氨基酸柔韧骨架的介孔新材料研制及其生物催化识别性能研究

本项目是基于氨基酸柔韧骨架的有序介孔新材料的组成、组装模板、生物分子过氧化物酶HRP的空腔囊入方式，用于以酶催化过程的生物识别的创新性研究。首次选择生物活性分子最小构成单元20种基本氨基酸制备新型的有机双硅烷化试剂，模板剂分子作用下，构建氨基酸骨架的有序介孔新材料，将传统的刚硬骨架趋变为柔韧骨架，从而获得环境友好且生物相容性好的生物型多孔材料；依据不同结构的氨基酸所形成的介孔新材料的骨架组成和微孔环境的差异，合理选取物理吸附或共价绑定两种不同的囊入方式固定HRP酶分子，研究载体孔道结构以及孔径尺寸的差异对于酶固定的影响，考察酶固载量及酶固定后的活性、稳定性和抗流失率；以过氧化氢为被识别物质，利用酶生物催化过程建立识别体系，以酶作为识别中心，采用荧光光谱信号开展识别研究，建立传感机制，考察材料使用的稳定性和可再生性，为构建具有"开口生物结构"的生物催化识别功能器件材料提供研究思路以及方法。

本项目是基于氨基酸柔韧骨架的有序介孔硅材料及其固定过氧化物酶（HRP）开展生物催化荧光识别的创新性研究，因其在国际上未见公开报道，具有一定的创新和学术研究价值。依据项目研究计划取得了重要进展获得以下结果：（1）将生物活性分子最小构成单元20种基本氨基酸作为硅烷化试剂改造的母体，以脂肪族氨基酸（天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸）、芳香族氨基酸（苯丙氨酸和酪氨酸）和杂环族氨基酸（色氨酸）根据其结构特征采用合理的合成路线制备了它们的双硅烷化试剂并确证结构，在氨基酸结构与硅烷化制剂合理方法选取之间搭建了基本关联，对于其它氨基酸硅烷化试剂的构建提供了理论基础。（2）在模板剂作用下，通过改变氨基酸硅烷化试剂与无机硅源的比例构筑了骨架不同含量氨基酸的有序介孔硅材料，成功搭建了天冬氨酸、酪氨酸、赖氨酸和色氨酸柔韧骨架的有序介孔硅材料。这些新型的氨基酸有序多孔材料具有不同化学环境的均一孔道，且确证氨基酸分子在其骨架上，并且改变合成条件参数优化了这类特殊材料的制备方法。（3）以氨基酸有序介孔材料为载体固定酶开展生物荧光催化识别性能研究。通过天冬氨酸和色氨酸柔韧骨架有序介孔硅材料固定HRP，以酪氨酸双氧水氧化为催化探针反应开展荧光性能研究。结果表明固定酶测定与荧光之间能够建立线性关系，通过标准曲线拟合实现以生物催化荧光的分析结果反推酶固定量并且优化酶的固定过程，实现了以生物催化机制的荧光识别性能。而且不同结构氨基酸构建的材料其对于酶的亲和性不同以及生物催化荧光识别性能也有较大的差异。总之，依据研究计划实现了项目的研究目的，突破了原有有机硅烷化试剂的构成获得了新型的氨基酸系列有机前驱体，构筑了新型特定的氨基酸骨架有序介孔硅材料并以固定酶的方式实现了以生物催化为机制的荧光识别性能，为构建具有“开口生物结构”的生物/无机识别功能器件材料提供研究思路，为构建生物荧光传感器提供理论基础和实验方法。