仿生礦化和自組裝法多酶系統的理性構建與過程強化

《仿生礦化和自組裝法多酶系統的理性構建與過程強化》是依託天津大學，由姜忠義擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：仿生礦化和自組裝法多酶系統的理性構建與過程強化
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：姜忠義
• 依託單位：天津大學

項目摘要

多酶系統介於單酶系統和細胞體系之間，具有獨特研究價值，但目前相關研究報導很少。仿生礦化和自組裝方法固定化酶由於溫和、可控、迅速、高效的特點而特別適於多酶固定化。本項目擬以二氧化碳多酶催化轉化為研究對象，基於仿生鈦化和自組裝方法進行酶固定化載體製備和酶的包埋固定化。研究自由空間和受限空間中仿生鈦化過程機理及其氧化鈦形貌、大小等的調控方法，研究不同的酶固定化方法（同步法和分步法）對固定化酶微環境的影響，研究不同的酶固定化模式（單獨固定化和共固定化）和反應條件（溫度、pH值等）對多酶系統催化特性的影響，進而探索酶固定化方法-固定化酶微環境-多酶系統催化特性之間的關係，實現多酶系統的理性構建和多酶催化反應過程的高效強化。研究集生物科學、材料科學和過程科學於一體，具有重要的理論意義和套用前景。擬發表SCI收錄論文5-7篇，申請發明專利2-3項，培養研究生6名。

結題摘要

多酶催化被認為是下一代的生物催化技術。而多酶系統的理性設計及可控構建是多酶催化領域的研究熱點和前沿。如何實現（1）多酶間的高效協同、（2）底物產物的快速傳遞以及（3）多酶的簡便回用一直是多酶系統研究中的關鍵問題。本研究圍繞上述關鍵問題，耦合仿生礦化、層層自組裝、仿生粘合等平台技術，製備了各種結構的高分子-氧化鈦雜化載體（仿硅藻細胞、仿線粒體等結構微囊），構建了新型的固定化多酶系統，實現了多酶催化過程的高效強化。採用各種表征手段，探索了雜化載體的形成機理及結構的調控機制；系統考察了載體製備條件對固定化酶的物理化學微環境（載體與酶相互作用、載體機械性能等因素）、催化性能以及穩定性的影響；進而揭示了多酶固定化載體製備-微環境-催化特性之間的內在關係。各多酶系統套用於二氧化碳或澱粉等催化轉化過程，均表現出優異的催化特性和穩定性。多酶催化二氧化碳的轉化率最高可達94%，且循環使用10次後無明顯降低。