固定化酶载体材料的最新研究进展

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固定化酶载体材料的研究进展_王宇

固定化酶载体材料的研究进展_王宇固定化酶载体材料是一种将酶分子固定在其中一种载体材料上的技术，通过这种技术可以实现对酶的固定化，提高酶的稳定性、重复使用性和催化效率等特性。

固定化酶载体材料在生物化工、食品工业和医药工业等领域有着广泛的应用。

本文将介绍固定化酶载体材料的研究进展。

首先，固定化酶载体材料的选择对于酶的固定化起着至关重要的作用。

常用的固定化酶载体材料包括多孔硅胶、纤维素、凝胶、磁性微球等。

这些材料具有良好的机械强度、化学稳定性和表面活性，可以有效地固定酶分子并保持其催化能力。

不同的载体材料具有不同的特点，可以根据具体的需求选择合适的材料进行研究。

其次，固定化酶载体材料的制备方法也在不断地改进和创新。

传统的制备方法包括物理吸附、化学键结和共价键结等。

物理吸附是一种简单易行的方法，通过静电作用和疏水作用将酶分子吸附在载体表面。

化学键结是将酶分子与载体表面形成共价键结合的方法。

共价键结是一种更稳定的结合方式，但因过程复杂，难以控制，目前大部分研究仍以物理吸附为主。

近年来，随着纳米材料的发展，研究人员开始将纳米材料与固定化酶载体材料结合起来，通过纳米材料的特殊性能提高酶的催化效率和稳定性。

此外，固定化酶载体材料的改性也是研究的重点之一、通过改性可以改变载体材料的表面性质，进一步提高酶的固定效果和催化活性。

常见的改性方法包括表面修饰、化学修饰和电化学修饰等。

表面修饰是在载体材料的表面引入功能基团，增加酶与载体的相互作用，改善固定效果。

化学修饰是通过在载体材料表面引入化学反应的活性基团，与酶分子形成共价键结合。

电化学修饰是利用电化学方法在载体表面形成导电层，增加载体与酶的传递效果。

最后，固定化酶载体材料的应用范围也在不断地扩大。

除了传统的酶催化反应，固定化酶载体材料还可以应用于生物传感器、药物释放系统、环境污染治理等领域。

例如，将葡萄糖氧化酶固定在传感器表面，可以实现对血糖浓度的快速测量。

将酯酶固定在聚合物微球上，可以实现对药物的缓释。

固定化酶的研究进展和应用前景

固定化酶的研究进展和应用前景固定化酶是指将酶固定在固体载体上，并保持其生物活性的一种技术。

它有许多优点，如可重复使用、稳定性高、易于回收等，因此成为了生物技术领域一种非常有前途的研究方向。

一、固定化酶的发展历程固定化酶的概念最早可以追溯到20世纪50年代。

第一种固定化酶的载体是硅胶，随后又发展了许多种载体，如凝胶、海藻酸盐、纳米材料、磁性颗粒等。

随着技术的进步，目前已有各种方法来制备纳米载体和比之前更优异的凝胶载体。

同时，各种固定化酶的制备方法也在不断改进，包括共价结合、吸附、交联、包埋等。

二、固定化酶的应用固定化酶的应用范围非常广泛，包括生物催化、食品工业、医药工业、制药工业等。

其中，固定化酶在食品工业中的应用最为广泛。

如生产葡萄糖、果汁、醋等。

固定化酶也可以用于制药工业中的药品合成。

此外，还可以在纳米技术、环境保护、制垃圾处理等领域中找到应用。

三、固定化酶的优势1. 重复使用：固定化酶具有可重复使用的优势，节省了时间和成本，具有广泛应用前景。

2. 稳定性：与游离酶相比，固定化酶具有较高的稳定性和耐受性，并可在极端环境中保持其生物活性。

3. 易于回收：固定化酶可以设计成可在固定化酶中回收，增加了其经济价值。

四、固定化酶仍需解决的问题尽管固定化酶在许多领域中具有潜力，但仍存在一些问题。

1. 优化载体：优化载体并不是一件容易的事情，其选择需要结合具体的酶种和应用需求，存在一定的技术难度。

2. 降低成本：目前固定化酶的生产成本仍比较高，限制了其在一些领域中的推广。

3. 稳定性问题：目前许多固定化酶在长时间的储存或使用过程中还会出现酶失活的情况，这需要更好的研究与解决。

综合而言，固定化酶的广泛应用前景与其固有的优势是显而易见的。

在未来，我们需要持续关注固定化酶领域的研究与发展，加快技术优化和成本降低，更好地服务于人类的需求。

固定化酶技术及应用的研究进展

固定化酶技术及应用的研究进展一、固定化酶的制备方法研究进展固定化酶的制备方法包括物理吸附、共价键结和交联结构等。

近年来，研究者们发展了一系列新型的固定化酶制备方法，如钙凝胶法、包埋法、凝胶微球法和溶胶凝胶法等。

这些新方法不仅提高了固定化酶的稳定性和活性，还大幅度降低了制备成本，提高了酶的重复使用性。

固定化酶在生物工程领域的应用主要集中在酶催化反应、生物催化剂制备以及生物催化剂的应用等方面。

例如，固定化酶可以用于生物反应器中进行酶催化反应，实现对废水处理、医药合成和食品工业等的高效处理。

此外，固定化酶还可以用于制备各类生物催化剂，如药物微胶囊和生物传感器，用于治疗疾病和检测生物分子。

固定化酶在食品工业中的应用主要包括生产酶制剂、降解保健食品、生产高价值添加物以及改善食品品质等方面。

固定化酶可以用于生产各类酶制剂，如发酵酶、复合酶和水解酶等，以加速酶催化反应。

此外，固定化酶还可以用于生产特殊功能食品，如降解保健食品、胶原蛋白等，以满足不同人群的需求。

固定化酶在医药学领域的应用主要包括药物制剂、生物芯片、药物代谢和生物传感器等方面。

例如，固定化酶可以用于制备缓控释药物制剂，以提高药物的疗效和降低副作用。

此外，固定化酶还可以用于制备生物芯片，用于分析疾病标志物和药物代谢产物等。

固定化酶在环境保护领域的应用主要包括废水处理、大气污染控制和土壤修复等方面。

固定化酶可以用于废水处理中，加速有害物质的降解和去除。

此外，固定化酶还可以用于大气污染控制，将有害气体转化为无害物质。

固定化酶还可以用于土壤修复，加速土壤中有毒物质的降解和去除。

综上所述，固定化酶技术在多个研究领域取得了重要的进展。

通过不断创新和改进固定化酶制备方法，研究者们加强了固定化酶的稳定性和重复使用性，提高了酶的应用效果和利用价值。

固定化酶技术的进一步发展，将为生物工程、食品工业、医药学和环境保护等领域带来更多创新和突破。

酶固定化技术的最新研究进展

西安工程大学学报J o u r n a l o f X i a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y第38卷第1期(总185期)2024年2月V o l .38,N o .1(S u m.N o .185)引文格式:潘虹,陆天炆,王晓军,等.酶固定化技术的最新研究进展[J ].西安工程大学学报,2024,38(1):83-91.P A N H o n g ,L U T i a n w e n ,WA N G X i a o j u n ,e t a l .R e c e n t a d v a n c e s i n e n z y m e i mm o b i l i z a t i o n t e c h n o l o g y [J ].J o u r n a l o f X i a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y,2024,38(1):83-91. 收稿日期:2023-08-06 修回日期:2023-10-21基金项目:陕西省自然科学基础研究计划项目(2021J Q -672㊁2022J Q -117);陕西省教育厅专项科研计划项目(22J K 0399) 通信作者:潘虹(1988 ),女,讲师,博士,研究方向为固定化酶和多孔水凝胶㊂E -m a i l :441595837@q q.c o m 酶固定化技术的最新研究进展潘虹,陆天炆,王晓军,洪一楠(西安工程大学环境与化学工程学院,陕西西安710048)摘要酶作为一种催化性能好且安全可靠的生物催化剂,在食品㊁医药及环境治理等诸多领域得到了广泛应用,但因受限于游离酶较差的环境稳定性而难以实现进一步的工业化应用㊂酶固定化技术有助于提高游离酶对敏感环境的耐受性和操作过程中的稳定性,大大缩减了应用成本㊂回顾了近五年内固定化技术的发展及现状,总结了吸附法㊁结合法等传统固定化方法,共固定化酶法等新型固定化方法,以及天然材料载体㊁复合材料载体和纳米载体等不同固定化载体在各个领域的研究进展㊂相比于游离酶,固定化酶体系在稳定性和重复使用性等方面得到了显著提升,但同时也存在一些不足,如固定后的活性回收率降低㊁载体合成途径繁琐且成本较高以及固定化酶作用机理尚不完善等㊂结合这些不足之处提出了酶固定化技术在未来的发展方向㊂关键词酶固定化;固定化载体;固定化方法;纳米载体;共固定开放科学(资源服务)标识码(O S I D )中图分类号:Q 814.2 文献标志码:AD O I :10.13338/j .i s s n .1674-649x .2024.01.011R e c e n t a d v a n c e s i n e n z y m e i m m o b i l i z a t i o n t e c h n o l o g yP A N H o n g ,L U T i a n w e n ,WA N G X i a o ju n ,H O N G Y i n a n (S c h o o l o f E n v i r o n m e n t a l a n d C h e m i c a l E n g i n e e r i n g ,X i a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y,X i a n 710048,C h i n a )A b s t r a c t A s a n e f f i c i e n t a n d s a f e b i o c a t a l y s t ,e n z y m e s h a v e b e e n w i d e l y u s e d i n m a n yf i e l d s s u c h a s f o o d ,m e d i c i n e a n d e n v i r o n m e n t a lg o v e r n a n c e ,b u t i t i s d i f f i c u l t t o r e a l i z e f u r th e ri n d u s t r i a l a p-p l i c a t i o n d u e t o t h e p o o r e n v i r o n m e n t a l s t a b i l i t y o f f r e e e n z y m e s .E n z y m e i mm o b i l i z a t i o n t e c h -n o l o g y h e l p s t o i m p r o v e t h e t o l e r a n c e o f f r e e e n z y m e s t o s e n s i t i v e e n v i r o n m e n t s a n d t h e s t a b i l i t yd u r i n g o pe r a t i o n ,a n d g r e a t l y r e d u c e s t h e a p p l i c a t i o n c o s t .T h i s p a p e r r e v i e w s t h e d e v e l o pm e n t a n d c u r r e n t s i t u a t i o n o f i mm o b i l i z a t i o n t e c h n o l o g yi n t