详细讨论了COFs载体的合成和功能化策略、固定化酶方式,以及COFs纳米酶的设计理念、催化活性和选择性等内容。最后总结了目前COFs在酶催化领域所面临的挑战和未来发展的机遇。     

固定化多酶策略及易分离的载体材料研究进展

多酶级联反应是现代工业过程中重要的生物技术。然而,酶的分离和回收是一项繁琐而费力的工作,因此酶的固定化是实际应用中的关键问题。固定化多酶可以通过底物通道提高酶的催化活性,而易分离的载体材料有利于酶的稳定性和易于回收再利用。本文综述了近年来固定化多酶策略及易分离的载体材料相关研究,内容包括不同固定策略的多酶复合体,阐述了适合固定化酶的易于分离的载体材料,特别是磁性纳米颗粒和膜状材料无需离心即可从本体溶液中分离。总结了固定化多酶在食品生产和生物传感器领域的实际应用,最后对固定化多酶催化反应的发展前景和趋势进行了展望。     

固定化脲酶的制备及酶学性质研究

固定化酶是束缚在一定空间内仍能进行其特有反应的生物催化剂,近年来对于固定化酶的研究非常活跃[1-2].目前酶的固定化方法主要有吸附法,交联法,包埋法以及化学共价法,这些方法各有特点[3-5],应用领域多为食品工业、制药、医学治疗等方面.     

酶膜反应器及其在生物催化领域的应用

酶膜反应器是一种新型的生物催化反应设备,它是反应与分离相耦合的装置,集产品分离、纯化和酶回收利用于一体,具有其它方法不可比拟的优势。在强调资源节约,环境友好和清洁化生产技术的今天,显示一些特别的优点,近年来已成为热门的研究领域。本文主要介绍了酶膜反应器的基本原理、特征及其分类,并根据分类对近年来酶膜反应器在生物催化领域...     

Effect of Concentrated Salts Solutions on the Stability of Immobilized Enzymes: Influence of Inactivation Conditions and Immobilization Protocol

This paper aims to investigate the effects of some salts (NaCl, (NH₄)₂SO₄ and Na₂SO₄) at pH 5.0, 7.0 and 9.0 on the stability of 13 different immobilized enzymes: five lipases, three proteases, two glycosidases, and one laccase, penicillin G acylase and catalase. The enzymes were immobilized to prevent their aggregation. Lipases were immobilized via interfacial activation on octyl agarose or on glutaraldehyde-amino agarose beads, proteases on glyoxyl agarose or glutaraldehyde-amino agarose beads. The use of high concentrations of salts usually has some effects on enzyme stability, but the intensity and nature of these effects depends on the inactivation pH, nature and concentration of the salt, enzyme and immobilization protocol. The same salt can be a stabilizing or a destabilizing agent for a specific enzyme depending on its concentration, inactivation pH and immobilization protocol. Using lipases, (NH₄)₂SO₄ generally permits the highest stabilities (although this is not a universal rule), but using the other enzymes this salt is in many instances a destabilizing agent. At pH 9.0, it is more likely to find a salt destabilizing effect than at pH 7.0. Results confirm the difficulty of foreseeing the effect of high concentrations of salts in a specific immobilized enzyme.     

Comparison of Oxalate Oxidase Enzyme Electrodes for Urinary Oxalate Determinations

Abstract

Enzyme electrodes for oxalate were constructed by immobilizing oxalate oxidase enzyme (E, C, 1,2,3,4) on both potentiometric carbon dioxide and amperometric hydrogen peroxide sensors. These systems were optimized, and the response characteristics of the two biosensors examined in a comparison study. Areas investigated include linear range, calibration curve slope, response time, limit of detection, and lifetime. Selectivity studies were carried out with the system and showed no measurable response to millimolar levels of various L-amino acids, metal ions or ascorbic acid.

This comparison was extended into the choice of an optimal sensor for urinary oxalate determinations with minimal sample pretreatment. The peroxide sensor performed best in urine samples, allowing for the 1:40 dilution necessary to minimize the effect of any interferents present. At this or greater dilution, the recovery of standard additions of oxalate averaged 95.5%, with an average relative standard deviation of 4.9%. The system retained its activity throughout two weeks of continued use.     

交联血管紧张素转化酶聚集体的制备及性质

制备了交联血管紧张素转化酶聚集体（ACE-CLEAs）,比较了ACE-CLEAs及游离ACE的酶学性质,包括最适酶促反应温度、最适pH值、Km、vmax、温度稳定性及pH稳定性等。 以酶活力回收率为参考,确定了制备ACE-CLEAs的最佳条件为：饱和度为80%的(NH4)2SO4溶液作为沉淀剂,沉淀时间0.5 h,质量分数为0.02%的戊二醛作为交联剂,交联时间1 h。 通过比较酶学性质发现,ACE-CLEAs比游离ACE具有更好的温度稳定性及pH稳定性,且与游离ACE接近的Km值表明,ACE-CLEAs对底物的亲和力与游离酶几乎相当。     

Amperometric Enzyme Sensor-Based Enzyme Immunoassay for Factor VIII-Related Antigen

Abstract

The coupling of an enzyme immunoassay for factor VIII-related antigen with a commercial glucose oxidase based amperometric sensor permits the determination of 1.6 to 16 ng of factor XIII-related antigen in human plasma. Further pure amperometric sensors or amperometric enzyme sensors for determination of the main marker-enzymes of enzyme immunoassays are described.     

基于固定化酶的乙酰胆碱酯酶抑制剂体外筛选模型的建立

以可重复使用的固定化酶代替游离态酶, 建立一种基于比色分析的乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制剂体外筛选新模型. 采用以氨基化硅胶为载体固定的AChE优化了实验条件, 用AChE抑制剂阳性对照物他克林和毒扁豆碱对该模型进行验证, 还对模型技术参数进行评价, 并将新模型用于单体化合物及天然产物粗提物AChE抑制活性评价. 结果表明, 最佳实验条件为: 固定化酶用量55 μL, 底物浓度5 mmol/L, 甲醇、 乙醇及体积分数不高于6%的二甲基亚砜水溶液均可作为样品溶剂; 模型验证及模型技术参数评价结果良好, 该模型对AChE抑制剂筛选有较好的特异性和灵敏度, 可用于筛选AChE抑制剂. 该模型具有适用性强、 固定化酶可重复使用及结果可靠等优点, 是单体化合物及天然产物粗提物AChE抑制剂活性评价的有效方法.     

Rapid Determination of Dimethoate with a Surface Acoustic Wave Impedance Sensor System

Abstract

Based on the principle of enzyme inhibition, a novel and sensitive lipase biosensor to determine organophosphorus pesticide is presented. Contact of the enzyme with pesticide samples results in specific inhibition of enzyme activity. Sensor calibration was possible by correlating the inhibition of enzyme activity with various concentrations of pesticide compound in a buffer solution. The sensor was successfully used to determine pesticide concentrations ranging from a low of 167ng/ml to 1.34μg/ml, and the detection limit is 81ng/ml. The effects of temperature, pH value, incubation time and solvent were also investigated. The sensor was also applied to the determination of dimethoate residues in the peel and flesh of tomato.     

聚吡咯葡萄糖氧化酶电极的生物电化学响应

采用分步骤合过程，制备了以聚吡咯膜为载体的葡萄糖氧化酶电极，探讨了其生物电化学响应特性，计算了酶催化反应的有关动力学参数。与溶解态酶相比，该电极表现出良好的生物电化学特征，而且酶蛋白对溶液温度的稳定性有显著提高。