發(fā)布時間：2021-07-11 22:13

　　酶是強(qiáng)大的生物催化劑,在工業(yè)制造、生物傳感器和生物燃料電池中發(fā)揮重要作用。然而,脆弱性和相對狹窄的應(yīng)用范圍嚴(yán)重限制了酶系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。這些缺點(diǎn)通常可以通過酶的固定化來克服。固定化酶提供了簡便的方法將酶從產(chǎn)品中隔離并且提高酶的穩(wěn)定性,從而有助于高效地回收和重新利用昂貴的酶,降低生產(chǎn)成本。用于固載天然酶的諸多有效載體在構(gòu)建人工多酶系統(tǒng)中取得了優(yōu)異的成果。但是所使用的都是天然酶,其投入的成本仍然很高。十幾年來,納米酶具有高穩(wěn)定性和低成本的特點(diǎn),已經(jīng)成為天然酶的替代品。然而大多數(shù)納米酶的選擇性有很大的限制。通過將天然酶和納米酶封裝在一個納米尺度的框架內(nèi),設(shè)計(jì)的集成納米酶（Integrated nanozyme,INAzymes）能夠克服納米酶有限的選擇性問題。許多INAzymes已被開發(fā)和用于多種用途。其中,金屬-有機(jī)框架（Metal-organic frames,MOFs）是多孔晶體材料,具有大的比表面積,均勻的孔腔和高的酶包封能力,并且一些鐵基/銅基MOFs被證實(shí)具有良好的過氧化物類酶活性。因此通過吸附、共價連接、孔包封和共沉淀等方法,MOFs被用于設(shè)計(jì)合成多種具有優(yōu)異性能的INAzyme... 

【文章來源】：廣西師范大學(xué)廣西壯族自治區(qū)

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

GOx＆HRP/ZIF-8的合成示意圖[24]

3通過將不同酶封裝在一個納米尺度的框架內(nèi)，設(shè)計(jì)的INAzymes旨在克服納米酶有限的選擇性問題。許多INAzymes已被開發(fā)并用于多種用途。為了評述INAzymes的研究進(jìn)展，本文首先討論了INAzymes的設(shè)計(jì)方法、各種載體的使用、以及這些INAzymes展現(xiàn)的優(yōu)越性能，并展望了INAzymes的研究發(fā)展。1.3.1基于介孔二氧化硅/碳的集成納米酶介孔硅基納米材料由于具有大的比表面積、高的負(fù)載能力和良好的生物相容性，已被廣泛用作最有利的生物催化劑載體之一[76]。如圖1-2所示[77]，Shi等人成功地將類HRP的Fe3O4和GOx加載到樹突介孔二氧化硅納米粒子（DMSNs）約40nm的介孔中，形成Fe3O4-GOx@DMSNsINAzyme。這種結(jié)合可以抑制中間產(chǎn)物H2O2的分解，有效的使腫瘤細(xì)胞凋亡。還有一些研究人員以介孔碳為骨架合成了INAzyme[78,79]，他們首先將碳前驅(qū)體和鐵源加載到硅膠泡沫模板的中孔中，然后經(jīng)熱處理和硅石去除得到磁性介孔碳，最后同GOx組裝成磁性INAzyme。該酶在室溫下保存2個月后，其初始催化活性仍可保持90%以上，表現(xiàn)出良好的長期穩(wěn)定性。圖1-2：（a）Fe3O4@DMSN和GOx-Fe3O4@DMSN的合成過程[77]。（b）納米復(fù)合材料在中孔碳中包裹磁性納米顆粒（MNP）和GOx的示意圖[78]。在另一項(xiàng)研究中，Qu等人將AuNPs（GOx模擬物）和hemin（HRP模擬物）固載于石墨烯-介孔二氧化硅雜化物（GS），構(gòu)建了GS-hemin-AuNPs（GSHA）INAzyme[80]。這種GS允許控制空間裝配AuNPs和hemin。與GSH+GS-AuNPs（GSA）的混合物相比，GSHA可抑制H2O2的分解，并提高傳質(zhì)效率，從而使H2O2的氧化率達(dá)到200%。而GSAH在吸附hemin之前就已經(jīng)產(chǎn)生了AuNPs。由于后面吸附hemin抑制了AuNPs的類GOx活性，所以催化活性較低。此外，在吸附hemin之前，他們使用可滲透膜來包裹介孔二氧化硅納ab

4米顆粒（MSN）-AuNPs。所得產(chǎn)物的催化活性比MSN-AuNPs-hemin混合物的催化活性提高了150%[81]。但值得注意的是，INAzyme的活性仍然低于天然酶偶聯(lián)體系。因此，開發(fā)具有高活性和底物特異性的INAzymes仍然是我們的目標(biāo)。1.3.2水凝膠集成納米酶Wang和他的同事報道了一種有趣的將納米酶封裝到原位形成的框架中的策略[82]。如圖1-3所示，當(dāng)葡萄糖加入到GOx、CuO和單體N、N-二甲基丙烯酰胺的混合物中時，H2O2分解生成羥基自由基（OH）。在生理?xiàng)l件下，OH引發(fā)單體的溫和聚合，形成納米酶-凝膠INAzyme體系。如果將GOx/glucose改為H2O2，則無法得到納米酶凝膠。這是因?yàn)樵谶@個體系中更多的氧會產(chǎn)生過氧自由基而不是羥基自由基，而前者會抑制單體聚合。圖1-3：納米酶-凝膠的形成和引發(fā)機(jī)理[82]。1.3.3金屬及金屬氧化物集成納米酶與上述合成策略不同，通過逐層策略開發(fā)INAzyme時不需要其他載體。因此，可以制造多維納米結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)局部串聯(lián)反應(yīng)，如圖1-4a所示。Qu和同事使用聚多巴胺（PDA）連接V2O5納米線（用作谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）模擬物）和AuNPs（GOx模擬物）[83]或MnO2NPs（充當(dāng)超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶模擬物）[84]獲得了多功能INAzyme。類似地，被不同表面活性劑封端的Fe3O4可以通過封端劑與GOx之間的強(qiáng)疏水相互作用[85]或靜電吸引固定GOx[86,87]，從而形成Fe3O4/GOxINAzyme。同樣，AuNPs在Fe3O4表面上的直接生長形成的Fe3O4-AuNPsINAzyme同時具有GOx和過氧化物酶活性。此外，為了提高INAzyme的分散性和穩(wěn)定性，如圖1-4b所示，在Fe3O4-AuNPs的表面上包裹介孔SiO2層（meso-SiO2）[88]。與Fe3O4和AuNPs的混合物相比，F(xiàn)e3O4-Au@meso-SiO2的催化活性提高了300％。由于介孔SiO2的保護(hù)，經(jīng)過6次循環(huán)反應(yīng)，可以保持95％以上的活性和Fe3O4-Au@


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