新型纳米载体固定化酶的研究
磁性纳米颗粒Fe3O4固定化纤维素酶的光谱学研究
科 技 创 新
磁性纳米颗粒Ｆ ｅ ３ Ｏ ４ 固定化纤维素酶的光谱学研究
李 丽珊
（ 湖北立业生物制品有限公 司， 湖北 钟祥 ４ ３ １ ９ ０ ０ ）
摘 要： 本 文主 要进 行 纤 维素 酶 的 固定化 研 究 。使 用氨 水 沉 淀 剂 ， 磁 性 微粒 Ｆ ｅ Ｏ 采 用共 沉 淀 的方 法 制备 ， 并作 为 栽体 对 纤 维素 酶进 行 固定化 ， 多次 重复 试验 以及 傅 里 叶 红外 验证 了纤维 素酶 在 该 载体 上 的 固定 ， 采 用投 射 电镜观 测 了 固定化 酶颗 粒 的 粒径 也 外貌， 还 研 究 了酶 的 活性 ， 固定化 纤 维素 酶 最佳 的 活性在 ｐ Ｈ值为 ３ ． ９ ４ ～ ５ ． ５ ０左 右 ， 制备 的 固定化 纤维 素酶 具 有较 好 的存 储 性 、 热 稳 定性 以及 Ｐ Ｈ值 的 宽泛 性 ， 本 文为 纤维 素 酶的 开发 和 利 用提供 了一 条新 的研 究途径 。 关 键词 ： 磁 性 纳米 颗粒 Ｆ ｅ Ｏ ； 固定化 ； 纤 维素 酶 ； 光谱 学
化 的新 到产 物 陈化 。再 将所 得物 用 蒸馏 水 多次 清洗 ， 除去 杂 质 。将 所得 的磁性 颗 粒存 放 于 ｐ Ｈ为 ９左右 的环 境 之 中 。 １ － ３ 固定纤 维 素酶 将 磁 性 的 纳米 材 料 ２ ０ — ４ ０ ｍ ｇ ，添 加 醋 酸盐 缓 冲 液 （ ｐ Ｈ ４ ． ５ ５ ， 含 ０ ． １ ｍ ｏ ｌ ／ １ Ｎ ａ Ｃ １ ） ｌ ｍ ｌ 以及 Ｃ Ｄ Ｉ 溶液 （ ０ ． ０ ３ ｇ ／ ｍ １ 缓 冲液 ） Ｏ ． ５ ｍ ｌ ， 进 行 超 声 １ ０ ｍ ｉ ｎ 。 再 加入 纤 维素 酶溶 液 （ １ ． ４ ～ ２ ． ０ ｍｇ ／ ｍ ｌ 缓冲液） ２ ． ５ ｍ ｌ ， ４ ℃进 行 超 声３ ０ ｍ ｉ ｎ 。在 具 有 磁场 的环境 下 放 置 １ － ２ ｍ ｉ ｎ ， 再将 磁 性 微粒 和 溶 液 进行 分 离 ， 再使 用 缓 冲液 多次 清洗 磁 胜微 粒 。 ２ 结果 与分 析 ２ ． １磁 性纳 米 材料 的形 貌表 征 使 用 透 射 电镜 （ Ｔ Ｅ Ｍ） 观 测 纳米 材料 进 行 酶 固定 化 前后 的粒 径 和外 貌 ， 固定 的纤 维素 酶前 后 的 Ｔ Ｅ Ｍ 照 片如 图 １ 所示 。 通过 图 １ 可 知 采 用 共 沉 淀 方 法 所 得 的磁 性 微 粒 粒 径 ２ ０ ｎ ｍ左 右， 微 粒分 布 均匀 。 将 纤 维素 酶 进行 固定 后 ， 微粒 的外貌 基本 没 有 改 变， 粒 径 变 化 也不 大 ， 这 就 表 明 在纤 维 素 酶 的 固定 过 程 之 中 没 有 破 坏 微粒 的 粒径 以及 外 貌 ， 主要 原 因是 酶 只在微 粒 的表 面进 行 固定 。 ２ ． ２红 外光 谱 研究 磁性 纳米 微 粒 取 少 量纤 维 素酶 、 磁性 微 粒 以及 固定 化 的纤维 素 酶 已经 定 量 的 Ｋ Ｂ ｒ 进行混合 ， 磨碎压片 ， 使 用 傅 里 叶红 外 仪 进 行 测 定 其 红 外 光 谱
固定化酶载体的研究现状及其应用
ｅｇｎｅ ｎ ｄＳ ｎ ｍ ｏｉｚｄＥ ｚｍｅ ｅｃ ｒ（Ｍ Ｒ）ｗ ｕｄｂ ｅ ｅ ｒｈ ｎ ｅｒ ｇａ ｏ ．Ｉ ｍ ｂｌｅ ｎｙ ａｔ Ｉ Ｅ ｉ ｉ ｎ Ｏ ｉ Ｒ ｏ ｏｌ ｅａ ｗ ｆ Ｍ ｆ ｅ印ｐｉ ｔ ｎ ｆｍ ｏ ｉｚｄｅｚｍｅ ｗ ｅ ｎ ｉ ｏ ｔ ｌ ａｉ ｓ ｍ ｂｌｅ ｎｙ ｓ ｈｎｉ ｃ ｏ ｏｉ ｉ ｔ
