微流控双水相技术在蛋白质分离和酶促反应中的应用基础

微流控双水相技术集成微流控技术与双水相萃取技术的特点，利用流动界面进行连续萃取分离，在蛋白质分离和酶促反应方面具有潜在优越性。本项目设计多界面平行层流和环隙层流的微流控双水相流型方式，进行萃取分离过程强化的基础研究，揭示微尺度上流动界面强化蛋白质传质、分离的规律；首次提出微流控双水相酶促反应新工艺，采用单界面、多界面平行层流和环隙层流的微流控双水相流型方式，进行酶促反应过程强化的基础研究，揭示微尺度上流动界面强化酶催化过程传质、反应和分离的规律；为微流控双水相技术在生物反应领域的应用奠定基础，为微量生物活性物质的快速分离纯化和分析检测提供新的思路和理论指导。

在生物、化学、材料学等多学科交叉领域诞生的微流控技术，极大地推动了蛋白质、细胞、生物反应、功能材料制备等领域的研究。微流控双水相环隙流由于其具有比表面积大以及界面可控的优势，在生物活性物质分离，酶促反应方面颇具应用前景。本项目构建了基于环隙流的微流控双水相萃取蛋白质和酶促反应方法。参照项目计划书，完成了预定内容，达到了预期目标。完成研究任务要点如下：（1）设计并制备了结构稳定、流程简单、用料便宜、能产生稳定双水相层流流动的微流控装置，并拥有通过流体流量对两相流体接触时间、接触面积等属性进行精确调控的能力。（2）探明了双水相流动界面传质对蛋白质分离过程的强化机制。微流控双水相环隙流萃取装置实现了在数秒时间内对目标蛋白质较高的萃取回收率，优于单界面/多界面平行层流和烧杯萃取，且不需要长达数分钟的静置分相，具有极高的操作效率。微流控环隙流流动界面的存在，缩短了目标蛋白质的传质距离，提高了相间接触比表面积，保证两相间目标蛋白质时刻存在最大浓度梯度。（3）探明了双水相流动界面对酶促反应的强化机制。基于微流控环隙流的双水相酶促反应体系成功实现了反应分离连续进行，酶促反应速率明显优于单界面/多界面平行层流和烧杯萃取，微流控环隙流流动界面为酶促反应提供了更快的底物扩散速率，更大的反应比表面积，同时避免了产物的积累，防止了产物抑制作用。综上，本课题研究了微流控环隙流双水相体系下的蛋白质分离和酶促反应特性，为微流控双水相技术的发展，为微流控环隙流新应用领域的开发提供了新的思路。在本基金项目的资助下，项目负责人作为第一作者或通讯作者发表SCI论文4篇（Nanotechnology 2014, Appl. Surf. Sci. 2013, J. Membr. Sci. 2013., Microfluid. Nanofluid., 2014），发表EI论文2篇，申请国家发明专利6项，获得授权3项，后续工作整理2篇SCI论文将陆续发表。在项目执行期间，负责人参加国际学术会议3次，国内学术会议4次、并作邀请报告；培养硕士研究生3名。