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固定化酶领域不同纳米复合材料的应用性能综述(8)

来源:无机化学学报 作者:相欣然;黄和;胡燚
发布于:2017-06-16 共16409字
  4其它纳米复合材料固定化酶研究。
  
  固定不同种类的酶或在不同的反应体系中,对固定化酶的要求也会有相应的变化,根据实际情况来决定复合材料种类已成为制备纳米复合载体的常用方法。
  
  四氧二铁酸钴(CoFe2O4)磁性纳米粒子是一种有卓越的生物相容性,易于分离的材料,其具有高结合能力和优良的磁性、 化学稳定性和机械强度。Altun[66]用水热法合成 CoFe2O4磁性纳米粒子,再以鞣酸(TA)覆盖在其表面得到复合材料 CFO-TA,用于GOx 的固定化(图 13)。 因蛋白质和 TA 之间存在强相互作用,GOx 可以通过简单的物理吸附达到很好的固定化效果。 与其它固定化方法相比,此法不需要各种化学反应和复杂的过程,简单易行、耗时短,且不会对酶结构造成破坏。 根据双倒数分析(LB)法可得固定化 GOx 对葡萄糖拥有低亲和力,固定化酶和游离酶的 Km常数为 50.05 和 28.00 mmol·L-1,固定化酶重复使用性得以提升,在 8 次连续使用后仍可保留 60%的初始活性。
  
  【图 13】  
  Gogoi 等[67]通过等离子体聚合和溅射技术将AgNPs 均匀地嵌入苯胺聚合薄膜中 得到 Ag/PPAni纳米复合薄膜。 AgNPs 的加入可以较好地保留酶的活性, 而 PPAni 作为一种在环境中稳定的聚合物,其表面存在大量具有可供固定化酶结合的活性位点的自由基, 因此 Ag/PPAni 不需要借助任何表面活性剂或 GA 等交联剂即可与酶稳定共价结合。PPAni 具有的生物相容性和高抗微生物活性也是选择其做固定化载体关键的因素,Ag/PPAni 纳米复合薄膜所固定的胰蛋白酶的水解能力远高于游离酶,在蛋白质消化领域用作理想载体有非常好的应用前景。Kim 等[68]通过逐步聚合法将 Fe3O4嵌入聚苯乙烯/聚 吩 的 核/壳 复 合 物 粒 子 中 形 成 多 功 能Fe3O4NPs-PSt/PTh 纳米复合材料(图 14),此法获得产物在导电性能上表现优异,多用于生物酶传感器的制备。
  
  【图 14】  
  羟磷灰石(HA)作为一种具有低成本、良好生物降解性和生物相容性等优良性能的无机生物材料在固定化酶领域得以应用。 Faramarzi 等[69]首先以Fe3O4纳米粒子为内核, 以 HA 作为表面涂层合成Fe3O4NPs@HA,再在外层通过包裹具有大量氨基官能团的聚乙烯亚胺(PEI)加以保护,最后通过表面嫁接可以有效保护酶空间结构的 β-环糊精( β-CD)得到 3 层核壳结构的纳米复合材料 Fe3O4NPs@HA@PEI-β-CD, 此法获得的载体固定化脂肪酶在 pH值耐受性,热稳定性和储藏稳定性等方面有了明显的提升,其在经过 5 次循环使用后可保留 80%的初始活性。
  
  纳米 CaCO3成本低廉易于合成,具有高机械强度和热稳定性,并且可以为固定化酶提供高亲水微环境,但由于其表面官能团密度非常低,因此表面吸附能力较低。Preety[70]通过细乳液法制备 CaCO3纳米粒子,再将环氧氯丙烷(环氧树脂)和丙二酚(硬化剂) 聚合在聚乙烯层表面得到具有环氧基团的聚乙烯层, 将其与 CaCO3纳米粒子结合得到 Epoxy@CaCO3纳米复合载体。 由于环氧基团和酶之间存在多种共价连接,可以成功解决上述问题,并且与纳米 CaCO3的结合降低了环氧基材料对酶活造成的损失并提高酶的负载量。 Epoxy@CaCO3纳米复合载体成功地固定化 CAT,其酶负载量和保留活性分别为 0.67 mg·cm-2和 92.63%,比未结合 CaCO3纳米粒子的 Epoxy 载体分别提升了 24%和 35%; 且 CAT的热稳定性和储藏稳定性得到明显提升, 在 75 ℃下 1 h 固定化酶保留活性是游离酶的 3 倍, 在 5 ℃磷酸盐缓冲液中储藏,固定化酶半衰期比之前延长了 5 倍; 且在重复使用 30 次后酶初始活性未有明显损失。
  
原文出处:相欣然,黄和,胡燚. 纳米复合材料固定化酶的研究进展[J]. 无机化学学报,2017,(01):1-15.
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