酶 的固定化 是用 一定 的材料将 活 性酶束 缚或 限制 于一
定的 区域 内 ， 但仍 能进行 酶所特 有 的催化 反应 ， 可 回收及 并 重复使用的一种新 技术。与水溶酶相 比， 固定 化酶在保 持其
质， 同时 又易于接 枝而 改性 ， 再加 上其 来 源丰 富， 成本 低廉 ， 制备简单 ， 已成 为开发 固定化酶载体 材料 的方 法之一 。利用
中图分类号 ： ３ Ｏ６１
文献标 识码 ： Ａ
文章 编号 ： ０３ ５ １ （０ ７ ０ — ０ ９ ０ １０ － ７ ０ ２０ ）２ ０２ — ３
固定化酶的结构和应用研究
固定化酶的结构和应用研究酶是一种高效催化剂，能够在低温、低压、温和条件下加速化学反应。
但是，由于酶的易变性和失活性，导致其在实际应用中受限。
为了克服这些问题，人们开始研究如何将酶固定在矩阵中，即固定化酶技术。
固定化酶不仅能提高酶的稳定性和反应效率，还能降低成本，减少环境污染，因此被广泛应用于化学、医药、食品等领域。
固定化酶的结构特点：固定化酶技术是将游离酶固定到不同矩阵中形成复合物，固定化酶具有以下特点：1、球形颗粒形态：固定化酶的颗粒形态多为小球形状，直径一般在0.1-2mm之间，表面积大，容易流动。
2、孔隙结构：固定化酶的孔隙结构对反应效率影响很大。
孔洞大小和排布密度的选择需要根据酶分子体积和反应物分子大小等因素确定。
孔隙结构越完善，载体的承载能力就越好，受到因素的影响就越小。
3、化学性质：固定化酶通常会被化学修饰或交联处理，以增强酶的稳定性和活性。
固定化酶的化学特性与载体有关，而载体的性质则主要取决于其化学成分和形态结构。
固定化酶的应用研究：固定化酶技术广泛应用于食品工业、生物制品工业、医药工业、化学工业等不同领域。
下面以医药和食品工业为例，介绍固定化酶的应用研究。
医药工业：固定化酶技术在医药领域得到了广泛应用。
固定化酶可以用于生产药物，如在血液糖化反应试剂中，尿酸酶用于测定血液中的糖化血红蛋白。
另外，固定化酶还可以用于医药代谢学的研究中，如肝脏和肠道中酶的测定和组分鉴定。
食品工业：固定化酶技术在食品制造中应用也很广泛。
米酵素、酒精酶、淀粉酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶等固定化酶被广泛用于生产发酵豆奶、酵母发酵、糖的精细化、果汁澄清、白酒工艺等领域。
目前，固定化酶制备技术正在逐步推广应用于日常食品的加工，如工业化的酸奶、酒、酱油、豆腐等。
在以上应用中，固定化酶技术可以大大提高效率、减少成本、加快反应速度。
同时，由于固定化酶具有优良的长效性、高热稳定性、高耐受性、良好的流变性和矩阵结构的可干燥性等特点，因此具有较大的应用潜力和市场前景。
纳米级酶固定化技术的发展
２ ０世纪 ８ ０年代末 ， ａｒ ｇ等人 发现 Ｗ／ Ｈ ｅｎ ｉ 。 Ｏ 微乳 液体 系可 以发 生胶 凝 作 用 ， 对微 乳液 凝 胶性 并
质进行了初步表征。 ｏ ９ 年代初 ， ｅｓ Ｒ ｅ 等人 开始尝 试利用这一现象来 固定脂肪酶 ， 并对 固定化酶 的酶 学性 质进 行 了大量 研 究 之后 ， 有 用 微 乳液 凝 胶 固 便 定化脂肪酶进行有机相合成与对应体拆分的研究报 道。反胶 团（ ） 束 能在分子水平上把酶分散在有机 介质中， 亲水性 的酶 定位 在极性水 腔 中 ， 围是一 个 周