h e p a s t f i v e y e a r s ,a n d s u mm a r i z e s t h e r e -s e a r c h p r o g r e s s o f d i f f e r e n t i mm o b i l i z a t i o n m e t h o d s(i n c l u d i n g t r a d i t i o n a l i mm o b i l i z a t i o n m e t h-o d s s u c h a s a d s o r p t i o n m e t h o d a n d b i n d i n g m e t h o d a n d n e w i mm o b i l i z a t i o n m e t h o d s s u c h a s c o-i mm o b i l i z a t i o n e n z y m e m e t h o d)a n d i mm o b i l i z a t i o n c a r r i e r s(i n c l u d i n g n a t u r a l m a t e r i a l c a r r i e r s, c o m p o s i t e c a r r i e r s a n d n a n o c a r r i e r s)i n v a r i o u s f i e l d s.I n g e n e r a l,c o m p a r e d w i t h f r e e e n z y m e s, t h e i mm o b i l i z e d e n z y m e s y s t e m h a s b e e n s i g n i f i c a n t l y i m p r o v e d i n t e r m s o f s t a b i l i t y a n d r e u s-a b i l i t y.H o w e v e r,t h e r e a r e s o m e s h o r t c o m i n g s,s u c h a s l o w e r r e c o v e r y r a t e a f t e r i mm o b i l i z a-t i o n,c u m b e r s o m e a n d c o s t l y c a r r i e r s y n t h e s i s p a t h w a y,a n d i m p e r f e c t m e c h a n i s m o f i mm o b i l i z a-t i o n e n z y m e.F i n a l l y,t h e d e v e l o p m e n t d i r e c t i o n o f t h e t e c h n o l o g y i n t h e f u t u r e w a s p u t f o r w a r d b a s e d o n t h e s e s h o r t c o m i n g s.K e y w o r d s e n z y m e i mm o b i l i z a t i o n;i mm o b i l i z a t i o n c a r r i e r s;i mm o b i l i z a t i o n m e t h o d;n a n o c a r r i-e r s;c o-i mm o b i l i z a t i o n0引言生物酶是一类具有催化效率高㊁专一性强的生物催化剂[1],其本质是一种蛋白质㊂因此,生物酶通常需在常温常压等温和条件下才能表现出其高催化性能,当离开特定环境就会出现酶活性和稳定性迅速降低的缺点[2]㊂活性炭可以吸附蔗糖酶进行蔗糖水解,且保持了蔗糖酶较好的催化活性[3]㊂由此,固定化酶的思想被首次提出㊂随后,研究人员开始通过一系列酶固定化技术来改善游离酶存在的缺点㊂酶固定化技术就是指将游离酶通过一定的技术手段固定在某些不溶性载体上,进而使其在敏感环境下仍然表现出较高的稳定性和酶活性[4]㊂经固定化后的酶,可以借助载体的保护作用或者与载体之间相互作用,保护了酶蛋白的空间构象[5],进而提高了对p H㊁温度㊁重金属离子等影响因素的耐受性㊂同时,固定化酶可以通过简单的离心过滤等手段从反应体系中分离出来,促进漆酶的回收和重复使用[6]㊂目前,固定化酶技术已经在食品加工[7]㊁生物传感器[8]㊁纺织印染废水处理[9-10]㊁生物漂白[11]等诸多领域得到广泛的应用,其固定化技术也表现出愈发成熟的发展㊂本文综述了近五年酶固定化技术的发展,重点表现在固定化方法和固定化载体上,以及酶固定化技术在多个领域的应用㊂1酶固定化方法酶固定化方法可分为传统固定化方法和新型固定化方法㊂表1列出来近五年的一些酶固定化技术所用的方法㊂表1固定化酶所用固定化方法T a b.1I mm o b i l i z a t i o n m e t h o d s u s e d i n d i f f e r e n t i mm o b i l i z a t i o n t e c h n i q u e s固定化方法固定化对象载体材料参考文献传统固定化方法吸附法漆酶/α-淀粉酶生物炭/复合晶凝胶[12-13]共价结合法脂肪酶M I L-53(F e)/球形S i O2[14-15]化学交联法漆酶/葡萄糖淀粉酶磁性纳米粒/纳米S i O2[16-19]包埋法漆酶海藻酸铜微球[20]新型固定化方法吸附-交联法脂肪酶/β-葡糖糖苷酶大孔树脂/纳米S i O2[21-22]吸附-包埋法多种酶/纤维素酶多孔淀粉-阿拉伯胶微囊体/仿生S i O2[23-24]交联-包埋法漆酶聚集体介孔S i O2[25]脂肪酶/磷脂酶聚乙烯亚胺[26]共固定法葡萄糖淀粉酶/葡萄糖氧化酶S i O2[27]葡萄糖氧化酶/辣根过氧化物酶磁性聚乙二醇微凝胶颗粒[28]1.1传统固定化方法1.1.1吸附法吸附法即物理吸附,物理吸附是一种简单易行的方法,通过氢键㊁疏水作用和范德华力等相互作用48西安工程大学学报第38卷使酶吸附到不溶于水的载体表面,该方法操作步骤简洁且不需要额外添加化学试剂,但其固定效果较差且容易受外界条件影响[29]㊂WA N G等采用吸附法将漆酶固定在碱改性生物炭(A-M B)上实现对孔雀石绿(MG)的吸附降解,结果表明,A-M B对MG 表现出最大吸附量757.58m g/g,固定化漆酶A/l a c @A-M B对MG的去除率可达97.70%,10次循环后仍然表现出超过75%的去除率[12]㊂A C E T等以沸石颗粒(P P A)为原料,通过简单方法制备了C u2+-A P P a C包埋型复合晶凝胶(C u2+-A P P a C)用于α-淀粉酶吸附固定,结果表明,α-淀粉酶最大吸附量可达858.7m g/g,同时相较于游离酶,其操作稳定性和存储稳定性也表现出明显的优势[13]㊂1.1.2结合法结合法是利用酶的侧链基团与载体表面的基团发生反应形成共价键,利用共价键将酶固定在载体上[30]㊂G H A S E M I等将M I L-53(F e)通过表面官能化对2种脂肪酶进行共价固定,结果显示脂肪酶固定化体系虽然没有实现对酶的高负载,但仍然表现出更广泛的温度和p H值稳定性,同时实现了酶的可重复使用能力和稳定性的显著改善[14]㊂此外,共价结合法由于化学键的形成,容易使酶的蛋白质构象发生改变,从而降低酶活性[31]㊂F A N等采用戊二醛多点共价结合法和吸附-交联法,以球形二氧化硅为载体,固定化皱纹假丝酵母脂肪酶(C R L),结果表明,多点共价处理后脂肪酶二级结构发生变化,使酶的残余活力下降[15]㊂但相比之下,共价结合法制备的酶体系具有更好的重复使用性和稳定性,使其在酸化油脂催化水解中更有潜力㊂1.1.3化学交联法交联法是通过一些双功能试剂将酶和载体进行连接[31],主要用到的交联剂有戊二醛㊁1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(E D C)㊁二醛淀粉和二醛纤维素[30,32-33]等㊂C H E N等以戊二醛作为交联剂制备了一种具有超顺磁性的固定化漆酶F e3O4@S i O2-N H2-L a c,该固定化体系表现出了良好的稳定性,对有机溶剂㊁金属离子有显著的耐受性和良好的循环使用性,同时在对酚类化合物的去除降解方面也表现出巨大的潜力[16]㊂Q I U等以二醛淀粉为交联剂,采用共价固定法将漆酶在离子液体改性的磁性纳米载体上进行固定,较于其他固定化漆酶,在处理含酚废水中表现出更大优势[17]㊂然而常见的交联剂在固定化过程往往会表现出一定的负面影响[34],为此研究人员着手发掘绿色安全的新型交联剂来避免这种负面影响㊂例如,O U Y A N G等提出了一种新的绿色高效固定化酶的方法京尼平苷酶解物作为交联剂固定化漆酶[18]㊂与直接使用京尼平或戊二醛作为交联剂,该方法绿色㊁安全,可应用于需要严格控制毒性的食品和医药行业㊂D A N I E L L I等研究了一种双功能交联剂2,5-二甲酰基呋喃(D F F)将葡糖淀粉酶固定在氨基官能化甲基丙烯酸树脂上[19]㊂使用海洋细菌费氏弧菌进行了生态毒性测定,相比于戊二醛,D F F表现出更低的生物毒性㊂1.1.4包埋法包埋法是将酶固定在聚合物材料的网格结构或微囊结构等多空隙载体中[35]㊂这种方法可以提供更好的保护和稳定性,限制了酶的扩散㊂但同时也存在孔隙的扩散阻碍,使得该方法的循环使用效率下降㊂例如,L A T I F等采用包埋法将漆酶固定化在海藻酸铜微球上进行双酚A的降解[20]㊂相比于游离酶,固定化漆酶表现出更高的p H㊁温度稳定性及储存稳定性,但在循环使用5次后剩余酶活降到了21.5%㊂1.2新型固定化方法1.2.1传统固定化方法的改进传统的单一固定化方法进行酶固定往往存在各自的缺点,因此出现了将单一方法进行两两结合来固定化酶的改进方法㊂常见的包括吸附-交联法[21-22]㊁吸附-包埋法[23-24]㊁交联-包埋法[25]等㊂例如,F A T H A L I等以介孔二氧化硅为载体,采用交联-包埋相结合的固定化方法制备了包埋交联漆酶聚集体(E-C L E A)[25]㊂相对于游离漆酶,条件优化后的固定化漆酶显示出较好的热稳定性和p H稳定性㊂此外E-C L E A存储21d仍然具有较高的相对活性,在重复使用20次后,其活性保持率可达初始活性的79%㊂对污染废水中苯酚的去除率可达73%[25]㊂1.2.2共固定化酶法共固定化酶是指将多种酶同时固定化在同一载体上的一种方法㊂A R A N A-P EÑA等实现了将5种酶进行逐层固定化的策略,使得整个固定化酶体系的活性明显增强[26]㊂与单一酶的固定化相比,共固定化酶法通常具有更大的优势㊂在保证了固定化后酶稳定性提高的同时,不同酶在共固定后,由于处于58第1期潘虹,等:酶固定化技术的最新研究进展同一载体上,酶之间可以发挥协同作用,且反应底物可以连续在酶之间传递,从而简化了反应步骤㊂G A O等制备了一种化学酶级联反应体系(G A&G O x@A u-S i O2),实现葡萄糖淀粉酶(G A)和葡萄糖氧化酶(G O x)共固定化[27]㊂借助于双酶和载体之间的级联效应,实现了从可溶性淀粉中高效提取葡萄糖酸㊂在保证了固定化双酶稳定性的同时,A u的加入可以使中间产物H2O2快速脱除,显著提高固定化体系的重复利用率㊂类似地,L I U等制备了一种具有可逆热响应释放的双酶固定化体系共固定G O x和辣根过氧化物酶(H R P),在葡萄糖浓度检测过程中表现出优于单酶检测试剂盒的良好性能[28]㊂此外,有学者研究发现,对于如漆酶这种绿色催化剂,较低的氧化还原电位大大限制了其在各个领域中的应用㊂但发现在固定化体系中引入具有高氧化还原电位的介体可以弥补漆酶的这一不足[36]㊂L