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.     

酶固定化技术用载体材料的研究进展

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.     

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。     

酶的固定化及其应用

酶的固定化研究始于1960年代中期,从1970年代初开始酶的固定化技术研究发展很快,至1980年代初,每年约发表1000篇以上的文献和近200篇专利,所报道的固定化方法达100种以上[1].1980年代中以后,酶和细胞固定化研究的发展速度开始减慢,从而有人认为,对酶的固定化技术应予以重新评价     

高分子对酶、抗体、DNA的修饰、固定化及其生物医学应用

为发展适于生物医用的生物功能高分子材料,本实验室近年来研究了可溶性高分子对L-天冬酰胺酶的修饰、纳米磁性高分子微粒对酶或抗体的固定化、亚微米高分子微球固定化碱性磷酸酶及其在DNA检测中的应用、高分子微球固定化酶的合成与性能、酶在导电高分子膜上的固定化及生物传感器制备等. 本文对此进行简要总结.     

介孔材料在微PDMS芯片固定化酶中的应用

酶解是蛋白质分析的重要前处理方法.微流控芯片具有样品耗样量小,可以实现样品的预处理、分离、富集、鉴定等分析过程于一体等特点.将酶固定在微流控分析芯片上,可以为蛋白质样品的分析提供一个高通量的技术平台.     

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。     

有机电极材料固定化策略

有机电极材料因其理论比容量高、低成本、环境友好以及分子结构可设计性强等特点,有望成为下一代可持续和多功能能量储存设备的有效电极材料。然而,根据“相似相溶”原理,该类材料极易溶解在有机电解液中,导致电池容量衰减快、循环稳定性和倍率性能也较差。目前已有许多研究致力于通过“固定化”过程解决有机电极材料的溶解问题。本综述针对有机电极材料的固定化策略展开评述,介绍了有机电极材料的固定化机理,以及各种固定化策略在不同种类有机电极材料中所起的作用,指出了有机电极材料面临的挑战,并对未来的研究和改进方向进行展望。     

Byssus Thread: A Novel Support Material for Urease Immobilization

Byssus threads are tough biopolymer produced by mussels (Mytilus viridis) to attach themselves to rocks. These were collected from mussels in their natural habitat (N) and from animals maintained in laboratory condition (L) as a novel support. Byssus thread surfaces were characterized by SEM analysis, chemically modified and used for adsorption of urease. The efficiency of the immobilization was calculated by examining the relative enzyme activity of free and the immobilized urease. The pH stabilities of immobilized urease were higher (0.5 unit) than free enzyme. Immobilized enzymes on byssus (both N and L) when stored at 6 °C retained 50% of its activity after 30 days, but they were more stable in dry condition. The optimum temperature of immobilized enzymes was found to increase (25 °C). A Michaelis-Menten constant (K (m)) value for immobilized urease was also elevated (2.08 mol).     

Immobilization of Enzymes on Polychlorotrifluoroethylene Particles Packed in Small Columns

Abstract

The use of polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) particles packed in 5–10 cm × 0.4 cm ID columns for the immobilization of enzymes by hydrophobic adsorption is investigated. Enzyme binding capacity of PCTFE is about 0.2 mg/gm of polymer. PCTFE-immobilized lactate dehydrogenase, alcohol dehydrogenase, and urease-glutamate dehydrogenase are demonstrated to be useful for the determinations of pyruvate, ethanol, and urea, respectively. Immobilized enzyme lifetimes are generally about 1–2 months.     

Mechanism of Immobilization of Enzymes by Radiation-Induced Polymerization of Glass-Forming Monomers

Immobilization of enzymes by radiation-induced polymerization has been studied at low temperatures by use of various hydrophilic and hydrophobic glass-forming monomers such as hydroxy-alkyl methacrylate and poly(ethylene glycol diacrylate). Activity yield of the immobilized enzyme depends on the monomer concentration in polymerization. In the immobilized enzymes with strongly hydrophobic matrices, the activity shows a maximum at an optimum monomer concentrations in a certain stage of repeated usage for the enzyme reaction. The decrease of activity with repeated use is very little in strongly hydrophobic systems, particularly in diethylene glycol diacrylate polymer matrices. The hydrophobic polymer-enzyme composite has the microsphere form. In the present method, a model scheme for immobilization mechanism is proposed, which is compared with that formed in the polymerization of a nonglass-forming monomer system and also by the solution polymerization at higher temperatures.     