科
学
技
术
与
工
程
７卷
池与表 面活性 剂之 问 的界 面上 。 因为界面 的疏 水性
第二类载体一般强度较大， 但传质性能较差， 在进行 细胞固定时对细胞活性有影响。这些新载体的种类
很多， 而且 经过 人们 不 断地 研究 开发 ， 已有许 多人 工 合成 的高 分子材 料应 用于酶 的固定化 。
的载体 ；３ 高分 子 聚合物 中引入 纳 米级 磁 核 ， 到 （） 得
可在磁场下快速分离的磁性高分子微球载体 ， 并进
行酶 的固定化 。
１ 反胶团对酶的固定化
反胶 团（ ［ １ １０ ｎ 是表面活性剂溶 束） （０— ０ ） ｍ］
解在 非极 性溶剂 中形 成 的 、 围绕 一 个极 性 核 的纳米 级 聚集 体 ， 一 种 低 水 含 量 的油 包 水 （ Ｏ） 乳 是 Ｗ／ 微 液 。与普 通乳状 液 （ 百 甚 至上 千纳 米 以上 ） 同 ， 几 不 反胶 团溶液是 透 明的 、 力学稳 定 的体系 。 热
固定化酶的催化效率比较有限。而纳米级固定化的 酶 具有 比表 面积大 、 传质 阻力 小 、 固定 酶量 多和催 化 效率高等优点 ， 这使得酶的纳米级固定化技术 受
木瓜蛋白酶在纳米材料上的固定化
木瓜蛋白酶在纳米材料上的固定化
木瓜蛋白酶是一种能够在不同温度和酸碱条件下保持活性的天然酶类。
它具有高效的
催化活性，广泛应用于食品、制药和生物工程等领域。
传统的酶催化反应往往存在反应底
物难以分离和回收的问题，限制了其在工业应用中的广泛应用。
将酶固定在材料表面，成
为提高酶催化反应效率和稳定性的一种有效方法。
纳米材料是一种表面积大、可调控的材料，具有优异的质子传导性质和化学活性。
纳
米材料被广泛用于酶的固定化研究中。
木瓜蛋白酶在纳米材料上的固定化不仅可以进一步
提高酶的稳定性和催化效率，还可以实现酶的可重复使用。
纳米材料的固定化方法通常包括吸附、化学键、交联等方法。
吸附是一种简单、易操
作的固定化方法，通常可以通过调节纳米材料和酶溶液的pH、温度和离子力等因素来实现酶的吸附。
由于吸附力较弱，酶容易在固定化过程中失活和流失，因此需要进一步优化。
化学键是一种常用的固定化方法，可以通过制备功能化纳米材料来与酶进行共价结合。
可以将纳米材料表面引入含有反应活性官能团的化合物，再与酶分子上的氨基酸残基进行
化学反应。
这种固定化方法具有较高的稳定性，但操作复杂，需要选择合适的化学反应条件。
在纳米材料上固定化木瓜蛋白酶的目的是提高酶的稳定性和催化效率，从而实现酶的
可重复使用。
通过优化固定化方法和反应条件，可以有效地固定化木瓜蛋白酶在纳米材料上，进一步拓展其应用领域。
固定化木瓜蛋白酶在纳米材料上的研究还可以为其他酶的固
定化提供借鉴和参考，促进酶技术的发展和应用。
固定化酶的研究进展
固定化酶的研究进展
固定化酶以其优越的特性，在物理化学过程中发挥着重要的作用。
近年来，固定化酶的研究已取得了重大突破，为解决各种化学反应问题提供了新的思路和解决方案。
1．固定化酶的研究历史
固定化酶的研究可以追溯到1899年，当时海尔士和罗斯证明可以将酶结合到珠粒或陶瓷体中。
之后，1904年，韦伯提出了将酶固定在改性双氧水Gel上的概念，这标志着固定化酶研究正式开始。
在后续几年中，研究人员们利用不同类型的支撑体，研究固定化酶的活性及固定方法，例如改性的石英粉和橡胶等。
1960年代，随着计算机和分子生物学的发展，人们对固定化酶的了解加深了，同时，也解决了以往无法实现的合成反应问题，这大大促进了细胞工程技术的发展。