O U等基于MO F s膜实现了漆酶和介体A B T S的共固定化,结果显示,固定化漆酶的底物亲和力要高于游离漆酶[37]㊂2酶固定化载体用于酶固定化的载体主要包括天然载体㊁人工合成载体和纳米载体,见表2㊂在选择固定化载体时要充分考虑具体的应用领域和需求等㊂表2固定化酶所用载体材料T a b.2 C a r r i e r s f o r i mm o b i l i z e d e n z y m e材料类别载体材料固定化对象固定化方法参考文献天然材料羧甲基纤维素漆酶包埋法[38]琼脂糖脂肪酶吸附法[39]磁性壳聚糖葡萄糖氧化酶共价结合法[40]藻酸盐脱氢酶/蛋白酶吸附法/包埋法[41-42]壳聚糖-黏土复合微球漆酶+介体包埋法[43]海藻酸钠-壳聚糖中性蛋白酶包埋法[44]人工合成材料改性二氧化硅乳酸脱氢酶/碳酸酐酶/甲酸脱氢酶化学交联法/共价结合法[45-47]二氧化钛漆酶吸附法[48]硅酸盐漆酶/葡萄糖氧化酶吸附-共价结合法/吸附法[49-50]氧化铝漆酶共价结合法[51]聚酰胺-胺树枝状大分子脂肪酶化学交联法[52]聚乙烯醇水凝胶-硅胶烯还原酶包埋法[53]二氧化硅-壳聚糖漆酶共价结合法[54]纳米材料磁性纳米粒子漆酶共价结合法[55]金属有机框架MO F s漆酶化学交联法[56]介孔Z I F-8过氧化物酶化学交联法[57]中空微球漆酶吸附法[58]共价有机框架C O F葡萄糖氧化酶+F e3O4吸附法[59]金属酚醛网络M P N酒精脱氢酶吸附法[60]磁性纳米颗粒漆酶+介体A B T S吸附法[61]2.1天然载体材料天然载体最大的优点就是来源广泛㊁低成本和低生物毒性㊂常用的天然载体有纤维素[38]㊁琼脂糖[39]㊁壳聚糖[40]和藻酸盐[41-42]等㊂同时,将天然载体杂化后用于酶固定化可以表现出更优良的固定化能力㊂M E H A N D I A[43]等利用天然载体制备了壳聚糖-黏土复合微球(C C B-L),采用包埋法对漆酶和介体进行共固定㊂微球在洗涤和储存期间均未观察到酶泄漏㊂同时固定化漆酶-介体体系通过填充床反应器系统(P B R S),对纺织废水的脱色率可达78%,C O D㊁B O D以及毒性水平均下降㊂类似地, B A I等将海藻酸钠和壳聚糖交联形成复合凝胶球,采用包埋法固定中性蛋白酶[44]㊂固定化酶在较宽的p H(5~8)和温度(30~80ħ)范围表现出高于游离酶的相对活性,循环使用性和存储稳定性也保持在良好水平㊂68西安工程大学学报第38卷2.2人工合成载体材料2.2.1无机材料无机材料来源广泛㊁合成简单㊁机械强度高,可以直接用于酶的固定㊂常见的无机材料有二氧化硅[45]㊁二氧化钛[48]㊁硅酸盐[49-50]和氧化铝[51]等㊂为了提高固定化效率,常常会先对无机材料进行表面改性再用于固定化㊂Z H A I等使用聚乙烯亚胺(P E I)和多巴胺的共沉积对二氧化硅微球进行改性,用于C O2酶促转化甲酸盐㊂优化后P D A/P E I-S i O2载体使得甲酸盐合成的初始反应速率从13.4倍增加至27.2倍㊂再通过固定化碳酸酐酶(C A)后,甲酸盐的合成速率增加到48.6倍[46]㊂随后,L I U等同样对S i O2微球进行P E I的表面改性后用来固定化甲酸脱氢酶,同样实现了C O2酶促转化甲酸盐的高效合成[47]㊂2.2.2高分子材料人工合成的高分子材料具有良好的结构刚性和其他优良的力学性能㊂如聚酰胺㊁聚乙烯醇等具有良好的固定化能力㊂Z H A O等采用3种胺类试剂将聚酰胺-胺树枝状大分子(P AMAM)接枝到F e3O4纳米粒子上,利用戊二醛作为交联剂得到了不同代数的F e3O4@S i O2/P AMAM磁性纳米载体[52]㊂固定化酶表现出相对游离酶更高的活性,而且改善了其在更宽的p H和温度范围内的耐受性㊂A L A GÖZ等先用聚乙烯醇水凝胶包裹烯还原酶(E R),再固定到氨基官能化的硅胶上㊂包埋后的E R比游离E R的热稳定性高34.4倍㊂在重复使用10次后,固定后的E R仍保持其初始活性的85%[53]㊂2.2.3复合材料针对有机㊁无机材料在实际应用中存在的不足,不少文献报道了将2类材料通过物理或化学手段进行复合得到新型复合材料,可以得到性能更优的固定化载体㊂例如,G I R E L L I等将二氧化硅和壳聚糖杂化得到复合材料,相比单材料拥有更好的机械强度㊁热稳定性及生物相容性㊂存储30d后仍具有大于70%的相对活性㊂对漆酶进行固定化后,固定化率达到92%,在较宽的温度和p H范围内固定化后漆酶表现出的稳定性也要高于游离漆酶,重复循环利用15次剩余活性仍在61%以上[54]㊂2.3纳米材料载体纳米材料凭借其小尺寸㊁高表面积和易改性等特点,成为了酶固定化载体研究的焦点㊂各种改性后的纳米材料也在酶固定化领域得到蓬勃发展㊂2.3.1磁性纳米载体磁性纳米载体是一种可以通过外部磁场实现固定化酶快速分离的良好材料㊂凭借这种磁学性质和低生物毒性[16],其在固定化载体的选择上表现突出㊂F e3O4是被广泛使用的一种磁性材料㊂但由于纯F e3O4自身的表面惰性和高团聚,往往需要对其进行表面改性后再应用于固定化㊂R A N等制备了一种壳核结构的磁性纳米载体F e3O4@M o S2@P E I 用于漆酶固定㊂在二硫化钼(M o S2)和聚乙烯亚胺(P E I)的修饰下,磁性载体拥有较大的比表面积并减弱了自身团聚效应,对漆酶的负载量可达120m g/g,酶活回收率可达90%,同时对于水中持久性致癌有机污染物也表现出了良好的降解效率[55]㊂2.3.2介孔纳米载体介孔材料作为一种多孔材料,凭借多孔结构和大的比表面积,也是酶固定化的理想载体㊂金属有机框架(MO F s)[56]凭借着可调控的孔径和较大的比表面积在酶固定化方面得到广泛应用㊂L I等采用水热法合成氨基官能化的MO F材料制备固定化漆酶,在最优条件下实现了95%的刚果红去除率,6次循环后降解率仍达到84.63%[56]㊂L U等以酵母为生物模板,将Z I F-8自组装到酵母上得到杂合Y@ Z I F-8,再用交联剂固定过氧化物酶得到Y@Z I F-8 @t-C A T㊂固定化酶的温度㊁p H耐受性得到提高,更值得一提的是固定化酶在存储45d后活性仍保持在99%以上[57]㊂除此以外,T A N G等还制备了具有中空结构的共价有机骨架微球(H-C O F-OM e)[58]㊂这种孔缺陷的中空结构有助于加快反应物的扩散,从而改善催化反应过程,对四环素具有优秀的降解效果㊂2.3.3金属纳米载体金属纳米材料由于引入了金属离子,可以提高载体的理化性质,在酶固定化过程中表现出重要作用㊂F U等将F e3+/F e2+固定到纳米花形的共价有机框架(C O F)中实现了固定化酶的磁分离[59]㊂L I 等研究了以磁性F e3O4为核,将单宁酸(T A)与不同类型金属离子(C u㊁F e㊁Z n㊁M n㊁A u)配位获得了用于固定化的金属酚醛网络(M P N)涂层[60]㊂不同金属离子的不同极化能力对M P N涂层的亲水性和疏水性造成影响,从而给酶的固定化效率㊁催化活性78第1期潘虹,等:酶固定化技术的最新研究进展和稳定性带来影响㊂对于漆酶而言,引入C u2+对漆酶的活性中心具有正向的促进作用,可以大大提高固定化漆酶的催化活性和底物亲和力[61]㊂3结论与展望生物酶作为一种极具潜力的生物催化剂,通过固定化技术使其在污染物的降解㊁食品加工㊁生物传感器等诸多领域得到了广泛应用㊂酶固定化技术促使酶在较宽的p H值和温度范围下表现出更优良的催化活性,大大提高了生物酶在敏感环境下的稳定性,实现了生物酶的可分离性及循环使用性㊂但目前看来,酶固定化技术依然存在一些不足㊂1)酶在固定化后,由于载体的存在使得底物扩散受阻,无法与酶充分接触,导致酶活性降低㊂可以通过基因工程技术从酶本身出发,利用定点突变或基因重组改变酶结构来提高酶活㊂同时,通过掺杂合适的单一过渡金属离子或多金属离子协同作用激发酶活也值得深入研究㊂2)目前固定化酶技术在污染物降解等领域的实际应用已经颇为成熟,但对于更深层次的作用机制还停留在较为浅薄的层面㊂在未来,随着生物信息技术的不断发展,将固定化酶技术与计算机模拟技术交叉,利用计算机软件模拟分析更深层次的机制原理,可以更好地掌握酶固定化技术㊂3)酶固定化技术仍处在实验室研究阶段,在实现更大规模的工业化应用仍然存在较大的挑战㊂同时,考虑到有些固定化载体制备的时间成本和资金成本,载体若仅用于一次固定化后就无法回收再利用就会造成过度浪费㊂如何实现固定化酶失活后固定化载体与酶的高效分离,从而实现载体的循环使用是一个新的挑战㊂因此,酶固定化技术仍然处在不断发展进步的阶段,需要更多的科研者来完善研究㊂参考文献(R e f e r e n c e s)[1]刘茹,焦成瑾,杨玲娟,等.酶固定化研究进展[J].食品安全质量检测学报,2021,12(5):1861-1869.L I U R,J I A O C J,Y A N G L J,e t a l.A d v a n c e s o f e n-z y m e i mm o b i l i z a t i o n[J].J o u r n a l o f F o o d S a f e t y&Q u a l i t 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o m a s p e r g i l l u s N i g e r b y a d-s o r p t i o n-c r o s s l i n k i n g m e t h o d[J].F r o n t i e r s i n E n e r g yR e s e a r c h,2021,9:616945.[22] N A S E E R S,O U Y A N G J,C H E N X,e t a l.I mm o b i-l i z a t i o n o fβ-g l u c o s i d a s e b y s e l f-c a t a l y s i s a n d c o m-p a r e d t o c r o s s l i n k i n g w i t h g l u t a r a l d e h y d e[J].I n t e r-n a t i o n a l J o u r n a l o f B i o l o g i c a l M a c r o m o l e c u l e s,2020,154:1490-1495.[23] Z HA N G Z W,Z HA O F,M E N G Y L,e t a l.M i c r o e n-c a p s u l a t i o n o f t h e e n z y m e b r e a k e r b yd o u b l e-l a ye re m b e d d i n g m e t h o d[J].S P E J o u r n a l,2023,28(2):908-916.[24] L OM B A R D I V,T R A N D E M,B A C K M,e t a l.F a c i l ec e l l u l a s e i mm o b i l i s a t i o n o n b i o i n s p i r ed s i l i c a[J].N a n o m a t e r i a l s,2022,12(4):626.[25] F A T H A L I Z,R E Z A E I S,A L I F A R A M A R Z I M,e t a l.C a t a l y t i c p h e n o l 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固定化酶载体材料的研究进展

