2.2碳管纳米复合材料固定化酶。
碳纳米管作为一种一维纳米材料具有良好的导电性、吸附能力强、生物相容性好等许多独特属性, 随着对碳纳米管及纳米材料研究的不断深入,碳纳米管在生物技术领域也被广泛使用[50-51].
Li 等[52]通过 Cu2+螯合作用将 GAS 固定在表面接有聚酰胺-胺型树枝状高分子(PAMAM)的磁性碳纳米管上, 考察了该方法固定化 GAS 的相关性能。结果表明酶的负载量达 20.6 mg·g-1,固定化酶的活性为游离酶初始活性的 71.2%,经过 10 次循环使用后,固定化酶仍能保持 84.2%初始活性,且载体再生后仍然保留着其原有优良的磁分离能力、快速固定化酶能力等特性(图 10)。 Choi[53]将多壁碳纳米管(CNT) 在 全氟磺酸 (Nafion) 溶液中分散氧化形成
CNT@Nafion 纳米复合材料, 并通过等离子腐蚀在其表面获得的微孔结构共价固定 GOx 和漆酶,其固定化效率得到明显改善。Xu 等[54]制成 1-芘丁酸改性掺氮碳纳米管(
PBA@NCNTs)均质纳米复合材料,用于酶的固定化和葡萄糖生物传感的研究,GOx 在PBA/NCNTs 表面酶负载量高达 1.986 mmol·cm-2.而 Amatatongchai[55]将氨基功能化碳纳米管(CNT-NH2)、金纳米粒子和牛血清白蛋白组成纳米复合材料用以共价固定漆酶,并考察了该酶电极上漆酶直接电化学和生物传感性能,结果表明合成的纳米复合材料有良好的酶直接电化学活性,也保持了漆酶的生物活性, 同时该生物传感器具有良好的选择性、重复使用性及稳定性。
3纳米纤维复合材料固定化酶研究。
3.1聚合物纳米纤维复合材料固定化酶。
纳米纤维复合材料固定化酶易从反应介质中分离并可应用于连续操作, 因此被广泛应用于催化、生物医学和制药领域[56].
静电纺丝是一种将各种聚合物、 高分子共混物、溶胶-凝胶、复合材料等制备成纤维直径在 1~100 nm 的多功能纳米纤维的技术,由于其制造工艺简单、成本低廉等优点成为世界材料科学技术领域研究的热点[57]. El-Aassar[58]通过静电纺丝技术制得聚甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈(poly AN-co-MMA)纳米纤维,并以纳米纤维羰基基团共价连接的聚乙烯亚胺(PEI)为连接臂共价固定化 β-半乳糖苷酶。 研究表明,耦合 PEI 数量是影响固定化酶催化性能、保留活性和动力学参数的主要因素。 检测结果表明,固定化酶的稳定性得到明显的改善,最适温度比游离酶高 5 ℃且对温度具有更好的耐受性。
Manuel[59]通过相同的技术制得聚丙烯腈(PAN)纳米纤维薄膜,并通过 2 种不同的表面化学修饰后作为固定化葡糖氧化酶的载体。 一是通过两步法将PAN 的腈基转化为氨基;二是先通过 NaOH 处理生成羧酸基团,再进一步与己二胺(HMDA)反应生成反应性间隔臂来固定化酶。 结果表明,化学修饰后载体表面没有发生变化且其机械强度得以改善,一法和二法修饰所得载体的固定化酶在 25 次循环后分别保留 54%和 60%的初始活性,酶负载量分别为1 238 μg·mg-1和 168 μg·mg-1; 且保留活性和动力学参数方面都展现出更为优良的性能。