酶是一种具有催化效率高、专一性强、反应条件温和的生物催化剂,被广泛应用在食品、医药和精细化工等众多领域。

但大多数天然酶表现出稳定性差、易失活,难以从反应液中回收重复利用,导致使用成本高,成为制约其应用的难题。

酶固定化技术是克服这些问题的主要方法之一。酶的固定主要是利用物理或化学作用将酶蛋白与载体结合或形成不溶物。

但是,传统的方法和载体难以精准控制固定化酶的尺寸和形状,制备过程复杂、条件苛刻导致载酶量低、酶失活严重等问题,特别是由于对固定化酶微观结构与其催化性能间的构效关系、酶和载体间相互作用以及微环境对酶分子结构的影响缺乏深入理解,从而难以制备出高效的固定化酶。

该成果是在2项国家自然科学基金和1项河北省自然科学基金的支持下,对脂肪酶和过氧化氢酶等工业常用酶进行固定化合理设计,建立了系列高效的酶固定化可控制备技术,制备出性能优越的固定化酶,提高了酶催化效率,增强了其稳定性,揭示了固定化酶微观结构与其催化性能间的构效关系,阐明载体和酶之间相互作用以及微环境对酶分子结构的影响机制。

形成具有以下四个创新点的成果。

1、建立了新型的酶蛋白快速印迹交联方法,实现了对酶蛋白活性构象的完整“固化”,创建了系列杂化纳米生物催化剂可控制备技术体系,显著提高了酶蛋白的固定化效率,增强了酶稳定性。

2、首次将界面激活和金属离子激活作用引入到脂肪酶杂化纳米花的制备过程中,建立了高效的界面酶杂化纳米花生物催化剂的制备方法;阐明了界面作用和金属离子激活对纳米花生物催化剂中酶分子结构影响的机制

3、通过调控前体物浓度,首次合成了高活力的不同于传统多面体结构的十字花型ZIF-L的杂化纳米生物催化剂,揭示了杂化纳米生物催化剂微观结构与其催化性能间的构效关系。

4、提出“人工纳米包衣”的生物催化剂的遮蔽保护策略,显著提高了纳米生物催化剂的稳定性,阐明了“人工纳米包衣”、酶以及载体间相互作用关系,揭示了“人工纳米包衣”对酶的保护机制。