1 对固定化酶载体材料性能要求
存和操作稳定性，酶活性损失较小。
成性质稳定、生物相容性高、并且具有高强度、
由于固定化酶载体材料对酶的性质影响
2.2 合成有机高分子载体
适于工业化生产的固定化酶载体材料，仍然是
极大，因此，对载体材料的种类和性能要求十分
合成有机高分子材料由于其化学、物理性固定化酶技术研究领域的重要课题。
天然多糖类化合物比较适合担当酶的载 PCVA 进行交联反应，得亲水性显著改善的球学报，1998(2):66-68.
体材料，此类材料具有无毒，传质性能好和丰富状载体，载体与胰蛋白酶进行偶联反应制备了 [5]潘丽军，陈实公，赵妍嫣.多孔淀粉接枝聚合
易的等特点，主要有壳聚糖、海藻酸钠和淀粉固定化胰蛋白酶，该固定化酶的比活大幅提高。物为载体固定化纤维素酶的研究[J].食品科学,
效果，近年来也有学者通过制备磁性壳聚糖微程度提高。
球固定化酶，从而达到比较好的分离效果。如王
2.3 无机载体
[8]钱军民，李旭祥.HEC/SiO2 凝胶复合物包埋固定化葡萄糖氧化酶的研究 [J]. 应用化学，2002,
斌等[3]利用反相总浮交联法制备磁性壳聚糖微
无机载体具有一些有机材料不具备的优 19(2)：153-157.
学等生命科学等领域的研究异常活跃，并得到对酶有一定的保护作用，易接枝，并对酶热处理丙烯酸羟乙酯的共聚体系中加人磁流体，制得
迅速发展和广泛的应用。在固定化酶技术中，载一段时间后，酶的活力最大可提高 40%，这为苯乙烯磁性微球，利用碳化二亚胺法固定中性
体材料的结构和性能对酶的活性保持及应用至工业应用提供了一条新途径。例如，以淀粉接枝蛋白酶，发现粒径越小，固定化酶的活性越高。

