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CPCI 中国石油和化工
化工设计
酶在有序介孔材料上的固定化
焦志勇
（南京工业大学　江苏南京　211800）
摘 要：目前，对酶在有序介孔材料上的固定化研究取得了巨大进步，研究人员通过对酶在有序介孔材料上固定化的研究，发现了各种方法的优缺点及其在实践中的应用。

这对石油的开采和利用具有重要的意义。

具体分析石油受有序介孔材料固定化酶的活性及因素的影响，并分别讨论了这些因素，以促进酶在有序介孔材料上固定化的发展，进一步挖掘固定化酶潜在的应用价值，使之最大限度地为现代化石油工业服务。

关键词：有序介孔材料石油酶固定化
1 酶固定化的意义
酶广泛应用于各种领域，它是一种生物催化剂，具有很高的专一性。

需在温和的条件下反应，具有很高的催化效率。

但因游离酶自身的特点，其应用容易受到限制。

它具有难以回收、稳定性差、不易循环利用和易混入产品等特点。

经过实践表明，酶固定化后，酶的热稳定性和PH 稳定性会大大提高，在各种领域被广泛应用。

因此，对酶在有序介孔材料上的固定化研究具有重要的现实意义，且发展前景广阔。

2 酶在有序介孔材料上的固定化概括
近几年，酶在有序介孔材料上的固定化有很多载体，常见的有：天然产物、凝胶、分子筛及树脂等。

在物理和化学性质上面，无机载体比有机载体具有较大的优势。

有序介孔材料是一种无机材料，具有很多优势，例如：它具有可以调变的孔径，化学稳定性高，成本低等特点。

被广泛应用于各行各业。

有序介孔材料的发现，使它作为一种新的载体，在酶的固定化方面具有很大的发展前景。

3 酶在有序介孔材料上的固定化方法
目前，酶在有序介孔材料上的固定化方法主要有3种，分别为：化学键合法、包埋法和直接物理吸附法。

3.1 化学键合法
有机集团能够在温和条件下，在载体表面上与酶反应，这是化合键合法固定化酶的前提。

其中有机集团可以是：乙烯、羧基、氨丙基和环氧基等。

通过后嫁接法和共聚合法这两种方法可以在有序介孔材料表面引入有机集团。

后嫁接法的特点是：对有序介孔材料表面的修饰不均匀，外表面上有大量的修饰基，因此，将大量的酶固定到载体外表面上及孔道口处，会使更多的酶受到阻碍，不能进入有序介孔材料的孔道。

化学键合法固定化酶的优点是：固定化酶的操作稳定性大大提高了。

有序介孔材料化学键合法固定化酶经过修饰后，对尺寸有一定的选择性。

3.2 包埋法
包埋法是指在有序介孔材料的孔道内部吸附酶分子，使孔口尺寸改变，且小于酶分子直径，从而达到在有序介孔材料孔道内将酶包埋在的目的。

这种方法的使用，可以有效避免物理吸附方法中酶的脱落。

生物学家在缓冲剂溶液中放入MCM-41及胰蛋白酶，使酶吸附在载体上，在分离载体及溶液后，继而进行硅烷化修饰，修饰用的酶为3-氨丙基三乙氧基硅烷。

这种方法的目的是减少孔口直径，使酶很难从载体孔道内流出。

经过研究发现，包埋法能够避免酶分子从孔道内流出，但对酶而言，由于硅烷化反应条件剧烈，酶会失去活性。

此外由于有序介孔材料的孔道口直径减小，反应产物及底物出入孔道受到限制，从
而降低了固定化酶的活性。

3.3 直接物理吸附法
直接物理吸附法是指：将有序介孔材料和酶溶液充分接触，在载体上吸附到酶。

这由于它主要依靠载体与酶之间的范德华力和静电吸引力，酶的结构不易受到影响，且不易破坏酶的活动中心和高级结构。

因此，这种方法使酶的活性不易损失。

但是，因为有较弱的酶固定化作用力，所以当温度、溶液离子强度和PH 值、及剧烈搅拌等条件改变时，酶分子很容易从有序介孔材料的载体上脱落。

通过对直接吸附在纯硅和SBA-15上胰蛋白酶的研究发现，酶极易从载体上脱落，在缓冲液中搅拌2小时后，有32%-35%的酶会脱落。

对酶在有序介孔材料上的直接物理吸附法的研究表明，酶的直接物理吸附对尺寸有一定的选择性。

在有序介孔材料SBA-15上固定化粗脂肪酶，粗脂肪酶中含有脂肪酶和蛋白酶，最终发现在SBA-15上有90%的脂肪酶被吸附，但在载体上吸附的蛋白酶量仅为20%。

此外，酶吸附在有序介孔材料孔道内，可以使酶的稳定性提高。

酶只有进入介孔材料的孔道内部，介孔分子筛的大孔容积和大比表面积才能被酶有效地利用。

因为酶的吸附形式和吸附速度对酶的固定化效率有很大的影响，所以应加大对酶的吸附形式和速度的研究。

3.4 酶的其他固定化法
这种方法主要是将其他一些新型的固定化法与以上3种固定化方法结合起来。

例如冷冻真空吸附法及先吸附再交联的方法等。

冷冻真空吸附法与普通的方法相比，使固定化酶在载体上具有较高的吸附量、稳定性及活性。

先吸附再交联的方法能有效地阻止酶从分子筛孔道内流出来，固定化酶不会因为溶液的剧烈搅动，而改变其活性。

4 总结
对有序介孔材料上的固定化酶的研究，大大提高了对石油的开采和利用效率。

在石油、医药等方面具有广阔的发展前景，对我国的经济发展将产生重要影响。

我们应加大对这种技术的研究，使它广泛应用于各种领域。

有序介孔材料上的固定化酶在石油领域具有重要的研究价值。

另一方面，因为载体与酶之间有多种相互作用力，这些作用力的有效利用，能提高载体上生物酶的附着力，从而使固定化酶的稳定性大大提高，在石油的开采和利用方面能起到举足轻重的作用。

参考文献：[1] 许云强， 有序介孔材料对脂肪酶的固定及对药物控释的研[J]山东轻工业学院学报.2009
[2] 田修营，何文，赵洪石等.介孔材料的研究进展及应用前景[J].山东轻工业学院学报.2008.。