固定化酶的制备及应用

酶的固定化及其酶促反应是最具发展前景的生物技术前沿领域之一。固定化酶已经广泛应用于生物化学、生物技术与工程、生物医学工程、化学化工等方面,将在人类社会可持续发展中发挥重要作用。本文综述了近期固定化酶制备及应用研究的进展。     

功能化金纳米修饰电极自组装及其在固定化酶生物传感器中应用

功能化金纳米修饰电极是化学修饰电极,不仅具有特定功能团性能,且能提供电化学信号,可用于与待测物的电子传递,电子捕获,判定某化学反应是否发生.功能化金纳米修饰电极检测待测物,具有灵敏度高、检测限低及长久使用的优势.我们就功能化金纳米修饰电极自组装制备、电化学表征方法及其在固定化酶生物传感器方面的应用研究,进行综述报道.     

酶生物传感器中酶的固定化技术

综述了近年来国内外酶生物传感器的进展,介绍了制作酶生物传感器的关键技术——酶的固定化。固定化方法主要有吸附法、包埋法、共价键合法和交联法。固定化材料分为无机材料、有机聚合物材料、凝胶以及生物材料等。探讨了固定化方法和固定化材料对酶的固定化及酶生物传感器性能的影响,并结合自己的工作展望了酶生物传感器的发展方向和趋势。     

用于农药残留检测的酶生物传感器

酶生物传感器在农药残留检测方面具有传统检测方法不可比拟的优势.本文介绍了胆碱酯酶和有机磷水解酶在生物传感器中的应用,重点介绍了用于有机磷等农药残留分析的酶生物传感器的种类和研究现状,讨论了几种酶固定化方法存在的优势和局限,指出了目前研究需解决的问题并展望了未来的发展方向.     

纳米花型酶-无机杂化固定化酶研究进展

酶是一种绿色高效的生物催化剂,被广泛地应用于工业生产中,为了更好的提升游离酶的性能,酶固定化技术应运而生。然而,与游离酶相比,固定化酶活性下降以及传质受限一直是酶固定化技术亟待解决的关键问题。作为一种新型酶固定化技术,纳米花型酶-无机杂化固定化酶因具有高比表面积、高酶活性和高催化效率,且制备简单,绿色无污染受到广泛关注。本文综述了近年来纳米花型酶-无机杂化固定化酶的研究进展,根据纳米花型酶-无机杂化固定化酶的形成特点,将其分为单酶纳米花、双酶纳米花和负载型纳米花。阐述了纳米花型酶-无机杂化固定化酶的制备过程和形成机理并对纳米花型酶-无机杂化固定化酶在食品工业和检测领域的应用进展做出总结。最后,对纳米花型酶-无机杂化固定化酶的发展前景做出展望。     

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.     

蛋白质组学中的固定化酶反应器制备的研究进展

固定化酶反应器作为蛋白质组学研究中"bottom-up"策略重要的组件,具有酶解快速、酶解效率高、酶稳定性和活性高、简单易操作、能够与多种检测方式联用等优点,对于发展高效快速的蛋白质组学分析方法具有重要意义。本文就固定化酶反应器的制备方法及其在蛋白质组学中的应用做简单的概述,着重介绍酶的固定方法、固定化酶的载体、用于固定的酶的种类。近几年固定化酶反应器的研究集中于提高固酶量、保持酶活性、增加酶解效率、减小非特异性吸附等方面。研究结果表明,采用纳米材料、整体材料等新型载体,提高载体亲水性,采用多酶同时酶解等方法能够有效改善固定化酶反应器的性能,提高蛋白质的鉴定效率。     

氧化铁磁性纳米粒子固定化酶*

纳米粒子作为酶固定化的载体,当其具有磁性时,制备的固定化酶易于从反应体系中分离和回收,操作简便;并且利用外部磁场可以控制磁性材料固定化酶的运动方式和方向,替代传统的机械搅拌方式,提高固定化酶的催化效率。在众多纳米材料中,氧化铁因其在磁性、催化等多方面的良好特性而倍受瞩目。本文对近年来各种氧化铁磁性纳米粒子固定化酶,尤其是固定化脂肪酶和蛋白酶的制备方法及其应用做了较为详细的阐述,对这些氧化铁磁性纳米粒子固定化酶的优缺点和发展前景进行了讨论。     