酶固定化技术用载体材料的研究进展

酶固定化技术用载体材料的研究进展杨勇　李彦锋3　拜永孝　易柳香　夏春谷#(兰州大学化学化工学院功能有机分子化学国家重点实验室生物化工及环境技术研究所　兰州　730000;#中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室　兰州　730000)摘　要　酶的固定化是生物技术中最为活跃的研究领域之一。

作为固定化酶技术的重要组成部分,载体的结构及性能在很大程度上直接影响着所得固定化酶的催化活性及操作稳定性。

综合性能优良的载体材料的设计与制备是固定化酶技术领域的一个非常重要的研究内容。

通过对传统材料的改性和新型载体材料的研究开发,必将促进固定化酶在各个领域的广泛应用。

本文综述了近年来国内外有关固定化酶载体材料的研究现状和发展趋势。

关键词　固定化酶　载体材料Progress in C arrier Materials Employed in Immobilization of E nzymesY ang Y ong,Li Y an feng3,Bai Y ongxiao,Y i Liuxiang,X ia Chungu#(C ollege of Chemistry and Chemical Engineering,S tate K ey Laboratory of Applied Organic Chemistry,Institute of BiochemicalEngineering&Environmental T echnology,Lanzhou University,Lanzhou730000;#S tate K ey Laboratory for Ox o Synthesis and Selective Oxidation,Lanzhou Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences,Lanzhou730000)Abstract　Enzymes imm obilization is one of the m ost active research fields in biotechnology.As an im portant part of imm obilized enzymes,carrier materials affect the activity of catalysis and operation stability greatly.The design and preparation of carrier materials with excellent integration per formances will be one of the m ost significant researches for the development of imm obilized enzymes in the future.Im provement of traditional materials,designing and exploiting new carrier materials will prom ote the application of imm obilized enzymes in various fields.The recent research progress in carrier materials for imm obilized enzymes are reviewed in this paper.K ey w ords　Imm obilized enzyme,Carrier materials酶作为一种特殊的生物催化剂,具有较高的选择性和催化效率、反应条件温和、催化活性可以调节控制等优点。

固定化脂肪酶的研究进展

固定化脂肪酶的研究进展固定化酶技术是一种将酶固定在一种载体上，从而提高其稳定性和重复利用性的方法。

固定化酶技术在工业生产和生命科学研究领域具有广泛的应用前景。

其中，固定化脂肪酶作为一种重要的酶类，在食品工业、制药工业、生物燃料生产等领域有着广泛的应用。

首先，固定化载体的选择。

固定化载体是固定化酶技术中至关重要的一环，它直接影响到酶的稳定性和重复利用性。

常见的固定化载体包括凝胶、纤维素、磁性材料等。

目前，研究者对于固定化脂肪酶的载体选择进行了大量的尝试和优化。

例如，一些研究表明，以凝胶为载体的固定化脂肪酶具有较高的活性和稳定性，并且可以通过改变凝胶的孔径和化学性质来调控酶的催化性能。

其次，固定化方法的优化。

固定化脂肪酶的固定化方法多种多样，包括物理吸附、化学交联等。

研究者通过比较不同的固定化方法，优化固定化过程，以提高固定化脂肪酶的活力和稳定性。

例如，一些研究表明，采用化学交联的方法固定化脂肪酶可以在较宽的温度和pH范围内保持较高的活性。

第三，固定化脂肪酶的特性研究。

固定化脂肪酶的特性研究旨在揭示固定化过程对酶的结构和功能的影响。

通过比较固定化脂肪酶与游离酶的特性差异，可以了解固定化过程中酶的构象变化、活性中心的可用性以及固定化载体对酶的稳定性和催化性能的影响。

例如，一些研究表明，固定化脂肪酶的活性中心由于受限于固定化载体的孔径而发生改变，从而导致酶的催化性能发生变化。

最后，固定化酶反应机制的解析。

固定化酶的反应机制是研究者关注的另一个重要问题。

通过研究固定化脂肪酶的反应机制，可以深入了解固定化过程中酶与底物的相互作用、反应路径以及固定化载体对反应过程的影响。

例如，一些研究采用动力学分析方法，揭示了固定化酶反应速率与温度、底物浓度、pH值等因素之间的关系。

总之，固定化脂肪酶的研究进展涵盖了固定化载体的选择、固定化方法的优化、固定化酶的特性研究和固定化酶反应机制的解析。

这些研究为进一步优化固定化酶的性能，推动其在工业生产和生命科学研究中的应用提供了重要的理论和实验基础。

无机固定化酶载体材料的研究进展_隋颖

可以增强载体对酶的固定作用。实验证实利用吸附－交联法，以 γ － Al2 O3 为载体制备的固定化青霉素酰化酶，耐高温和 pH 适用度均有所提高［4］。有的酶以 Al2 O3 为载体，单靠物理吸附的固定化效果也很好［5］。 2． 1． 3 分子筛
用浸渍法将 α －胰凝乳蛋白酶组装在分子筛孔道中后，固定化酶的稳定性显著提高，在固定化溶菌酶方面，1 ～ 2μm 长的棒状分子筛比 20μm 的吸附速度大，固定化酶量多［6］。 2． 1． 4 硅藻土
经化学修饰后二氧化硅可通过共价结合法固定化酶。使用戊二醛活化 3 －氨基丙基三乙氧基硅烷修饰过的 SiO2 ，可以作为载体对谷氨酸脱氢酶（ GDH）进行固定化。改性的 SiO2 成为固定化脂肪酶的很好的载体材料［8］。 2． 2． 2 改性 Al2 O3
通过对 Al2 O3 表面结构进行改进以及化学方法的修饰，可提高固定化酶的效率。用 TiCl4 处理 Al2 O3 ，其表面由片状层变为疏松的多孔层，实验表明，结构改变后载体易与酶分子形成螯合物，提高了固定化效率［9］。 2． 2． 3 改性分子筛
用戊二醛活化由陶瓷制备的凝胶－聚乙烯亚胺动态膜，其做固定化载体固定南极假丝酵母脂肪酶 B。实验表明，固定化后酶对反应产物的适应性明显增强，且固定化酶膜的贮存稳定性和可再生性较好［12］。 2． 3． 3 磁性 Fe3 O4
月桂酸通过配位键与化学共沉淀法制备的磁性 Fe3 O4 纳米粒子连接，对磁性颗粒表面进行修饰，得到的载体可以增强固定化酶的活力和磁性粒子在介质中的稳定性［13］。 3 结束语
硅藻土具有适宜的孔径和较大的比表面积，酶吸附量会很高。通过对硅藻土的吸附原理的研究发现：硅藻土表面的电位、结构以及其孔结构与等温吸附类型有关，同时硅藻土的等温吸附类型存在地域差别［7］。 2． 2 改性无机载体