这一时期的固定化酶研究主要集中在对酶结构和活性的研究，以及利用多种体内诱导因子来实现酶固定化的方法，例如培养基、氯仿等。
2．固定化酶的进展
随着生物技术的发展，固定化酶的应用可以说是前所未有的。
今天，科学家们可以利用先进的技术，将多种酶和酶-活性物质结合在一起，形成不同功能的复合酶体，以提高它们的反应活性。
近年来，固定化酶的研究重点也在拓展。
脂肪酶在磁性纳米粒子上固定化及其酶学性质研究
ｌ ａｅ ｉ ｈ ｓ ｈ ｔ ｕ ｅ （ ． ｍｏ ／ ｉ ｓ ｐ ｏ ｐ ａｅｂ ｆ ｒ ０ １ ｐ ｎ ｌＬ，ｐ ．）ｅ ｃｅ ｔ ０ ｍｇ ｏ ｇ ｅｉ ｎ ｎ ｐ ｒ ｃｅ ，ａ ￣ Ｈ７５ ｒ ａ ｔｄｗｉ ２ ０ ｆｍａ ｔｃ ａ ｏ ａｉ ｌｓ ｔ４Ｃ ｈ ｎ ｉ
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ｌ ８
粮 食 与 油 脂
２０ 第 ｌ ０７年 ０期
脂 肪 酶在 磁 性 纳 米粒 子上 固定 化及 其酶 学性 质研 究
摘 定化影响 因素 ， 并对固定化脂肪酶性质进行研 究 ； 用 Ｔ Ｍ 测定其粒径 ， Ｆ Ｉ 运 Ｅ 用 Ｔ Ｒ检 测脂肪酶－Ｆ ３ ４ － ｅ０ 磁 性纳 米粒子耦联 。 结果表 明 ， 肪酶 固定化适 宜条件 为 ：０ 磁 性 纳米粒子 ， 脂 ２ ０ｍｇ 加入 ２ｍ ． ｍ ／ ｌ ５ ｇｍＬ ２ 脂肪酶磷 酸盐缓 冲液（ ．ｍｏ／ ， Ｈ７ ）在 ４ ０１ ｌ ｐ ． ， ℃超 声分散 ４ ｎ 固定化酶最适 Ｄ 为 ７０ 最适温度 为 Ｌ ５ ５ ｍｉ， Ｈ ．， ４℃， ５ 均与游离酶相似 ； 与游 离酶相比 ， 固定化脂肪酶热稳 定性 明显提 高， 该 并具有 良好操作 和存储稳 定
Ｉ ｍ ｏ ｉｉａ ｉ ｎ ｏ ｐａ ｅｏ ａ ｎｅ ｉ ａ ｐ ｒ ｉｌｓａ ｄ ｉｓ ｍ ｂ ｌｚ ｔｏ ｆｌ ｓ ｎ ｍ ｇ ｔｃｎ ｎｏ ａ ｔｃｅ ｎ ｔ ｉ
ｅ ｙｍ ｉ ｏｏｅ ｔ ｅ ｎｚ ｃ Ｄｒ ｒ ｉｓ
Ｍ Ａ ｎ Ｘ Ｉ Ｗ ｅ －ｌｉ Ｎｉ ｇ。 Ｅ ｎ ｅ
ｗｅ ｅ ｃ ｃ ｅ ｉ ｇＦＴＩ Ｔｈｅｏ ｔｍａ ｍｍ ｏ ｉｉ ａｉ ｎ ｃ ｎ ｉｉ ｎｓｆ ｒｌｐ ｓ ｒ ：２ ｌ ２． ｒ ｈｅ ｋ ｄｕｓｎ Ｒ． ｐ ｉ ｌｉ ｂ ｌｚ ｔｏ ｏ ｄ ｔｏ ｏ ｉ ａ ｅｗｅ ｅ ｍ ｏｆ ５ｍｇ／ ｍＬ ｆ ｏ
纳米复合材料固定化酶的研究进展
纳米复合材料固定化酶的研究进展相欣然;黄和;胡燚【期刊名称】《无机化学学报》【年(卷),期】2017(033)001【摘要】载体材料的选择对固定化酶的性能有着至关重要的影响.纳米复合材料不仅具有纳米尺寸的特性,而且可以克服单一材料的不足,在固定化酶领域引起了广泛关注.本文就目前在固定化酶领域使用的纳米复合载体分类进行了系统的阐述,重点介绍了目前在固定化酶研究领域运用较为广泛的硅基纳米复合材料、碳基纳米复合材料和纳米纤维复合材料等材料的制备方法及不同材料对酶学性能的影响,并对这些纳米复合材料固定化酶发展前景进行了展望.【总页数】15页(P1-15)【作者】相欣然;黄和;胡燚【作者单位】南京工业大学药学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏先进生物与化学制造协同创新中心,南京210009;南京工业大学药学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏先进生物与化学制造协同创新中心,南京210009;南京工业大学药学院,材料化学工程国家重点实验室,江苏先进生物与化学制造协同创新中心,南京210009【正文语种】中文【中图分类】O613.7;Q81;TB33【相关文献】1.