基於成型-介導礦化雙功能高分子的高效固定化酶載體

《基於成型-介導礦化雙功能高分子的高效固定化酶載體》是依託天津大學，由吳洪擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於成型-介導礦化雙功能高分子的高效固定化酶載體
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：吳洪
• 依託單位：天津大學

項目摘要

理想的有機-無機雜化材料可使有機相的柔與無機相的剛在同一材料中相得益彰，而事實上，自然界中生物體的精巧結構正是這種有機-無機雜化材料剛柔相濟的完美體現。本研究旨在選取和合成兼具成型和介導礦化雙功能的天然或改性生物高分子作為新型固定化酶雜化載體。在酶的固定化過程中，引入無機礦化前驅體，雙功能高分子在自身成型（凝膠化或成膜）的同時介導仿生礦化過程，最終形成有機-無機雜化載體。採用氧化-氨化-還原系列反應或碳二亞胺接枝反應對海藻酸和透明質酸進行改性，賦予其介導礦化能力，同時保持其良好成型功能。改變胺化反應條件及氨化劑類型，獲得一系列不同氨基接枝率的雙功能高分子。考察天然雙功能生物高分子明膠和上述改性雙功能高分子的介導礦化能力及其對礦化沉析物結構的催化／模板／結構導向作用；研究雜化載體組成、結構與固定化酶活性、穩定性及傳質性能間的相互關係，揭示載體微環境對酶活性及穩定性的影響機制。

結題摘要

基於仿生礦化的思想，利用天然雙功能分子或者改性雙功能分子製備有機-無機雜化載體，構建了各種新穎、高效（高活性，高穩定性）的固定化酶系統。主要工作包括：1、選擇天然雙功能高分子精蛋白，發揮其誘導礦化功能，並通過層層自組裝方法，製備了雜化微囊載體；2、通過氧化-胺化-還原系列反應，將多胺接枝于海藻酸主鏈，得到氨基化海藻酸，並用於誘導仿生矽化過程，製備了雜化微囊載體；3、通過碳二亞胺法將胺化劑二乙烯三胺接枝于海藻酸主鏈，製備兼具成型和礦化功能的雙功能高分子氨基化海藻酸，成型同時引發矽前驅體在凝膠內部發生原位仿生矽化，製備了海藻酸/氧化矽雜化凝膠載體；4、利用層層自組裝與仿生矽化相結合的方法製備出了具有核殼結構的雜化微囊載體；5、利用具有成型和誘導礦化功能的天然雙功能高分子明膠，成型同時誘導仿生矽化, 製備了明膠/氧化矽雜化載體；6、利用具有成型和誘導礦化功能的天然雙功能高分子殼聚糖，成型同時誘導仿生鈣化，製備了殼聚糖/磷酸鈣雜化載體。 基於金屬離子螯合與仿生粘合的思想，製備了高效雜化載體，實現了酶的高負載率、高活性和高穩定性。主要工作包括：1、利用鈦離子螯合及多巴胺共價聚合的特性製備了增強型海藻酸鈣凝膠球；2、受金屬離子增強生物粘合現象和原理啟發，利用生物相容性的高分子海藻酸接枝上兒茶酚，在溫和條件下與金屬離子進行組裝形成雜化載體，製備了具有高機械性能的雜化微囊；3、受生物粘合劑多巴胺的啟發，利用兒茶酚與酶分子上氨基的快速反應製備了酶微囊；4、耦合兒茶酚及明膠的特殊功能製備了超薄雜化微囊，並構建了多酶鏈級系統用於將二氧化碳轉化為到甲醇，實現了較高的甲醇產率和選擇性。 受TiO2可與兒茶酚及其衍生物發生螯合作用而牢固相連現象的啟發，進行了以下研究工作：1、分別以3,4-二羥基苯基丙酸和多巴胺為螯合劑，對氧化鈦微球進行表面修飾，製得功能化的氧化鈦微球，並實現了酶的表面共價固定化；2、利用EDC/NHS化學方法將酶分子與3,4-二羥基苯基丙酸通過醯胺鍵共價結合，進而利用酚羥基與氧化鈦之間的螯合作用將酶分子固定在氧化鈦微球表面；3、以多巴胺為功能化試劑，通過螯合作用對氧化鈦微球進行表面修飾，製備了氨基功能化的氧化鈦微球，進而利用交聯方法實現了酶的共價固定化。 本項目發表SCI收錄論文8篇，申請發明專利2項。