生物电化学传感器中煌聚合物材料

对聚合物材料在生物电化学传顺中的应用进行了评述,包括高分子媒介体化合物、高分子阻挡膜、酶固定化材料和电解聚合物材料。并指出今后提高生物电化学传感器性能、改善和改变其表面特性,也依赖于聚合物材料的应用。     

静电纺丝纳米纤维膜固定化酶及其应用*

静电纺丝是一种简单有效的制备聚合物纳米纤维的技术,在组织工程、药物控释和传感器等方面具有广泛的应用。采用静电纺丝技术制备得到的纳米纤维膜具有比表面积大、孔隙率高和易于分离回收等优点,可以作为一种优良的酶固定化载体,目前在酶固定化领域受到了广泛的关注。本文综述了近年来静电纺丝纳米纤维膜固定化酶的研究进展,在阐述静电纺丝纳米纤维膜制备技术的基础上,详细介绍了纳米纤维膜表面担载法和包埋法固定化酶的原理和方法,分析了不同固定化方法的优缺点,并讨论了静电纺丝纳米纤维膜固定化酶的应用前景,对静电纺丝纳米纤维膜固定化酶的发展方向进行了展望。     

有机磷农药酶生物传感器研究进展

酶生物传感器（EBS）以简单、廉价、易于微型化等优势成了有机磷农药（OPs）传统分析方法的最佳替代品。本文从识别OPs的酶及识别机理、电化学EBS、酶的固定化技术、高分子材料的酶固定载体不同角度综述了有机磷农药酶生物传感器研究近况,并重点介绍了一次性丝网印刷酶电极。     

Sensitivity and selectivity of electrochemical enzyme sensors for inhibitor determination

The performance of electrochemical biosensors developed for the determination of inhibiting species is considered. The role of various factors affecting the analytical characteristics of biosensors, their selectivity toward inhibitors to be tested as well as operational characteristics is discussed. The choice of enzyme-inhibitor system, the influence of enzyme immobilization on the behaviour of a biosensor, the modes of the optimization of working conditions are discussed. Most conclusions are illustrated with the models of the application of biosensors for monitoring environmental pollutants.     

电化学生物传感器在环境监测中的应用及发展前景

简要介绍了电化学生物传感器的工作原理,重点论述了电化学生物传感器在环境监测领域的应用及其研究进展,主要包括水环境污染物和大气污染物的监测,以及农药残留的监测等.同时,对电化学生物传感器的发展方向及前景进行了展望.     

Electrochemical polymerization of (2-dodecyl-4, 7-di (thiophen-2-yl)-2H-benzo[d][1,2,3] triazole): a novel matrix for biomolecule immobilization

A recently synthesized conducting polymer [poly(2-dodecyl-4,7-di(thiophen-2-yl)-2H-benzo[d][1,2,3]triazole (PTBT)] was tested as a platform for biomolecule immobilization. After electrochemical polymerization of the monomer (TBT) on graphite electrodes, immobilization of glucose oxidase (GOx,β-D-glucose: oxygen-1-oxidoreductase, EC 1.1.3.4) was carried out. To improve the interactions between the enzyme and hydrophobic alkyl chain on the polymeric structure, GOx and isoleucine (Ile) amino acid were mixed in sodium phosphate buffer (pH 7.0) with a high ionic strength (250 × 10(-3) M). The solution is then casted on the polymer film, and the amino groups in the protein structure were crosslinked using glutaraldehyde (GA) as the bifunctional agent. Finally, the surface was covered with a perm-selective membrane. Consequently, cross-linked enzyme crystal (CLEC) like assembles with regular shapes were observed after immobilization. Microscopic techniques such as scanning electron microscopy (SEM) and fluorescence microscopy were used to monitor the surface morphologies of both the polymer and the bioactive layer. Electrochemical responses of the enzyme electrodes were measured by monitoring O(2) consumption in the presence of glucose at -0.7 V. The optimized biosensor showed a very good linearity between 0.05 and 2.5 × 10(-3) M with a 52 s response time and a detection limit (LOD) of 0.029 × 10(-3) M to glucose. Also, kinetic parameters, operational and storage stabilities were determined. K(m) and I(max) values were found as 4.6 × 10(-3) M and 2.49 μA, respectively. It was also shown that no activity was lost during operational and storage conditions. Finally, proposed system was applied for glucose biomonitoring during fermentation in yeast culture where HPLC was used as the reference method to verify the data obtained by the proposed biosensor.     

