纳米结构新型界面载体强化油水两相酶催化反应的研究

对于油水两相体系中的酶催化，水相中酶分子对疏水底物可及性差，以及界面处酶分子易失活是导致催化效率较低的根本原因，因此提高酶对疏水底物的可及性和酶活力稳定性是解决上述问题的关键。本项目拟通过新型的双层两亲性纳米纤维-纳米颗粒复合载体固定化酶并进行两相界面催化来解决上述关键问题，其中静电纺丝法制备的双层聚丙烯腈/壳聚糖两亲性纳米纤维载体具有自发分布至界面的特性，保证固定化酶对两相中底物的可及性；利用仿生矿化法在壳聚糖纳米纤维表面原位生成的氧化硅纳米颗粒对酶进行包埋可有效提高其内部酶分子的界面稳定性。利用复合载体固定锰过氧化物酶，通过催化两相体系中蒽、菲等多环芳烃污染物氧化降解的具体反应来验证固定化酶界面催化的高效性。本项目中纳米纤维-纳米颗粒新型复合载体的开发有望为两相体系中酶固定化载体的设计提供新的思路。

油水两相体系中的酶催化存在酶对疏水底物可及性和酶活力稳定性难以兼顾的问题，本项目独创出双层两亲性纳米纤维-纳米颗粒复合载体，突破性解决了上述问题。利用静电纺丝法分别制备聚偏氟乙烯（PVDF）、聚丙烯腈（PAN）和聚氨酯（PU）三种疏水层纳米纤维膜，又制得壳聚糖（CS）和聚酰胺66（PA66）两种亲水层纳米纤维膜，在任意一种疏水膜上通过二次电纺过程制备亲水层，所得双层纳米纤维均表现出特定的两亲性，相变凝胶技术表征可知双层膜能自发分布于油水两相界面，从而保证后续固定化酶对两相中底物的可及性。研究中还意外发现，经CS改性的单层PU纳米纤维膜也具有界面自发分布特性，并明确了纤维膜含水率和两相界面张力对膜界面分布行为的影响规律。在界面膜上以CS调控仿生硅化作用，明确了CS加速硅化反应速率和促进生成silica纳米颗粒的双重功能。所得改性PU纳米纤维膜-silica纳米颗粒新型界面载体包埋漆酶，催化多环芳烃污染物蒽的降解，降解率可达到100%，并且界面酶膜催化反应速率是游离酶的12倍。在单层界面酶膜的研究基础上，利用PVDF-PA66双层两亲性纳米纤维膜固定化漆酶，其催化蒽降解的速率进一步提高至游离酶的20倍，此外在纳米颗粒和纳米纤维的双重保护作用下，酶膜的界面稳定性、热稳定性、储存稳定性和重复使用稳定性也较游离酶有极大提高，可见界面复合酶膜真正突破了两相体系中酶催化效率和酶稳定性难以双赢的研究壁垒。. 项目基本完成了计划书中的研究内容，培养的两名联合培养硕士生均已顺利毕业，发表论文13篇，其中SCI论文8篇，申请2项发明专利，其中1项中国专利已获得授权。