固定化酶的研究进展

固定化酶的研究进展
固定化酶以其优越的特性，在物理化学过程中发挥着重要的作用。

近年来，固定化酶的研究已取得了重大突破，为解决各种化学反应问题提供了新的思路和解决方案。

1．固定化酶的研究历史
固定化酶的研究可以追溯到1899年，当时海尔士和罗斯证明可以将酶结合到珠粒或陶瓷体中。

之后，1904年，韦伯提出了将酶固定在改性双氧水Gel上的概念，这标志着固定化酶研究正式开始。

在后续几年中，研究人员们利用不同类型的支撑体，研究固定化酶的活性及固定方法，例如改性的石英粉和橡胶等。

1960年代，随着计算机和分子生物学的发展，人们对固定化酶的了解加深了，同时，也解决了以往无法实现的合成反应问题，这大大促进了细胞工程技术的发展。

这一时期的固定化酶研究主要集中在对酶结构和活性的研究，以及利用多种体内诱导因子来实现酶固定化的方法，例如培养基、氯仿等。

2．固定化酶的进展
随着生物技术的发展，固定化酶的应用可以说是前所未有的。

今天，科学家们可以利用先进的技术，将多种酶和酶-活性物质结合在一起，形成不同功能的复合酶体，以提高它们的反应活性。

近年来，固定化酶的研究重点也在拓展。

天然高分子固定化酶的发展趋势及前沿

天然高分子固定化酶的发展趋势及前沿班级：08级化学工程与工艺一班姓名：董洪军学号：P081914153摘要固定化酶技术作为一门交叉学科技术，在生命科学、生物医学、食品科学、化学化工及环境科学领域得到了广泛应用。

新型载体材料的合成是今后固定化酶发展的一个非常重要的研究领域。

在酶的固定化中天然材料和智能材料也同样起着重要的作用。

随着新技术的发展能够在温和条件下获得高活性的固定化酶已成为现实，如定向固定化酶、超声技术和辐射技术固定化酶等。

本文结合自己的工作介绍了固定化酶制备及应用的研究现状和发展趋势。

关键词固定化酶载体酶促反应应用酶是高效、专一性强的生物催化剂。

生物体内的各种化学反应都是在酶催化下进行的，但是自由酶在水溶液中很不稳定，可溶性酶一般只能一次性地起催化作用，同时，酶是蛋白质对热、高离子浓度、强酸、强碱及部分有机溶剂等均不够稳定，容易失活而降低其催化能力，这些不足大大限制了酶促反应的广泛应用。

上世纪60 年代出现的固定化酶(Immobilized enzymetechnology)克服了自由酶的上述不足，并且酶可以回收及重复使用[1]，从而成为生物技术中最为活跃的研究领域之一。

酶(细胞)的固定化方法可大致分为吸附法、共价偶联法、交联法和包埋法等4 种[2]。

吸附法是指通过载体表面和酶表面间的次级键相互作用而达到酶固定化的方法，根据吸附剂的特点又可分为物理吸附和离子交换吸附。

该法具有操作简便、条件温和及吸附剂可反复使用等优点，但也存在吸附力弱，易在不适pH、高盐浓度、高底物浓度及高温条件下解吸脱落的缺点。

共价偶联法是将酶的活性非必须侧链基团与载体的功能基通过共价键结合，故表现出良拜永孝男，博士生，现从事生物活性高分子的研究。

∗联系人 E-mail: liyf@2004-04-16 收稿，2004-09-06 接受化学通报 2005 年第68 卷 w0272好的稳定性，有利于酶的连续使用，是目前应用和研究最为活跃的一类酶固定化方法，但共价偶联反应容易使酶变性而失活。

固定化酶制备及应用的研究进展

固定化酶制备及应用的研究进展
摘要
固定化酶是一种将酶固定到支持材料上的一种技术，广泛应用于有机合成、蛋白质工程、药物分析、生物电化学、环境污染检测等领域。

近年来，固定化酶的研究受到了广泛关注，技术的不断发展改变了传统的固定化酶方法，这产生了重要的应用价值。

本文对最新的固定化酶制备和应用的研究进展进行综述，包括固定化酶的支持材料、固定化技术、活性测定以及固定化酶的应用。

随着新型支持材料和合成技术的不断发展，未来固定化酶将具有广泛的应用和巨大的市场前景。

关键词：固定化酶；支持材料；固定化技术；活性测定
1引言
随着现代科技的发展，生物催化剂的耐受性和可用性都得到了大幅提高，而且易于储存和运输。

这使得固定化酶变得更加重要，越来越受到学者的重视。

固定化酶可以有效改善组装酶的活性、稳定性和可控性，并可以在传统的酶反应技术中取得良好的效果，从而实现生物催化剂的多种多样的应用[1]。

2固定化酶的支持材料
固定化酶的支持材料一般分为生物支持材料和无机支持材料，两者有着不同的优缺点，在实际应用中，应实现有机无机材料的有机结合，才能获得良好的固定化效果。

酶固定化载体及固定化方法最新研究进展

广东化工2021年第2期· 60 · 第48卷总第436期酶固定化载体及固定化方法最新研究进展余冲，孙秀丽，王东旭，杜灿，刘娜，孔亮*(大连海洋大学海洋科技与环境学院，辽宁大连116023)[摘要]游离酶在工业生产等实际应用中存在着性质较不稳定、耐酸碱性弱、耐热性不强等诸多的局限性，对游离酶进行固定化是克服上述的不足的有效手段。

本文将对常见的固定化载体(有机载体材料、无机载体材料和复合载体材料)和固定化方法(吸附法、包埋法、离子结合法、交联法和热处理法)以及一些新型固定化方法和新载体研究进展进行系统的深入介绍，并归纳和总结它们各自的特点。

最后介绍了当前酶固定化载体材料和固定化方法的研究重点，以及阐述了固定化酶技术未来的趋势—运用复合载体材料和多种方法联用的固定化技术。

[关键词]酶固定化；固定化载体；固定化方法；复合载体材料[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)02-0060-03The Latest Research Progress of Enzyme Immobilization Carrier andImmobilization MethodYu Chong, Sun Xiuli, Wang Dongxu, Du Can, Liu Na, Kong Liang*(School of Marine Science and Environment Engineering, Dalian 116023, China)Abstract:Free enzymes have many limitations in industrial production and other practical applications, such as, unstable properties, weak acid and alkali resistance, and poor thermal stability. Immobilization of free enzymes is an effective means to overcome the above limitations. This review summarizes systematically the research progress of common immobilized carriers (organic carrier materials, inorganic carrier materials and composite carrier materials) and methods (adsorption, embedding, ion bonding, cross-linking and heat treatment) and some new immobilization methods and new carriers, and the characteristics of these methods and carriers are summarized and compared. Finally, the current research focus on the carrier materials and immobilization methods were introduced, and the future trend of immobilized enzyme technology was described, and the development trend of immobilized enzyme technology in the future was elaborated，especially composite carrier materials and combined immobilization technology.Keywords: enzyme immobilization；immobilized carrier；immobilization method；composite carrier materials固定化酶技术指的是将游离酶通过某些方法限定在一定的空间或完全附着在一定的载体上，使之不能自由的移动，但是仍能保持了酶的空间结构和活性中心的完整性，是一种酶工程应用中的主流酶催化技术。

酶固定化载体材料的研究进展_董炎炎

第１３卷　第４期２０１３年１２月上海应用技术学院学报（自然科学版）ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＨＡＮＧＨＡＩ　ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ　ＯＦ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ（ＮＡＴＵＲＡＬ　ＳＣＩＥＮＣＥ）Ｖｏｌ．１３　Ｎｏ．４　Ｄｅｃ．２０１３收稿日期：２０１３－０３－１８基金项目：上海市联盟计划资助项目（ＬＭ２０１１０４）作者简介：董炎炎（１９８９－），女，在读硕士研究生，主要研究方向为生物材料的合成及应用．通讯联系人：马　霞，Ｅ－ｍａｉｌ：ｍａｘｉａ０１２６＠１２６．ｃｏｍ文章编号：１６７１－７３３３（２０１３）０４－０２９５－０４酶固定化载体材料的研究进展董炎炎１，刘长虹２，马　霞１＊（１．上海应用技术学院香料香精技术与工程学院，上海　２０１４１８；２．中国检验认证集团上海有限公司，上海　２０２１５０）摘要：　酶的固定化是生物技术中最为活跃的研究领域之一。

