固定化酶领域不同纳米复合材料的应用性能综述

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固定化酶领域不同纳米复合材料的应用性能综

述

摘要：载体材料的选择对固定化酶的性能有着至关重要的影响。纳米复合材料不仅具有纳米

尺寸的特性，而且可以克服单一材料的不足，在固定化酶领域引起了广泛关注。本文就目前在

固定化酶领域使用的纳米复合载体分类进行了系统的阐述，重点介绍了目前在固定化酶研究领

域运用较为广泛的硅基纳米复合材料、碳基纳米复合材料和纳米纤维复合材料等材料的制备方

法及不同材料对酶学性能的影响，并对这些纳米复合材料固定化酶发展前景进行了展望。

Abstract: The choice of carrier material has a crucial influence on the performance of the immobilized

enzyme.

Nanocomposites, which not only have the properties of nanoscale, but also overcome the shortcoming

of a singlematerial, have attracted tremendous attention in the field of immobilized enzyme. In this

paper, classifications ofnanocomposite carriers which are currently used in the field of immobilized

enzyme are systematically elaborated;the preparation and the significantly enhanced enzymology

properties of enzymes immobilized on Si-basednanocomposites, C-based nanocomposites and

nanofibers composites are introduced. The outlook of enzymesimmobilized on these nanocomposites

is also prospected.

Keywords: nanocomposites; immobilized enzyme; Si-based nanomaterials; C-based nanomaterials.

0 引言。

酶是一种可以高效控制特定化学反应的一种通用的生物催化剂，在实际应用中通常将酶作固定

化处理。固定化酶由于其高稳定性、可重用性、易分离等性质被广泛地应用于化学、生物、农

业和医药等领域[1-3]. 酶固定化方法主要包括物理吸附法、共价结合法、包埋法和交联法。制

备固定化酶过程中所采用的固定化技术、载体、介质条件和所催化反应类别会在一定程度上导

致酶失活、变性，从而使酶的催化性能或保留活性降低，其中载体所带来的分配效应、空间障

碍效应和扩散限制效应是影响固定化酶催化效率的主要因素，因此探寻可行、有效的固定化载

体来增强固定化酶的催化性能一直是固定化酶研究的热点[4-6].

纳米尺度的材料由于具有特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，

在声、光、电、磁、热性能方面呈现出了新的特性，在全球范围内引起了科学和产业界的极大

关注[7]. 与传统大尺寸材料相比，纳米材料还具有大比表面积、表面易于修饰、与酶分子尺寸

相近等优点，作为一种新型的酶固定化载体在生物技术领域得到了广泛关注[8]. 纳米复合材料

是由不同性能的纳米材料复合而成，可以有效解决单一纳米材料固定化酶所面临的问题，在保

持酶活和增强酶的稳定性等方面有较为突出的表现[9]. 本文对近几年在固定化酶领域所采用的

纳米复合材料进行了一个系统的分类，并阐述了纳米复合材料的结构和制备过程及其各组分对

固定化酶性能产生的影响。

1硅基纳米复合材料固定化酶研究。

由于高比表面积、高化学纯度、高稳定性、化学惰性、无毒和易于修饰等优良特性，以二氧

化硅（SiO2 ）为代表的纳米硅基材料已经成为广泛使用的酶固定化材料[10].

1.1 磁性硅基纳米复合材料固定化酶。

在空气或酸性环境下，磁性纳米粒子（MNPs ）的氧化或溶解会大大限制其使用性能，且由于

MNP 之间存在的磁引力易于聚集而影响分散性能，将 MNPs 导入硅基纳米材料和将硅基纳米

材料覆盖在MNPs 表面形成核壳结构是当前广泛使用的保护方法。其中核壳结构纳米复合材料

具有核壳结构的结合功能和独特的磁性响应率、低毒性和可化学修饰的表面，在固定化酶领域

具有极大的应用潜力，引起了广泛关注[11].

介孔二氧化硅（mSiO2）作为已知发展最为成熟、研究最为透彻的介孔材料具有独特的孔道结

构（2~50 nm），不仅有利于大尺寸分子和基团的进入，还因其具有大量纳米级孔道而具有纳

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摘要：

固定化酶领域不同纳米复合材料的应用性能综述摘要：载体材料的选择对固定化酶的性能有着至关重要的影响。纳米复合材料不仅具有纳米尺寸的特性，而且可以克服单一材料的不足，在固定化酶领域引起了广泛关注。本文就目前在固定化酶领域使用的纳米复合载体分类进行了系统的阐述，重点介绍了目前在固定化酶研究领域运用较为广泛的硅基纳米复合材料、碳基纳米复合材料和纳米纤维复合材料等材料的制备方法及不同材料对酶学性能的影响，并对这些纳米复合材料固定化酶发展前景进行了展望。Abstract:Thechoiceofcarriermaterialhasacrucialinfluenceontheperformanceofthei...

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