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Advances In Engineering報道華東理工高內相乳液兩相酶催化系統研究成果

   日期:2020-01-01     來源:華東理工    瀏覽:230    評論:0    
核心提示:近日,國際著名工程學網站“Advances in Engineering”(簡稱AIE)公開報道了我校材料科學與工程學院章圣苗副教授課題組在酶固定化聚合物納米粒子穩定的Pickering凝膠乳液兩相酶催化體系的研究成果。
 近日,國際著名工程學網站“Advances in Engineering”(簡稱AIE)公開報道了我校材料科學與工程學院章圣苗副教授課題組在酶固定化聚合物納米粒子穩定的Pickering凝膠乳液兩相酶催化體系的研究成果。

酶作為綠色催化劑可以促進一系列具有高化學、區域和立體選擇性的重要反應。然而,生物催化反應受兩相反應環境的限制:在大多數情況下,脂肪酶在水中分散性好,反應底物則在有機溶劑中溶解性好。為了提高兩相酶促反應的效率,通常需要穩定酶在水油界面處,同時增加有機相和水相之間的接觸面,例如,通過形成乳液。然而,乳狀液最終需要在相對溫和條件下破乳,以分離含有產品的有機相,并允許在水相中回收酶。為解決這一雙相問題,科研工作者已經做了許多努力,在這些工作中,通常使用兩親性分子,如表面活性劑和嵌段聚合物來穩定乳液。兩親性分子的存在會嚴重影響酶的活性,并且在制備和純化方面也提出了挑戰。近年來,Pickering乳液(即粒子穩定的乳液)被認為是雙相酶催化生物反應器重要發展方向。粒子吸附在油水相界面上,防止液滴聚并,在不降低脂肪酶生物催化活性的情況下提高乳液穩定性。盡管Pickering乳狀液具有許多優點,但由于其有機/水體積比小(一般小于1)和不穩定性(在反應中通常需要攪拌或搖動)限制了Pickering乳狀液在兩相催化中的工業應用。故具有高油水比、超穩定性和可循環再生的Pickering界面生物催化劑體系仍然是生物制造領域需要攻克的難題。

針對上述關鍵問題,章圣苗課題組研制了一種酶修飾共聚納米粒子穩定的Pickering凝膠乳液(亦稱高內相乳液),用于兩相酶催化。成功地將Pickering高內相乳液(HIPEs)應用于兩相酶催化體系,解決了兩相酶催化反應的高通量、穩定性和可回收循環利用之間的平衡問題。作者通過苯乙烯和甲基丙烯酸縮水甘油酯的無皂乳液聚合制備了一種脂肪酶假絲酵母南極脂肪酶(CALB)修飾的聚合物納米粒子;將反應底物的有機溶液分散于該納米粒子水分散液中,形成水包油型Pickering 高內相乳液,再將Pickering凝膠體系靜置于室溫下,即可完成反應。對己酸與正己醇在油相中的酶酯化反應催化效率分析表明,在Pickering凝膠乳液中,納米顆粒上的固定化CALB比游離CALB具有更高的酶活性。酶促反應后,僅通過低速離心,即可破乳,進而實現反應產物油溶液和固定化酶的水分散液的分離,將新的反應底物油溶液再次和固定化酶的水分散液簡單混合,又可形成新的Pickering 高內相乳液兩相酶催化反應體系。這一過程可多次重復,10個反應循環后的酶活性仍然保持92.5%以上。該成果發表于英國皇家化學會(RSC)旗下的Reaction Chemistry& Engineering, 2019, 4(8), 1459-1465.

Advances In Engineering編輯對此研究成果高度評價:章圣苗和他的研究團隊通過開發一種高效的Pickering兩相界面生物催化系統,從體積比、穩定性、可回收性和總體運行成本等方面有效促進兩相催化的可持續應用。(The study by Professor Shengmiao Zhang and his research team will advance sustainable applications of biphasic catalysis by developing a highly efficient Pickering interfacial biocatalytic system in terms of volume ratio, stability, recyclability, and overall operating costs.)。除對上述成果詳細報道外,Advances In Engineering網站還專門以圖文方式詳細介紹了章圣苗的科研經歷。

AIE成立于2005年,其主要目的是及時快速地報道工程領域重要的科學研究成果和創新技術。AIE所報道的論文是由國際專家顧問組選出,每周特別報道的優秀論文數量僅20篇,方向包括材料、化學、電子、機械、土木、生物醫學工程以及通用工程(航空航天、通訊、計算機、農業、工業),入選率為以上領域發表論文總數的1‰。被AIE報道的論文需要具有特殊的科學重要性并能夠被廣大的科學讀者所理解。AIE擁有廣泛的讀者群,每月的閱讀量高達80萬次,并被世界排名前40位的工程公司和全球主要研究機構所鏈接,用于跟蹤全球最新突破性科技進展。

Advances in Engineering(AIE)報道原文鏈接:https://advanceseng.com/pickering-emulsion-stabilized-enzyme-immobilized-polymeric-nanoparticles-robust-recyclable-biocatalysts-system-biphasic-catalysts/ 

 
標簽: 酶固定化
 
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