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.     

溶胶凝胶复合材料的研究及对生物酶的固定

研究了一种新型的氧化铝/聚乙二醇（Al2O3/PEG）溶胶凝胶复合材料,利用红外光谱、探针电镜对材料的性能进行了表征。试验结果表明：复合膜中含有大量的羟基和氢键,且两种组分形成互穿网络,该材料刚柔相济的特点使其适合于做生物传感器的固定化材料。PEG是极性高聚物,在溶胶凝胶的体系中,可以起到加速反应及防止膜开裂的作用。Al2O3/PEG复合材料对酶具有较好的生物相容性和较高的稳定性,将生物酶固定其中制备成的生物传感器具有良好的反应活性,同时,还证明了这种生物传感器具有稳定性和灵敏度高的特点。     

电聚高分子膜固定化酶生物传感器及其进展

本文将电化学聚合高分子膜固定膜酶制备的生物传感器分为以下三种主要类型，并分别 就其发展概况和发展方向进行了评述。即：以溶解氧为电子受体的的生物传感器（第一代电流型生物传感器）；以非氧介全为电子受体的生物传感器（第二代电流型生物传感器）和电子在酶和聚合高分膜之间直接进行转移的传感器（第三代电流型生物传感器）。     

溶胶-凝胶法固定生物活性物质的研究进展

综述了近年来溶胶一凝胶(Sol-gel)技术在生物活性物质固定化方面的应用和进展。蛋白质、酶、抗体(抗原)、细胞及微生物均可被包埋于Sol-gel玻璃中。包埋后,这些生物活性物质仍保持其生物活性和光谱性质,有望成为实用的生物催化剂和生物传感器。     

固定化青霉素酰化酶新型载体PEI/SiO2的制备及其特性

通过γ-氯丙基三甲氧基硅烷的媒介, 将聚乙烯亚胺(PEI)化学偶联在硅胶微粒表面, 制备了固定化青霉素酰化酶的新型复合载体PEI/SiO2, 最终制得了活性高且稳定性好的固定化青霉素酰化酶. 通过测定复合载体表面PEI的偶合量, 考察了各种反应条件对复合载体制备的影响规律; 通过红外光谱与电导滴定法测定, 对复合载体表面的化学结构与组成进行了表征; 为探索复合载体PEI/SiO2固定化酶的作用机理, 测定了复合载体在固定化酶前的ζ电位. 研究结果表明, 通过氯丙基硅烷偶联剂的媒介, 聚胺大分子PEI可以充分地被化学偶联在SiO2表面, 键合量可达到15%. 偶联反应的适宜条件: 反应温度90-94 ℃; 反应时间5h; PEI的质量浓度0.45-0.50 g/mL. 由于PEI分子链中含有大量氨基, 少量的共价键联与大量的物理吸附相结合, 既可使青霉素酰化酶被快速稳定地固定化, 又能很好地保持酶的构象, 使其具有较高的催化活性与活力回收率, 而且具有良好的连续操作稳定性, 重复使用15次, 固定化酶的活性可稳定地保持在初活性的87.5%水平上.     

Immobilization of Glycosylated Enzymes on Carbon Electrodes,and its Application in Biosensors

A novel approach was used to immobilize glycosylated enzymes on a glassy carbon electrode (GCE) based on the interaction of boronic acid and carbohydrate moiety within the glycoproteins. 4-Aminomethylphenylboronic acid (4-AMBA) was covalently grafted on a glassy carbon electrode (GCE) by amine cation radical formation in the electrooxidation process of the amino-containing compound. The boronic acid group immobilized in this way could recognize glycoproteins such as glucose oxidase, horseradish peroxidase, dehydrogenase and others. X-ray photoelectron spectroscopy measurement proved the presence of a 4-AMBA monolayer on the GCE. The adsorptions of three kinds of enzymes were investigated by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The activity of the immobilized horseradish peroxidase was also studied.     

