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静电纺丝合成聚合物纳米纤维固定化酶及其应用
2022/1/11 17:12:23 易丝帮

DOI: 10.1002/bit.27963

 

载体的排列对固定化酶的效率有着显著影响。纤维材料是最理想的酶固定载体之一,这是由于它们具有高表面积体积比、内部孔隙、高机械稳定性且易于处理,所有这些均有利于更高的酶负载及释放,从而导致更好的催化效率。幸运的是,这些酶可以驻留在单根纳米纤维深处,以维持被封装的状态,并保持其三维结构。这些特性可以保护酶对恶劣条件(如pH值变化和高温)的耐受性,从而增强酶的稳定性。本综述讨论了酶在静电纺丝合成聚合物纳米纤维上的固定化。静电纺丝作为制备聚合物、金属氧化物和复合纤维的最实用方法之一正在迅速普及。因此,人们对使用电纺纳米纤维固定化酶的兴趣日益浓厚。然而,只有少数方法可用于探究纳米纤维表面对固定化酶行为的影响。此外,目前对电纺纳米纤维固定化酶的研究主要局限于实验室规模,电纺纳米纤维用于酶固定化的主要未来研究目标包括提高生物制品转化为商业应用的产量。

 

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图1:(A)静电纺丝装置形成泰勒锥的简易图示,该装置由高压电源、注射泵和接地收集器组成。(B)纳米纤维固定化酶的不同机制。


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图2:游离和固定化漆酶的储存稳定性(A)、可重复使用性(B)以及热稳定性和化学稳定性(C,D)。


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图3:pH值对游离酶(A)、共价结合酶(B)和封装酶(C)去除四环素效率的影响。


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图4:温度对游离酶(A)、共价结合酶(B)和封装酶(C)去除四环素性能的影响。


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图5:电纺PAN纳米纤维通过酰胺化反应首先活化腈基来固定脂肪酶的示意图。


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图6:蛋白质固定效率与(A)活化时间和(B)酶固定时间的函数关系。在固定过程中,蛋白质的添加量假定为100%。


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图7:30℃和pH7.0下重复使用对固定化脂肪酶残留活性的影响。


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图8:(●)游离脂肪酶和(○)固定化脂肪酶在30℃和pH7.0下的储存稳定性。


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图9:由含(A)0%、(B)2.5%、(C)5.0%、(D)7.5%和(E)10.0%纤维素酶的PVA溶液制备的电纺PVA/纤维素酶纤维的SEM图像。


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图10:使用电纺膜和流延膜时,交联时间对固定化纤维素酶活性的影响。结果表明,与流延薄膜相比,使用纳米纤维具有较高的纤维素酶固定活性。


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图11:使用纳米纤维和薄膜直至6个重复循环的固定化纤维素酶的相对活性。


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图12:两个运行模型:(A)反应前,(B)在水性介质中水解,和(C)在有机介质中酯交换。所有比例尺均为5μm。


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图13:脂肪酶负载对水解和酯交换活性的影响(A),以及用于预处理脂肪酶的溶剂对水解和酯交换活性的影响(B)。


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图14:PS/PSMA(对照)纳米纤维(A)和CA-CLEA固定化PS/PSMA(B)纳米纤维的FESEM图像。


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图15:游离和固定化CA对p-NPA水解的催化活性曲线。(A)游离和固定化CA的储存稳定性:4℃下的固定化CA,30℃下的固定化CA;4℃下的游离CA;30℃下的游离CA。(B)25℃下固定化CA的可重复使用性(黑条)。


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图16:不同条件下,从球形红杆菌中提取的有机化合物的合成,包括(A)类胡萝卜素、(B)细菌叶绿素、(C)卟啉和(D)辅酶Q10:纯培养,黑条;100mg对照PS/PSMA,浅灰色条;100mg CA-CLEA固定化PS/PSMA纳米纤维,灰色条。


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