温敏性功能高分子反相乳胶束在酶固定化技术中的应用

Reversed micelles are well known immobilized carriers to improve the performance of enzyme catalytic ability in both activity and enentioselectivity by protection the protein from contacting organic solvents. Our results showed that thermosensitive reversed micelles can be prepared by dissolving Poly(N-isopropylacrylamide)copolymer in organic phase and enzymes immobilized in these reversed micelles exhibit higher catalytic activity and stability.In these project, Poly(acrylic acid-b-N-isopropylacrylamide-b-methylmethacrylate) (PAA-PNIPAAm-PMMA) block polymer will be designed and synthesized. Thermosensitive reversed micelles will be prepared by dissolving the block polymer into orgainc phases. The properties of synthesized block polymer will be investigated by changing the ratio of hydrophilic groups and hydrophobic groups; Catalytic activity and enantioselectivity of immobilized protein will be optimized and tested by models of esterification reaction of lautic acid and ibuprofen respectively. The aim of this study is to design, preparation and application of novel thermo-sensitive polymeric reversed micelles which combined the advantages of reversed micelles with the surfactant functionality, these thermo-sensitive reversed micelles may provide a good carrier for enzyme immobilization to catalyze the chiral esterification of pro-drugs.

温敏性由于酶固定化技术可以提高酶催化活性的稳定性和可重复使用性，该技术已成为酶工程研究的热点之一。在前期工作中，我们观察到温敏性聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）共聚物形成的反相乳胶束可以应用到酶固定化技术中，并能有效提高脂肪酶的催化活性和稳定性。本项目在此基础上，拟采用设计并合成聚丙烯酸-N-异丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸甲酯(PAA-PNIPAAm-PMMA)三嵌段共聚物,研究共聚物在有机相中形成的反相乳胶束温度敏感性能的影响；通过建立月桂酸和布洛芬的酯化反应模型，考察三嵌段共聚物形成的温敏性乳胶束对脂肪酶催化活性、手性选择性和再回收性能的影响；本课题目的是结合反相乳胶束的优点和表面活性剂的温度敏感性来制备出热敏性反相乳胶束并应用在酶固定化技术中，通过改变反应体系的温度即可回收体系中的酶，以此开发出新型酶回收途径,这些新型热敏性表面活性剂可以在酶手性催化药物前驱体合成中提供很好的固定化

生物-聚合物共轭材料由于能够结合生物的催化活性以及聚合物的功能性，目前在国际上引起了广泛的研究兴趣。本研究初步探讨了利用物理方法将脂肪酶固定在聚N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸-b-甲基丙烯酸甲酯所形成的反相乳胶束以及用化学方法在生物酶表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯两种酶固定方法，对利用物理和化学的方法将功能聚合物在生物酶催化技术方面的应用前景进行了初步研究。.首先利用功能性聚合物的自组装形成反相乳胶束来进行酶固定化研究。RAFT试剂4一氰基戊酸二硫代苯甲酸被合成并表征，通过RAFT聚合方法采用两种路线合成了不同比例聚N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸-b-甲基丙烯酸甲酯和聚N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸-b-甲基丙烯酸丁酯并进行了聚合物材料的结构表征和自组装行为表征；将聚合物溶解在正己烷-丙醇混合溶液中振荡形成反相乳胶束，分别通过PNP法和铜皂法测试脂肪酶对2种底物月桂酸和对硝基苯酚的酯化反应和水解反应的催化活性。 结果表明9/1（v/v）的正己烷-丙醇溶液中，聚N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸-b-聚甲基丙烯酸甲酯所形成的反相乳胶束具有更高的酶催化活性，在所合成的9种比例的嵌段聚合物中，聚（N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸）68-b-甲基丙烯酸甲酯17显示出 最大的脂肪酶催化活性，并且酶催化活性随着疏水端分子量的增大而显著降低，随着亲水端分子量的减少而降低。结果还表明聚（N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸）68-b-甲基丙烯酸甲酯17的催化活性与AOT体系相当。由于采用RAFT聚合，RAFT试剂制备复杂，价格昂贵，聚合物制备产率比较低，即使在酶催化过程中使用的聚合物相比与AOT来说少很多，但是仍然导致最终固定化体系价格昂贵，该实验方法在实际应用中很难取得突破。.本研究还讨论了利用RAFT聚合方法制备聚甲基丙烯酸甲酯接枝-铁蛋白生物共轭材料并进行二价铁离子的固定化研究。RAFT试剂N-羟基丁二酰亚胺修饰的4一氰基戊酸二硫代苯甲酸被合成并表征, 通过RAFT聚合方法合成具有特殊端基的聚甲基丙烯酸甲酯聚合物，利用点击化学制备聚甲基丙烯酸甲酯接枝-铁蛋白共轭材料并进行材料的结构和在水中的自组装行为研究。结果表明聚甲基丙烯酸甲酯接枝-铁蛋白生物共轭材料可以在水中自组装形成较为规整的纳米颗粒。该方法可能对于探讨功能生物材料在催化固定化应用领域有重要参考意义。