1、1氰基丙烯酸烷酯的自由基乳相聚合物用于酶的固定化探讨摘要：酶是一种天然的生物催化剂，可以催化细胞代谢涉及的所有反应。酶促反应具有催化效率高、对底物专一性强、反应条件温和等优点，被广泛应用于食品、酿造、医药等领域。但是，因为酶是蛋白质组成，其高级结构对热、强酸、强碱、有机溶剂均不稳定，在反应中容易失活；而且游离酶与底物产物分离困难，难以回收重复使用，造成产品污染及生产成本增加，这些因素严重限制了酶在工业生产中的广泛应用。与游离酶相比，利用自由基乳相聚合物固定化酶在保持其优点的同时分离回收容易，可多次重复使用；贮存稳定性高，对极端环境耐受能力强；具有一定的机械强度等优点。 关键词：游离酶；自由基；
2、固定化 中图分类号：Q946.5 文献标识码： A 文章编号： 1、酶的常规固定化技术 酶的固定化是指通过某些方式将酶和载体相结合，酶被载体材料束缚或限制于一定区域内进行其特有的催化反应，并可回收重复使用的一类技术。1971 年第一届国际酶工程会议上，正式建议采用“固定化酶”（immobilized enzyme）的名称。人类历史上最早进行酶固定化的研究是在 1916 年，Nelson 和 Griffm 发现蔗糖酶吸附在骨碳颗粒上仍能保持与游离酶同样的活性。但在此后的将近 40 年的时间里，由于人们没有认2识到固定化酶的应用前景，因而对固定化酶的研究非常少。以应用为目的固定化酶研究工作是 Gr
3、ubhofer 和 Schleith 在 1953 年首先开始的，他们将聚氨苯乙烯树脂重氮化，使淀粉酶、胃蛋白酶、核糖核酸酶等结合在修饰过的苯乙烯树脂上，实现了酶的固定化。1969 年日本的千烟一郎博士首次将米曲霉（Aspergillus oryac）的氨基酞化酶经酶柱固定化后用于拆分合成的外消旋 D-氨基酸，用于其旋光对应体 L-氨基酸的大规模工业化生产，开创了固定化酶应用的新纪元。进入 20 世纪七十年代后，固定化酶技术不仅在化学、生物学、生物工程、医学及生命科学等领域得到迅速发展，而且因为具有节省资源与能源、减少或防治污染的生态环境效应而符合可持续发展的战略要求。 固定化技术的关键在于合
4、理有效的固定化方法和性能优良的固定化载体，并且后者的影响往往更为显著。借助物理、化学、生物、材料等相关学科的前沿技术，设计合成性能优良的载体材料已成为当今固定化酶领域的主要研究内容，也是未来固定化酶技术发展的方向。因此本研究目的是获得性能优良的酶固定化载体材料。 过去的 20 年里，在表面修饰的聚合物纳米颗粒用于作为酶的载体研究作出了很大的努力。大多数的方法以两性共聚物的合成为基础，而两性共聚物则采用不同的技术用于合成纳米粒子。乳相聚合是产生聚合物纳米粒子广为人知的方法之一。到目前为止，自由基乳相聚合还很少用于制备酶的载体。此外，生产的聚合物是非生物降解的纳米颗粒也不适合运用酶的固定上。 2、
5、自由基乳相聚合物用于酶的固定化 3自由基乳相聚合的单体中，仅仅氰基丙烯酸烷酯和他们的衍生物能得到生物降解聚合物的生成。然而，这种单体的自由基聚合基本上还没有人介绍到。这些单体活性很强且能被弱碱包括水的羟基离子自发且快速的引发得到阴离子聚合物。因为这样，对比其他容易在水乳相下自由基聚合的单体，如此的聚合是不会用于氰基丙烯酸烷酯的。的确，聚氰基丙烯酸烷酯纳米粒子用作酶载体是以在溶液聚合介质酸性条件下自发诱导的阴离子乳相聚合。阴离子引发物可以是水的羟基或则是弱碱包括溶解在聚合物介质中的药物或稳定剂。 现在研究的目的是发展氰基丙烯酸烷酯的一种氧化还原自由基聚合去设计一种新的生物降解酶载体系统，这种载体
