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学者研究提出“硅基无机胶水”策略
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学者研究提出“硅基无机胶水”策略 华南理工大学教授朱伟团队在国家自然科学基金、广东省自然科学基金等项目的支持下，研究提出“硅基无机胶水”策略，助力酶在多孔框架中稳定固定和活性保存。近日，相关成果在线发表于《先进材料》（Advanced Materials）。 论文通讯作者朱伟指出，在酶固定化及调控生命体活动等领域，如何有效地固定化酶并保持其活性一直是一个重要的研究课题。传统的酶固定化方法可能存在稳定性差、使用寿命短等问题，而“硅基无机胶水”的提出，为解决这些问题提供了新的思路。 天然酶因具有高催化效率、高底物特异性和可持续性等显著优势。然而，酶的应用面临一系列棘手挑战。外界环境诸如温度、pH值和溶剂等因素稍有变动，酶的结构便极易因应激而受损，进而严重影响其催化性能，这极大地限制了酶在工业领域的大规模应用。同时，酶出色的水溶性也给其循环利用造成了极大阻碍。因此，开发一种原位、经济有效且适用于大规模生产的策略，以增强物理吸附法固定化酶体系在工业环境中的稳定性和使用寿命，成为该领域亟待解决的关键问题。 硅基基质具有化学惰性、机械强度高和热稳定性好等优良特性而被广泛用于酶固定化。该研究中，朱伟团队引入了一种新概念——硅基无机胶水，通过酶蛋白和多孔载体的官能团诱导硅化作用，实现原位强化固定化酶结构、增强载体与酶相互作用，且不影响酶原始活性，进而提升固定化酶的稳定性和使用寿命。 “硅基无机胶水”概念具显著优势：强化酶结构——固体无机二氧化硅与酶在单酶水平上进行杂交，有效强化酶的结构，增强固定化酶对外部环境变化的抵抗能力；优化酶与基质的相互作用——多孔载体孔壁表面的官能团（如氨基）能够催化硅化反应，随后与发生硅化的酶相结合。这一过程如同“胶水效应”，极大地加强了酶与支持基质之间的相互作用，有效防止酶泄漏，显著延长固定化酶的循环寿命。 此外，避免孔隙堵塞——该方法引入多孔载体的二氧化硅量极少且高度可控，能够有效避免孔隙堵塞问题，确保底物和产物在孔隙通道内的正常扩散不受影响；具备成本效益与可扩展性——该工艺可直接应用于现有的工业固定化酶系统，为工业生产提供了一种经济高效且易于扩展的解决方案。 研究团队通过调节硅烷浓度来研究硅化程度对固定化酶体系的影响。实验结果显示，使用“硅基无机胶水”固定化的酶在多孔框架中表现出更高的稳定性和使用寿命。例如，葡萄糖氧化酶在介孔有机框架中的稳定性和使用寿命得到显著提高，经过8次循环后的剩余活性比仅固定化组提高44.51%。此外，该策略还适用于其他类型的酶和多孔载体，表现出广泛的适用性。 总的来说，基于硅基无机胶水的增强策略，凭借其简单性、可靠性和高效性，为酶固定化工业的发展注入了强大动力，有望在多个领域推动绿色、可持续的工业生产变革。 相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202407831 |
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