Zhai 等[71]通 过 将 CS 组 装 在 埃 洛 石 纳 米 管(HNTs)表面合成出 CS-HNTs(图 15)。 通过 N2吸附-脱附、FTIR、TEM、SEM 等表征分析, 发现其结构为层状多孔结构。 该载体在共价固定 HRP 上展现了优越的性能,最大酶负载量达到 21.5 mg·g-1,远高于未复合的埃洛石固定的 3.1 mg·g-1. 经过 35 d 的储藏,固定化 HRP 没有损失任何活力,而游离酶仅保存其 27%的初始活力。 Krishnan 等[72]利用金属纳米粒子有助于增强复合材料的电催化、光催化等功能的特性,通过 AgNp 与 APTES 修饰过的 HNTs 表面氨基基团的配位作用得到
AgNp@HNT 纳米复合材料, 其酶负载能力达到进一步提升, 可达到 168mg·g-1;储藏稳定性也得以加强,在 30 d 后仍可保留超过 90%的初始活性; 且由于金属离子的加入,
AgNp@HNT 也展现出优越的电子导电率、电催化活性等电化学性能,在生物传感器方面也有较好的应用前景。
5总结与展望。
随着纳米材料研究的不断深入,纳米复合材料在固定化酶领域已经广为研究, 并取得大量成果,尤其在硅基材料和碳基材料上研究得最为广泛。 利用纳米材料得良好生物相容性、大比表面积及易于修饰的表面等特性,可以提高酶负载量和保留最大酶活,如介孔硅和石墨烯已成为实验室固定化酶的常用载体。 将拥有不同特性的纳米材料复合得到新的载体,可以在继承其本身所固有优点的同时解决单一材料某些方面的缺点,如固定化效率低、分离困难、影响酶结构等。
尽管如此,纳米复合材料固定化酶仍存在一些需要进一步研究、解决的问题:(1) 复合的纳米材料在制备上与单一材料固定化酶相比, 流程较为复杂,成本较为昂贵,限制了纳米复合材料固定化酶在工业上的应用;(2) 通常纳米复合材料多需要进行表面修饰,一些较为复杂的表面修饰方法会在一定程度上降低酶的活性,利用复合材料本身对酶强大的吸附能力实现固定化方面的研究较少;(3) 复合材料种类的选择具有一定的盲目性,大多是根据材料原本属性进行尝试得到相应复合载体,未能从酶结构特征和实际应用出发设计高效的固定化载体,所得载体未必是复合性能最佳的选择;(4) 现阶段研究的重点主要放在纳米复合材料固定化酶的制备过程上,对于所得固定化酶的催化反应应用方面的研究较少,限制了纳米复合材料进一步在工业上的应用。
发展制备简易、更为高效、适用性广的纳米复合材料仍需要我们进一步深入研究。 通过分子模拟和表征分析,研究载体和酶之间的结合机理和酶活性部位构象的变化机制,从而理性设计固定化载体材料种类及结构,进一步解决固定化载体所带来的分配效应、空间障碍效应和扩散限制效应,深入探讨酶与载体表面之间的作用机理,可以更深更广的拓展纳米复合材料固定化酶的应用范围,将使其在生物传感器、生物燃料电池、污水处理、药物研制等方面拥有光明的发展前景。
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