氨基酸分子改性的SiO2杂化材料用于胰蛋白酶固定化

为改善二氧化硅载体材料本身的生物相容性和疏水性,维持包埋生物分子的活性,本文对水解前驱体3-氨基丙基三甲氧基硅烷进行氨基酸分子改性。具体过程包括N-Fmoc-L-缬氨酸和氯化亚砜反应生成N-Fmoc-L-缬氨酰氯,再和3-氨基丙基三甲氧基硅烷反应生成N-（3-三甲氧基硅基）丙基-N′-Fmoc-L-缬氨酰胺后。然后去除Fmoc,得到N-（3-三甲氧基硅基）丙基-L-缬氨酰胺作为氨基酸修饰的硅源前驱体。通过IR、MS、1H-NMR等分析测试手段对合成得到的各个化合物的结构进行了表征。利用正硅酸甲酯（TMOS）和N-（3-三甲氧基硅基）丙基-L-缬氨酰胺为复合硅源,经过溶胶-凝胶过程来包埋了胰蛋白酶,研究得到最适的固定化条件为,N-（3-三甲氧基硅基）丙基-L-缬氨酰胺的含量为15mol%。在该条件下,固定化胰蛋白酶活力的绝对值是199U,游离酶的酶活力的绝对值是103U, 四甲氧基硅烷直接包埋的固定化酶活力的活性是38 U。在该条件下,杂化硅源得到的固定化酶的活性是以四甲氧基硅烷水解前驱体的固定化酶活性的5倍,杂化硅源固定化胰蛋白酶的最相比游离酶,酶的最高活力提高的几乎2倍。这些结果表明氨基酸分子对水解前驱体修饰以后,水解产生的固定化载体具有良好的生物相容性。通过改性载体制备的固定化酶,对甲醇变性剂的稳定性,对酸碱的抵抗性及热稳定性也有明显地提高。     

含环氧基团的聚合物载体合成方法的改进及其固定化青霉素酰化酶

 以 Span-60 和 Tween-20 为复合分散剂, 以 N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂, 以甲基丙烯酸缩水甘油酯和烯丙基缩水甘油醚为功能性单体, 用反相悬浮聚合技术成功制备了含环氧基团的聚合物载体, 并用红外光谱和低温氮吸附对聚合物载体进行了表征. 以 Span-60 和 Tween-20 为复合分散剂, 替代原有的 Span-60 和硬脂酸钙复合分散剂, 大幅度减少了后处理过程中所需的时间和溶剂用量, 使固定化青霉素酰化酶的活性从 215 U/g 提高到 320 U/g. 与游离酶相比, 该固定化酶具有较好的操作稳定性, 在 pH = 5~11 和不高于 50 oC 的环境中具有较好的稳定性. 固定化酶的水解反应动力学过程与游离酶相同, 均遵循米氏反应动力学, 而且活性与底物浓度密切相关. 当底物浓度为 6.5% 时, 固定化酶的活性最高, 达到 353 U/g.     

青霉素酰化酶在甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物上的固定化

 用共价键合法将青霉素酰化酶固定化在珠状多孔的甲基丙烯酸缩水甘油酯（GM）共聚物上，研究了固定化反应时间、温度、pH值和酶液用量对固定化青霉素酰化酶的表观活性、表观偶联效率、活性回收及稳定性的影响．将GM共聚物载体加入到磷酸缓冲液（0．1mol／L，pH10．8）与青霉素酰化酶液（每克干载体用酶液1ml）的混合溶液中，在30℃下反应72h，单位质量（干重）固定化酶的表观活性为348U／g，表观偶联效率为66．7％，活性回收为31．7％．