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首页 > 学术中心 > 行业资讯 > 综述:电纺纳米纤维作为酶载体方面的研究进展
 

综述:电纺纳米纤维作为酶载体方面的研究进展

 
发布日期:2018-08-28
 

静电纺丝是一种将功能添加剂加入到纳米纤维中常用方法。酶在温和条件下促进目标分子反应,且用于各种工业中。但是,他们通常对环境条件敏感并且成本高昂。为了以经济可行的方式使用酶,电纺丝可以用作酶的保护性载体,并且其大的表面积可以在需要时快速释放酶,酶也可以固定在电纺纳米纤维上以便重复使用,与膜载体相比,它们具有高表面积的优势。

电纺纳米纤维是快速释放酶的良好载体,用于微流体检测芯片等应用。纳米纤维的高表面积可以使其在适当的水或溶剂中快速溶解。Dai等人(2012)使用水溶性电纺聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维作为辣根过氧化物酶(HRP)的载体。放置在微流控芯片中,装有HRP的PVP纳米纤维容易溶解,以便当含水样品通过时释放HRP。

研究证明固定在电纺纤维中的酶即使暴露在不利条件下也能保持其功能性。 Wang等人(2008)比较了在不同条件下储存橄榄油,通过混合粗脂肪酶对电纺聚乙烯醇(PVA)中包覆的脂肪酶活性进行了比较。他们的研究表明,在相同条件下储存1小时后,在40℃和50%相对湿度下储存4小时时,PVA中的脂肪酶能够保留原始活性的85%,而粗脂肪酶活性损失70%。也可以使用戊二醛(GA)交联PVA使其不溶于水中,戊二醛(GA)在0.1M GA / EthOH的pH 3种条件下具有优化的条件,在以10%脂肪酶负载纤维中产生最高的360U/g脂肪酶活性。

纳米纤维的高表面积也暴露更多的酶参与反应。Nakane等人(2007)表明,与膜固定化脂肪酶和脂肪酶粉末相比,固定在聚乙烯醇(PVA)上的脂肪酶产生高酯化活性。薄膜中的活性降低可归因于较低的表面积。脂肪酶粉末的较低性能可能归因于粉末的团聚,从而降低了其表面积。在纳米纤维中,相互连接的纤维和高孔隙率构成开放通道,以便酶在整个膜中参与反应,而且,与脂肪酶粉末和商业形式的粉末相比,有固定酶的膜更容易回收。

Pan等人(2015)使用了具有表面羧基的电纺聚(苯乙烯-甲基丙烯酸共聚物)(PSMAA)无规共聚物纳米纤维,用于具有胺基的辣根过氧化物酶(HRP)的表面粘附。比较固定化HRP在纳米纤维和游离HRP之间的稳定性,固定化HRP显示出较高的热稳定性,pH稳定性和储存稳定性。固定化HRP对纳米纤维的活性为87%,而游离HRP在储存5天后仅为45%。这归因于固定化酶中构象变化的自由度降低。

酶与电纺纳米纤维表面的共价结合提供固定酶更安全的方式。Uzun等人(2014)制备了具有导电聚合物涂层的尼龙6,6/多壁碳纳米管(MWCNT)(聚-4-(4,7-二(噻吩-2-基)-1H-苯并[ d]咪唑-2-基)苯甲醛)(PBIBA)。使用戊二醛(GA)将葡萄糖氧化酶(GOx)共价结合在复合纳米纤维的表面上。发现葡萄糖生物传感器在78次测量中显示出一致的结果,其性能在44天后没有降低。 N-乙基-NO-(3-二甲氨基丙基碳二酰亚胺)和N-羟基琥珀酰亚胺(EDC-NHS)是另一种常用将酶共价结合到纤维上的交联剂。Mondal等(2014)制备了电纺纳米纤维,并使用等离子体处理表面引入了各种官能团(如-COOH,-CHO,-OH)。这些官能团用于与胆固醇酶、胆固醇酯酶和胆固醇氧化酶(ChEt-ChOx)分子上的-NH2基团形成共价键。

与游离酶相比,固定化酶的催化活性的表现取决于纤维材料是否能够补充该过程。使用GA封装和固定木瓜蛋白酶在电纺聚乙烯醇(PVA)上的催化活性仅为游离酶的88%[Moreno-Cortez et al 2015]。然而,80%固定化HRP去除邻甲氧基苯酚的效果优于游离HRP。这归因于PSMMA纳米纤维促进有害化学物质的吸附并使化学物质更接近于酶的去活化。Dai等(2013)也使用固定在不同电纺纤维上的漆酶去除多环芳烃(PAH),也作了类似的研究。漆酶固定化纳米纤维的降解效率取决于影响其吸收PAHs能力的纤维材料的疏水-亲水性质。 通过将PAH分子浓缩在纳米纤维上的酶分子周围,它带来了比游离漆酶更好的降解效率。Wang等(2006)使用电纺聚(丙烯腈-马来酸)(PANCAA)共价键合脂肪酶,表明将多壁碳纳米管(MWCNT)加入电纺PANCAA基质中能够增加酶。MWCNT通过促进反应中的电子转移来增强活性。

Degradation kinetics of o-Methoxyphenol by PSMAA, free HRP and HRP-PSMAA. [Pan et al 2015. Journal of Nanomaterials, vol. 2015, Article ID 616879. This work is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License.]

虽然固定化酶对电纺丝具有的更高催化效率将增加膜或支架的活性,但增加其活性的另一个明显方法是在纤维结构上负载更多的酶。Nair等人(2007)表明,通过打开电纺聚苯乙烯-聚(苯乙烯-马来酸酐)(PSPSMA)纤维的孔,酶负载量可增加至8倍,这显著增加了每单位质量纳米纤维的酶活性。


 
 
 

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