固定化酶能在较为温和的反应条件下高选择性、高效率地催化某些化学反应，并且不会对环境造成污染。

作为固定化酶技术的重要组成部分，载体的结构及性能在很大程度上直接影响所得固定化酶的催化活性及操作稳定性。

综合性能优良的载体材料的设计与制备是固定化酶技术领域的一个非常重要的研究内容。

综述了近年来国内外有关固定化酶载体材料的研究现状和发展趋势。

关键词：　酶；固定化；载体材料中图分类号：Ｑ　８１５文献标志码：ＡＲｅｃｅｎｔ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｕｓｅｄ　ａｓＥｎｚｙｍｅ　Ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ＣａｒｒｉｅｒｓＤＯＮＧ　Ｙａｎ－ｙａｎ１，ＬＩＵ　Ｃｈａｎｇ－ｈｏｎｇ２，ＭＡ　Ｘｉａ１＊（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｐｅｒｆｕｍｅ　ａｎｄ　Ａｒｏｍａ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１４１８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈｉｎａ　Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　＆Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　Ｇｒｏｕｐ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０２１５０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｎｚｙｍｅ　ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ａｃｔｉｖｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｆｉｅｌｄｓ　ｉｎ　ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｕｎｄｅｒ　ｇｅｎ－ｔｌｅ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ　ｅｎｚｙｍｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃａｔａｌｙｚｅ　ｓｏｍｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｒｅａｃｔｉｏｎｓ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｓｅ－ｌｅｃｔｉｖｉｔｙ，ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ－ｆｒｉｅｎｄｌｙ　ｅｆｆｅｃｔｓ．Ａｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ　ｅｎ－ｚｙｍｅｓ，ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　ｃａｒｒｉｅｒｓ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ａｆｆｅｃｔ　ｔｈｅ　ｃａｔａｌｙｔｉｃ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ　ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ　ｅｎｚｙｍｅ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｒｒｉｅｒ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｗｉｔｈ　ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　ｏ－ｖｅｒａｌｌ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄｅｎｚｙｍｅｓ　ｉｎ　ｆｕｔｕｒｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｃｅｎｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　ｃａｒｒｉｅｒ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｆｏｒ　ｉｍｍｏｂｉｌｉｚｅｄ　ｅｎｚｙｍｅｓ　ｗａｓ　ｒｅ－ｖｉｅｗｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｎｚｙｍｅ；ｉｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ；ｃａｒｒｉｅｒ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ酶反应一般都在水溶液中进行，属于均相反应。

固定化酶研究进展

固定化酶研究进展固定化酶是将自由酶固定在一种载体上，以提高酶的活性、稳定性和可重复使用性的一种技术。

近年来，固定化酶研究取得了很大的进展，下面将介绍固定化酶研究的三个重要方面：载体选择、固定化方法和应用研究。

一、载体选择固定化酶的载体选择是固定化酶研究的重要方面之一、常见的载体包括无机载体、有机载体和生物载体。

无机载体一般具有良好的力学性能和稳定性，如硅胶、氧化铝等。

有机载体一般由生物高分子材料制成，如聚合物、淀粉等。

生物载体是指利用活细胞或细胞壁来固定酶，如酵母细胞、细菌等。

近年来，有机载体和生物载体在固定化酶研究中受到了广泛关注。

有机载体具有良好的机械性能、化学特性和生物相容性，可以提高酶的稳定性和活性。

生物载体可以提供更多的酶固定位点，提高酶的载体负载量和活性稳定性。

二、固定化方法固定化酶的固定化方法是固定化酶研究的另一个重要方面。

常见的固定化方法包括物理吸附法、交联法、包埋法和共价结合法等。

物理吸附法是将酶和载体通过吸附力相互结合，常用的吸附剂包括硅胶、氧化铝和活性炭等。

这种方法简单易行，但固定化的酶活性较低。

交联法是通过交联剂将酶和载体固定在一起，常见的交联剂包括聚乙二醇、聚乳酸等。

这种方法可以提高固定化酶的稳定性和活性。

包埋法是将酶固定在凝胶中，通常使用明胶、凝胶等作为包埋材料。

这种方法可以提高酶的稳定性和可重复使用性。

共价结合法是将酶和载体通过共价键相连，常见的方法包括胺基化、羧化和酯化等。

这种方法可以提高酶的载体负载量和稳定性。

三、应用研究固定化酶的应用研究是固定化酶研究的重要方面之一、固定化酶广泛应用于生物催化、制药工业、食品工业和环境保护等领域。

例如，固定化酶可用于催化反应、代谢物检测和制药工艺中。

近年来，随着生物技术的发展，固定化酶的应用研究取得了很大的突破。

例如，固定化酶可应用于生物燃料电池、生物传感器和医学诊断等新兴领域。

总之，固定化酶研究近年来取得了很大的进展，载体选择、固定化方法和应用研究是固定化酶研究的三个重要方面。

固定化酶技术及应用的研究进展

固定化酶技术及应用的研究进展固定化酶技术是一种将酶固定在载体上的方法，以提高酶的稳定性和重复使用率。

过去几十年来，固定化酶技术在生物催化、制药工业、食品工业等领域得到了广泛应用。

本文将介绍固定化酶技术的研究进展及其在不同领域的应用。

1.固定化酶的载体材料：传统的酶固定化载体包括天然多孔材料（如海藻酸钙、硅胶等）、无机材料（如纳米金、纳米磁性颗粒等）和有机材料（如聚酰胺、聚氨酯等）。

近年来，新型载体材料如金属有机骨架材料（MOFs）、二维材料等也被广泛研究，这些载体材料具有较大的比表面积和孔隙结构，有助于提高酶的固定化效果。

2.固定化酶的固定化方法：固定化酶的方法多种多样，包括吸附法、共价固定法、交联法、包埋法等。

吸附法是最简单的固定化方法，将酶溶液滴到载体表面，酶会自发地吸附在载体上；共价固定法通过化学反应将酶共价键结合到载体上，稳定性较好；交联法通过交联剂将载体和酶固定在一起，增加了载体和酶的稳定性；包埋法是将酶包裹在材料中，保护酶免受外界环境影响。

3.固定化酶的性能调控：通过改变固定化酶的载体材料、固定化方法和酶的固定化条件等，可以调控固定化酶的性能。

例如，调控载体材料的表面性质可以提高酶的活性和特异性；调控固定化方法和条件可以改变酶的稳定性和重复使用率。

1.生物催化领域：固定化酶技术在生物催化领域具有重要应用。

固定化酶可以用于催化酶促反应，如酶催化合成有机化合物、酶催化合成生物柴油等。

相比于游离酶，固定化酶具有较高的催化效率和稳定性，可以大幅度提高生产效率。

2.制药工业：固定化酶技术在制药工业中有广泛应用。

固定化酶可以用于制备药物原料、合成药物和代谢药物等。

与传统的化学合成方法相比，固定化酶合成方法具有高选择性、低副产物生成和环境友好等优点。

3.食品工业：固定化酶技术在食品工业中的应用也不容忽视。

固定化酶可以用于酿造、咖啡因去除、果汁澄清等。

利用固定化酶技术可以提高产品质量，降低生产成本。

酶固定化载体材料的研究进展

摘要：酶的固定化是生物技术中最为活跃的研究领域之一。固定化酶能在较为温和的反应条件下高选择性、高效率地催化某些化学反应，并且不会对环境造成污染。作为固定化酶技术的重要组成部分，载体的结构及性能在很大程度上直接影响所得固定化酶的催化活性及操作
Ｖｏ１．１３Ｎｏ．４
Ｄｅｃ．２０１３
２０１３年１２月
文章编号：１６７１ — ７３３３（２０１３）０４ — ０２９５ — ０４
酶固定化载体材料的研究进展
董炎炎，刘长虹，马
（１．上海应用技术学院香料香精技术与工程学院，上海２．中国检验认证集团上海有限公司，上海２０１４１８；２０２１５０）
ＲｅｃｅｎｔＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＵｓｅｄａｓＥｎｚｙｍｅＩｍｍｏｂｉｌｉｚａｔｉｏｎＣａｒｒｉｅｒｓ
ＤＯＮＧＹａｎ— ｙａｎ，ＬＩＵＣｈａｎｇ－ｈｏｎｇ，ＭＡＸ／ａ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｅｒｆｕｍｅａｎｄＡｒｏｍａＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２（）１４１８，Ｃｈｉｎａ２．ＣｈｉｎａＣｅｒｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ＆ＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＧｒｏｕｐＳｈａｎｇｈａｉＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０２１５０，Ｃｈｉｎａ）

固定化酶载体材料的研究进展_王宇

固定化酶载体材料的研究进展王宇（信阳职业技术学院，河南信阳464000）作者简介：王宇，男，本科，讲师。

【摘要】随着经济的发展和科学技术的进步，我国对于新型技术的开发和研究取得了突破性的进展。

近几年来，固定化酶技术不断发展，对于固定化酶载体材料的研究也因此变得十分活跃。

固定化酶作为一种生物催化剂，可以在相对稳定的反应条件下，对一些化学反应进行高选择性、高效率的催化，并且清洁无污染，不会对环境造成破坏。

本文主要对固定化酶载体材料进行了分析和探讨，阐述了其各自的特点和研究进展，并对载体材料的发展前景进行了预测和展望。

【关键词】固定化酶载体材料生物催化剂研究进展酶是一种天然存在的高分子生物催化剂，其具有催化选择性强，反应速度快，反应条件温和，清洁无污染等特性和优点，使得其在食品加工、医药等产业中具有非常广阔的发展和应用前景。