基于DNA定向固定化技术构建毛细管固定化酶微反应器的研究进展

生物酶影响着物质代谢和质能转换等生命活动,生物体内某些酶的活性变化会导致疾病的发生。发展新型的酶分析方法对深刻理解生物代谢过程、疾病诊断和药物研发等具有重要意义。毛细管电泳（CE）具有分离效率高、分析速度快、操作简单和样品消耗少以及可与多种检测手段联用等优点,在酶分析研究中越来越受到关注。CE酶分析主要包括离线和在线两种模式,其中,固定化酶微反应器与毛细管电泳联用（CE-IMER）的在线酶分析已经成为主要的酶分析方法之一。CE-IMER充分结合了固定化酶和CE的优势,将游离酶固定在毛细管内,不仅可以显著提高酶的稳定性和重复使用性,而且可以实现纳升规模溶液的自动化酶分析,进而显著降低酶分析成本。目前已有大量方法制备IMER用于CE酶分析,然而如何构建性能良好、可再生使用、酶固载量大、自动化程度高的CE-IMER一直是该领域重点研究的问题。DNA定向固定化技术（DDI）可以充分利用DNA分子的碱基互补配对（A-T,C-G）,在温和的生理条件下特异性固定生物大分子。由于短链双螺旋DNA分子具有较强的机械刚性和物理化学稳定性,通过DDI将酶固定在载体表面,有利于降低传质阻力,提高酶与底物的接触能力,进而促进酶促分析过程。该文主要综述了利用DDI构建新型IMER在CE酶分析中的应用现状,并对其未来发展进行了展望。     

纳米结构聚吡咯构建的生物传感器

本文总结了纳米结构聚吡咯对生物分子的固定方法如吸附法、电化学聚合包埋法、共价键偶联法以及分子印迹法,重点评述了基于纳米结构聚吡咯的电流型生物传感器,如酶、核酸、免疫传感器等的工作原理和探测性能.指出聚吡咯纳米敏感材料优良的选择透过性和高比表面积有利于生物分子的固定,提高了生物传感器的敏感度;聚吡咯良好的生物相容性和抗干扰性,可以很好地保持生物分子的活性,提高生物传感器的选择性和环境稳定性;聚吡咯与其它敏感材料如碳纳米管或金属纳米粒子复合,两者的协同效应使电极的电化学信号放大、电催化活性可提高2～4个数量级.检出限最高可提升5万倍;聚吡咯纳米生物传感器在生物医学工程、临床诊断、环境监测、食品卫生和科学等领域展现出广阔的应用前景.     

Carbon nanotube array-based biosensor

Aligned multi-wall carbon nanotubes (MWNT) grown on platinum substrate are used for the development of an amperometric biosensor. The opening and functionalization by oxidation of the nanotube array allows for the efficient immobilization of the model enzyme, glucose oxidase. The carboxylated open-ends of nanotubes are used for the immobilization of the enzymes, while the platinum substrate provides the direct transduction platform for signal monitoring. It is also shown that carbon nanotubes can play a dual role, both as immobilization matrices and as mediators, allowing for the development of a third generation of biosensor systems, with good overall analytical characteristics.     

以聚硫堇为电化学探针的非标记型核酸适配体传感器

采用电聚合法制备了聚硫堇氧化还原电化学探针, 以金纳米粒子为固定核酸适配体的载体构建了非标记型核酸适配体传感器. 用电化学阻抗谱对传感器的组装过程进行了监测, 用循环伏安法和差分脉冲伏安法考察了传感器的电化学行为. 结果表明, 该传感器对凝血酶的检测在1.0 pg/mL～500 ng/mL范围内呈良好的线性关系, 相关系数为0.998, 检出限为0.38 pg/mL. 该传感器制备简单、 灵敏度高且抗干扰能力强.     

电化学DNA生物传感器*

对特异DNA序列的检测在基因相关疾病的诊断、军事反恐和环境监测等方面均具有非常重要的意义,DNA传感器的研究就是为了满足对特异DNA序列的快速、便捷、高灵敏度和高选择性检测的需要。近年来涌现出了多种传感策略,根据检测方法的不同可以大致分为光学传感器、电化学传感器、声学传感器等。由于电化学检测方法本身所具有的灵敏、快速、低成本和低能耗等特点,电化学DNA传感器已成为一个非常活跃的研究领域并在近几年中得到了快速发展。本文概括了近年来在DNA传感器的重要分支——电化学DNA传感器领域内的一些重要进展,主要包括DNA探针在传感界面上的固定方法和各种电化学DNA杂交信号的检测方法。