基于Au NPs-CeO2@PANI纳米复合材料固定化酶的葡萄糖生物传感器 [J], 马莉萍;左显维;王艳凤;李云霞;张彪;韩根亮2.有机-无机纳米复合材料固定化猪胰脂肪酶催化消旋α-苯乙醇转酯化拆分反应[J], 康丽峰; 相欣然; 薛誉; 胡燚3.有机-无机纳米复合材料固定化猪胰脂肪酶催化消旋α-苯乙醇转酯化拆分反应[J], 康丽峰; 相欣然; 薛誉; 胡燚4.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 [J], 宋佳一;李梦琦;沈昊;周梓昕;贺雯婷;苏萍;杨屹5.磁性纳米复合材料固定化酶的研究进展 [J], 韩林;侯忠毕;张敏;胡月月;姜涛;李健因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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新型纳米载体固定化酶的研究
近年来，新型纳米载体固定化酶的研究已成为生物技术领域的一个热点。
纳米载体是一种具有微小尺寸和高比表面积的材料，可以作为载体固定酶，提高酶的稳定性和催化效率。
在这种研究中，常用的纳米载体有金纳米颗粒、磁性纳米颗粒和碳纳米管等。
首先，金纳米颗粒是一种常用的纳米载体。
它们具有良好的生物相容性、高表面活性和可调控的表面功能基团。
固定化酶在金纳米颗粒上可以通过吸附、共价键或离子交换等方式实现。
研究表明，金纳米载体对于许多酶具有良好的保持活性和稳定性的效果。
例如，固定化在金纳米颗粒上的葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶可以在较高温度下保持较高的催化活性，同时也具有较好的循环稳定性和抗蛋白质降解能力。
其次，磁性纳米颗粒也是一种常用的纳米载体。
磁性纳米颗粒具有独特的性质，如超顺磁性和可控的磁性行为等。
通过对磁性纳米颗粒表面进行功能化修饰，可以将酶固定在其表面。
这种固定化方式不仅可以为酶提供良好的稳定性，同时还可以利用磁性纳米颗粒的超顺磁性特点，实现对酶的易分离和回收。
这在生物催化反应中具有重要的应用潜力。
例如，固定在磁性纳米颗粒上的脱氢酶可以用于生物反应器中的连续流动催化，通过外加磁场控制和调节酶的活性和浓度。
此外，碳纳米管也被广泛应用于固定化酶的研究中。
碳纳米管具有高度的结构稳定性、良好的生物相容性和可调控的表面功能化特点。
由于其独特的孔道结构和大比表面积，碳纳米管可以作为理想的纳米载体用于固定化酶。
通过发挥碳纳米管优异的催化性能和酶的特异性，可以实现高效率的催化反应。
例如，固定在碳纳米管上的氧化酶和脱氢酶可以用于生物燃料电池和酶传感器的构建，具有高灵敏度和高选择性的优点。
总的来说，新型纳米载体固定化酶的研究为生物催化技术的发展提供了重要的平台。
金纳米颗粒、磁性纳米颗粒和碳纳米管等纳米载体在酶的固定化中表现出良好的催化性能和稳定性。
这种固定化方式不仅可以提高酶的催化效率，同时还具有可调控性、易分离性和循环使用性等优点。
然而，由于酶本身的特异性和固定化过程的复杂性，该领域的研究仍然面临着许多挑战。
进一步的研究需要在酶固定化的方式、载体材料选择和酶的催化机理等方面进行深入的探讨，以实现更高效、稳定和可控的酶催化反应。