酶是一種綠色、可持續的生物催化劑,具有催化活性高和底物特異性好等優點,廣泛應用于非甾體消炎藥、心血管疾病治療藥、抗病毒藥以及抗生素等藥物的合成與手性拆分。開發高效的酶固定化方法能夠提高酶的穩定性和重複使用性,便于連續化操作,是降低藥物生産成本的關鍵技術之一。近日,Betvictor中文版張東浩教授課題組通過結合吸附固定和包埋固定的優勢,利用納米矽膜将酶包封在ZIF-8磁性微球表面。該固定化策略不僅可以解決酶洩漏和底物傳質問題,還可以通過防止酶發生化學反應保持酶的催化活性。
本研究首先将CRL脂肪酶吸附于ZIF-8磁性微球表面,再利用矽酸四乙酯(TEOS)在微球表面縮合形成具有一定孔徑結構的二氧化矽納米膜将酶封裝,制備得到矽膜封裝固定化酶。本方法固定酶的條件溫和,無需共價結合即可将酶牢固固定到載體表面,在不破壞酶活性構象的同時,矽膜封裝還可以提高酶的穩定性,是一種有效的酶固定化方法。而且,形成的納米矽膜有介孔結構,能夠保證酶的可及性,提高酶催化表觀活性。結果顯示,TEOS加入量和包封時間對矽膜的厚度及酶活性有重要影響。酶的活性以及二級結構分析顯示,封裝在矽膜中的酶最大程度保留了酶的活性構象。酶學性質研究顯示,矽膜封裝固定化酶具有遠高于遊離酶與吸附酶的熱穩定性以及對變性劑的耐受性。該研究為酶催化技術在生物制藥領域的應用提供了理論基礎。
該研究結果以“Encapsulating lipase on the surface of magnetic ZIF-8 nanosphers with mesoporous SiO2 nano-membrane for enhancing catalytic performance”為題發表在中科院一區期刊《Chinese Chemical Letters》上(2024 March 8, DOI:10.1016/j.cclet.2024.109751.)。我院研究生段廣續為第一作者,張東浩教授為論文通訊作者。