[00980138]基于表面特性微球载体的构建及其在酶固定化中的应用

绿色可持续发展是中国经济转型和高内涵发展的重要方向。酶具有专一性、高效性、反应条件温和、绿色无污染等众多优点，在医药、分析及食品加工等领域有着非常广阔的应用前景。然而，游离酶在应用过程中存在很多问题，如稳定性差、易失活、不能重复使用且分离困难等，为此，固定化酶技术应运而生。在酶固定化中，载体的性能和固定化方法对酶活性的保持及应用至关重要。一方面，传统的酶固定化载体忽略了表面亲疏水性能对酶活性带来的影响，所制备固定化酶的酶载量小、酶活回收率低；而且，传统的固定化载体没有考虑到酶与载体间的空间位阻对酶活的影响，在催化过程中空间位阻会阻碍酶的活性构象转换或者封闭（包埋）酶活性中心，影响酶活性发挥。另一方面，吸附、共价和包埋等已有的酶固定化方法都有待完善，如吸附法容易发生酶脱落和泄漏，而共价法容易导致酶失活，包埋法容易因传质问题而降低酶的表观活性。因此，如何制备出酶载量大、酶活性高、稳定性好且易分离的固定化酶，对推动酶催化技术在工业中的应用具有重要意义。该项目针对上述问题， 主要研究成果包括：1）针对所制备的酶固定化载体没有优化表面亲疏水性能，该研究选择合适的亲水和疏水单体，共聚合制备新型磁性功能微球载体。通过改变亲水单体和疏水单体的比例，调控微球表面的亲/疏水性能，分别制备得到适于固定化脂肪酶和谷氨酸脱羧酶的磁性微球载体。 2）为了避免酶分子过于靠近载体产生空间位阻而影响酶活，该项目选择合适种类和长度的间隔臂分子接枝在磁性微球表面，通过间隔臂固定酶分子保持了酶的最佳活性。 3）为了实现既能牢固固定化酶，又能最大程度保留酶活性的目标，该项目在载体表面修饰亲和配基，通过亲和吸附的方式固定化酶，能够提高酶蛋白的固定化强度和固载量，同时避免载体与酶分子间形成共价键而破坏酶的活性构象结构。该项目利用这些微球制备的固定化酶被成功应用于酶催化合成γ-氨基丁酸等医药产品，固定化酶具有酶载量大、活性高、酶固载牢固等优点，在工业中具有广泛应用价值。该项目实施了成果转化，应用效果显著，促进了行业科技进步。该项目的实施获得了两项河北省自然科学基金项目的资助，发表SCI收录论文近二十篇，包括中科院JCR一区2篇，二区7篇，其中一篇曾入选ESI高被引论文，培养硕士研究生十余人，并获得河北省优秀硕士学位论文一项。9篇代表性论文被SCI收录的学术刊物正面他引200多次，对该研究的学术和应用价值给予了积极评价。经河北省科技厅科学技术成果鉴定，“磁性微球的表面特性对酶固定化的影响研究”项目达到了国内领先水平。该项目已成功应用于湖北瑞昊安科医药科技发展有限公司等企业，降低了生产成本，提高了生产效率，取得了良好的经济效益。