但是，自由酶的化学性质不稳定，在自然存放的条件下容易与空气中的化学物质产生反应，进而导致其自身的性质发生变化，在工业中难以得到更加广泛的普及和应用。

同时，对酶的分离和提纯也较为麻烦，增加了成本。

因此，固定化酶的概念得以提出和发展。

１固定化酶概述固定化酶是运用物理或化学方法，对酶进行相应的处理，使得原本水溶性较强的酶与固态的不溶于水的载体相互结合，或者被载体包埋，使两者形成一个统一的整体。

固定化酶技术具有专一、高效、绿色环保等诸多优点，在生物学、化学、医学等多个科学领域取得了很大的研究成果，并得到了迅速发展和普及。

对于固定化酶本身而言，载体材料的结构和性质直接决定着其性能的发挥，因此，固定化酶载体材料的研究一直与固定化酶技术的发展密不可分。

随着科学技术的不断发展，固定化酶的载体材料也从最初的天然高分子材料发展为人工合成高分子材料和无机材料，以及现有的复合材料等。

２固定化酶载体材料的性能要求由于载体材料对于固定化酶的性能发挥影响巨大，因此，对于固定化酶载体材料的选择是十分重要的，对其性能有严格的要求。

新型纳米载体固定化酶的研究

新型纳米载体固定化酶的研究近年来，新型纳米载体固定化酶的研究已成为生物技术领域的一个热点。

纳米载体是一种具有微小尺寸和高比表面积的材料，可以作为载体固定酶，提高酶的稳定性和催化效率。

在这种研究中，常用的纳米载体有金纳米颗粒、磁性纳米颗粒和碳纳米管等。

首先，金纳米颗粒是一种常用的纳米载体。

它们具有良好的生物相容性、高表面活性和可调控的表面功能基团。

固定化酶在金纳米颗粒上可以通过吸附、共价键或离子交换等方式实现。

研究表明，金纳米载体对于许多酶具有良好的保持活性和稳定性的效果。

例如，固定化在金纳米颗粒上的葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶可以在较高温度下保持较高的催化活性，同时也具有较好的循环稳定性和抗蛋白质降解能力。

其次，磁性纳米颗粒也是一种常用的纳米载体。

磁性纳米颗粒具有独特的性质，如超顺磁性和可控的磁性行为等。

通过对磁性纳米颗粒表面进行功能化修饰，可以将酶固定在其表面。

这种固定化方式不仅可以为酶提供良好的稳定性，同时还可以利用磁性纳米颗粒的超顺磁性特点，实现对酶的易分离和回收。

这在生物催化反应中具有重要的应用潜力。

例如，固定在磁性纳米颗粒上的脱氢酶可以用于生物反应器中的连续流动催化，通过外加磁场控制和调节酶的活性和浓度。

此外，碳纳米管也被广泛应用于固定化酶的研究中。

碳纳米管具有高度的结构稳定性、良好的生物相容性和可调控的表面功能化特点。

由于其独特的孔道结构和大比表面积，碳纳米管可以作为理想的纳米载体用于固定化酶。

通过发挥碳纳米管优异的催化性能和酶的特异性，可以实现高效率的催化反应。

例如，固定在碳纳米管上的氧化酶和脱氢酶可以用于生物燃料电池和酶传感器的构建，具有高灵敏度和高选择性的优点。

总的来说，新型纳米载体固定化酶的研究为生物催化技术的发展提供了重要的平台。

金纳米颗粒、磁性纳米颗粒和碳纳米管等纳米载体在酶的固定化中表现出良好的催化性能和稳定性。

这种固定化方式不仅可以提高酶的催化效率，同时还具有可调控性、易分离性和循环使用性等优点。

(完整word版)固定化酶的研究进展

固定化酶的研究进展固定化酶是20世纪60年代发展起来的一项新技术。

最初主要是将水溶性酶与不溶性体结合起来，成为不溶于水的酶衍生物，所以曾叫过“水不溶酶"和“固相酶"。

但是,后来发现,也可以将酶包埋在凝胶内或置于超滤装置中，高分子底物与酶在超滤膜一边，而反应产物可以透过膜逸出。

在这种情况下，酶本身仍是可溶的，只不过被固定在一个有限的空间内不能再自由流动。

因此,用水不溶酶或固相酶的名称就不再恰当。

在1971年第一届国际酶工程会议上，正式建议采用“固定化酶”的名称［1]。

一固定化酶的发展历程［1］酶参与体内各种代谢反应，而且反应后其数量和性质不发生变换。

作为一种生物催化剂，酶可以在常温常压等温和条件下高效地催化反应，一些难以进行的化学反应在酶的催化作用下也可顺利地进行反应，而且反应底物专一性强、副反应少等优点大大促进了人们对酶的应用和酶技术的研究.近年来,酶被人们广泛应用于食品生产与检测、生物传感器、医药工程、环保技术、生物技术等领域。

1916年美国科学家NELSON和GRIFFIN最先发现了酶的固定化现象;直到20世纪50年代，酶固定化技术的研究才真正有效地开展；1953年,德国科学家GRUB-HOFER和SCHLEITH 首先将聚氨基苯乙烯树脂重氮化，然后将淀粉酶、胃蛋白酶、羧肽酶和核糖核酸酶等与上述载体结合制备固定化酶；到20世纪60年代，固定化技术迅速发展；1969年日本千畑一郎利用固定化氨基酰胺酶从DL—氨基酸生产L-氨基酸,是世界上固定化酶大规模应用的首例；在1971年的第一届国际酶工程会议上，正式建议使用固定化酶(mimobilizedenzyme）这个名称.我国的固定化酶研究开始于1970年，首先是中国科学院微生物所和上海生化所的酶学工作者同时开始了固定化酶的研究工作二固定化酶的特点[2] [3]固定化酶具有许多优点:极易将固定化酶与底物、产物分开；可以在较长时间内进行分批反应和装柱连续反应;在大多数情况下，可以提高酶的稳定性;酶反应过程能够加以严格控制;产物溶液中没有酶的残留，简化了提取工艺；较水溶性酶更适合于多酶反应；可以增加产物的收率，提高产物的质量；酶的使用效率提高,成本降低。

酶固定化技术研究进展

酶固定化技术研究进展选题说明酶作为一种生物催化剂，具有高催化效率，高选择性，催化反应条件温和，清洁无污染等特点，其卓越的催化效能，令普通无机催化剂难以望其项背，因此酶的工业化使用一直是广受社会关注的课题，但天然酶稳定性差、易失活、不能重复使用，并且反应后混入产品，纯化困难，使其难以在工业中更为广泛的应用。

此外，分离和提纯酶以及其一次性使用也大大增加了其作为催化剂的成本，严重限制了酶的工业推广。

在此条件下，固定化酶的概念和技术得以提出和发展，并成为近些年酶工程研究的重点。

酶的固定化，是用固体材料将酶束缚或限制于一定区域内，仍能进行其特有的催化反应，并可回收及重复使用的一类技术。

通过固定化，可以解决天然酶的局限性，实现酶的广泛运用。

基于对于酶的工业化使用和固定化酶的兴趣，我通过互联网和数据库信息检索的方式对酶的固定化技术发展状况进行了初步探索，并对目前的研究成果进行了简要的概括。

希望能使大家对这一领域有所认识。

检索过程说明1，检索工具和数据库1.1，百度搜索引擎1.2，Google搜索引擎1.3，中国期刊全文数据库1.4，万方数据系统1.5，重庆维普中文科技期刊数据库2，检索过程简述首先，我选择了使用百度和Google搜索引擎进行关键词检索，都得到了浩繁的搜索结果，所的信息主要是百科简介和企业广告信息，介绍较为浅显陈旧，可利用性较差，但可以用于简单的信息了解，在搜素过程中，尝试使用了布尔检索规则如“固定化酶and应用”、高级检索和结果中检索的检索方式，以减小数据量。

也尝试了Google学术搜索，得到了很多有用信息。

运用维普中文科技期刊数据库搜素“题名或关键词”为“固定化酶”的相关资料得到655条，搜素“题名或关键词”为“固定化酶应用”的相关资料得到72条，检索关键词搜素“题名或关键词”为“固定化酶研究”的相关资料得到4条. 万方数据系统搜索主题词"固定化酶",得到相关资料1024条，搜索“固定化酶技术应用”得到相关资料23条.。