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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
太陽系系主任
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學者研究提出“硅基無機膠水”策略
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學者研究提出“硅基無機膠水”策略 華南理工大學教授朱偉團隊在國家自然科學基金、廣東省自然科學基金等項目的支持下，研究提出“硅基無機膠水”策略，助力酶在多孔框架中穩(wěn)定固定和活性保存。近日，相關成果在線發(fā)表于《先進材料》（Advanced Materials）。 論文通訊作者朱偉指出，在酶固定化及調(diào)控生命體活動等領域，如何有效地固定化酶并保持其活性一直是一個重要的研究課題。傳統(tǒng)的酶固定化方法可能存在穩(wěn)定性差、使用壽命短等問題，而“硅基無機膠水”的提出，為解決這些問題提供了新的思路。 天然酶因具有高催化效率、高底物特異性和可持續(xù)性等顯著優(yōu)勢。然而，酶的應用面臨一系列棘手挑戰(zhàn)。外界環(huán)境諸如溫度、pH值和溶劑等因素稍有變動，酶的結(jié)構(gòu)便極易因應激而受損，進而嚴重影響其催化性能，這極大地限制了酶在工業(yè)領域的大規(guī)模應用。同時，酶出色的水溶性也給其循環(huán)利用造成了極大阻礙。因此，開發(fā)一種原位、經(jīng)濟有效且適用于大規(guī)模生產(chǎn)的策略，以增強物理吸附法固定化酶體系在工業(yè)環(huán)境中的穩(wěn)定性和使用壽命，成為該領域亟待解決的關鍵問題。 硅基基質(zhì)具有化學惰性、機械強度高和熱穩(wěn)定性好等優(yōu)良特性而被廣泛用于酶固定化。該研究中，朱偉團隊引入了一種新概念——硅基無機膠水，通過酶蛋白和多孔載體的官能團誘導硅化作用，實現(xiàn)原位強化固定化酶結(jié)構(gòu)、增強載體與酶相互作用，且不影響酶原始活性，進而提升固定化酶的穩(wěn)定性和使用壽命。 “硅基無機膠水”概念具顯著優(yōu)勢：強化酶結(jié)構(gòu)——固體無機二氧化硅與酶在單酶水平上進行雜交，有效強化酶的結(jié)構(gòu)，增強固定化酶對外部環(huán)境變化的抵抗能力；優(yōu)化酶與基質(zhì)的相互作用——多孔載體孔壁表面的官能團（如氨基）能夠催化硅化反應，隨后與發(fā)生硅化的酶相結(jié)合。這一過程如同“膠水效應”，極大地加強了酶與支持基質(zhì)之間的相互作用，有效防止酶泄漏，顯著延長固定化酶的循環(huán)壽命。 此外，避免孔隙堵塞——該方法引入多孔載體的二氧化硅量極少且高度可控，能夠有效避免孔隙堵塞問題，確保底物和產(chǎn)物在孔隙通道內(nèi)的正常擴散不受影響；具備成本效益與可擴展性——該工藝可直接應用于現(xiàn)有的工業(yè)固定化酶系統(tǒng)，為工業(yè)生產(chǎn)提供了一種經(jīng)濟高效且易于擴展的解決方案。 研究團隊通過調(diào)節(jié)硅烷濃度來研究硅化程度對固定化酶體系的影響。實驗結(jié)果顯示，使用“硅基無機膠水”固定化的酶在多孔框架中表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性和使用壽命。例如，葡萄糖氧化酶在介孔有機框架中的穩(wěn)定性和使用壽命得到顯著提高，經(jīng)過8次循環(huán)后的剩余活性比僅固定化組提高44.51%。此外，該策略還適用于其他類型的酶和多孔載體，表現(xiàn)出廣泛的適用性。 總的來說，基于硅基無機膠水的增強策略，憑借其簡單性、可靠性和高效性，為酶固定化工業(yè)的發(fā)展注入了強大動力，有望在多個領域推動綠色、可持續(xù)的工業(yè)生產(chǎn)變革。 相關論文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202407831 |
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