6、系统由聚氰基丙烯酸烷酯纳米粒子修饰的多糖组成。采用多糖和铈盐离子作为氧化还原自由基引发剂1。通过阴离子聚合的 PACA 纳米粒子通过巨噬细胞的吞噬能够快速的从血液中清除。相反，根据氧化还原自由基聚合得到的非生物降解的右旋糖酐-聚氰基丙烯酸烷酯纳米粒子在酶催化过程中显示了持久的循环时间。因此，氰基丙烯酸烷酯的乳相聚合的研究是在非常低的 PH 下进行且存在和不存在氧化还原自由基聚合引发剂。 制备得到的聚合物凝胶可以直接用于酶的固定也可以用用于引发矿化得到有机-无机载体材料。目前对于生物矿化体系的大量研究表明，细胞调制过程控制着生物矿物的成核、生长及微组装，并且按照矿化形成的先后顺序将矿化过程分为四
7、个阶段： （1）有机大分子的预组织或自组装：在矿物沉积前构造一个有组织的反应环境，该环境决定了无机物成核的位置和形成矿物的形貌。 4（2）界面分子识别：在已形成的有机大分子组装体的调控下，无机物在溶液中的有机-无机界面处成核。分子识别具体表现为：有机大分子在界面处通过晶格几何特征、静电电势相互作用、立体化学互补因素、氢键相互作用、空间对称性和基质形貌等方面影响和调控无机物成核的部位、结晶物质的选择、晶型、取向及形貌。有机-无机界面的分子识别过程中，主要存在以下几种作用：有机基质与矿物的晶体结构匹配、立体化学互补和空间定位、静电作用和电荷匹配2。 （3）生长调制：无机相通过晶体生长进行组装得到亚
8、单元，同时形态、大小、取向和结构受到有机分子组装体的调控，这就赋予了生物矿物独特的结构形态。 （4）细胞调控与加工：在细胞参与下亚单元组装成高级的结构。该阶段是复杂超精细结构在细胞活动中的最后修饰阶段，也是造成天然生物矿化材料与人工材料差别的主要原因。 对于固定化酶领域而言，由于仿生矿化过程可在室温、中性和常压条件下进行，并具有结构可控性，全面克服了传统溶胶-凝胶法制备无机材料的缺点，因此，利用仿生的方法制备无机材料或有机-无机杂化材料可用于固定化酶领域。 3、实验设计 乳相聚合氰基丙烯酸烷酯的乳相聚合在各种溶液中进行，改变 PH，右旋糖苷和铈盐离子的含量，其他条件保持一致。聚合物介质的 PH
9、 固定在 1,2,3,分别对应于 0.2,10-2,和 10-3M 的硝酸溶液。 氧化还原自由基乳相聚合（REP）操作如下： 5（1）右旋糖苷（0.1375g）溶解在 8ml 硝酸中并于 40下通氮气轻微搅拌。10min 后，2ml 硝酸铈铵（8*10-2M）硝酸溶液和 0.5ml 的 IBCA在激烈的搅拌下连续加入。反应继续进行 40min。冷却到室温下，1.25ml，1.02M 的柠檬酸钠二水合物加入聚合物介质中，PH 用 NaOH 调节。（2）其它的聚合条件是用于评价用阴离子引发的 ACA 的自发乳相聚合（SEP） 。 （3）聚合物溶液（12ml）用透析膜来纯化，纯化了的悬浮液储存在4条
10、件下或则冻干待用。 （4）得到的聚合物水凝胶与酶作用从而达到酶的固定。 （5）聚合物用于诱导生物矿化制得有机-无机杂化载体。 4、结论 本文的通过一种新的多糖修饰的 PACA 纳米粒子在乳相和没有表面活性剂的条件下达到了氰基丙烯酸烷酯的氧化还原聚合达到目的。如此得到的高分子材料可以通过吸附和共价与酶相结合达到酶的固定。且合成的高分子材料还可以诱导矿化生产有机-无机载体材料。有机-无机杂化材料兼具有有机和无机材料的特性，因此表现出一些独特性质，如尺寸效应、局域场效应、量子效应等。有机-无机杂化材料综合了有机无机各自的优点，具有较高的稳定性，在力学、热学、光学、电磁学和生物学等方面具有许多优异性能，因而成为材料学科研究的热点。 参考文献 1张蕾蕾.酶固化技术最新研究进展J.现代生物医学进展.62011 年 22 期. 2王继军.应用植物酯酶固化酶检测有机磷和氨基甲酸酯农药.J环境科学学报.2004 年 03 期.
