酶功能化介孔硅注流式在线制备及实时性能评价系统研究

针对介孔硅酶功能化研究对高效、可靠、低成本的制备方法和器件化技术的迫切需求，本项目拟利用顺序注射阀上实验室（SI-LOV）的原理和特点，结合化学动力学分子碰撞理论，研究并构建一套集制备、评价、应用为一体的高度智能化、集成化系统。在系统内将酶"注流式嵌入"介孔材料孔道，实现酶功能化介孔硅的高效在线制备。利用系统多功能原位检测能力，在酶功能化材料制备过程中对其进行多元多参数的实时性能评价，快速筛选酶适宜的介孔材料载体。利用所构建系统突出的样品预处理能力，对复杂体系样品进行阀内的分离富集，同步实现所制备材料对真实样品的生物催化、生物传感，提高酶功能化介孔硅对复杂基体中某种化合物的特异性识别能力。本项目的成功实施将为介孔材料的功能化提供全新的思路和自动化质量监控平台，有利于加快介孔材料功能化、商品化进程。

新材料的酶功能化研究是生物识别功能材料的重要方向。本项目利用顺序注射阀上实验室的原理和特点，研究并构建一套高度智能化、集成化系统。该系统能实现酶功能化材料的在线制备、实时性能评价以及对复杂样品体系的原位生物催化和生物传感，在短时间内提供酶功能化材料研究的所有实时信息，从理论、方法、技术上解决新材料功能化研究中制备和器件化问题。.本项目按照预定计划完成，主要研究内容和结果如下： .（1）构建了酶功能化材料在线制备及实时活性评价的顺序注射阀上实验室操作平台，为新型材料的酶功能化研究提供了自动化质量监控平台。.（2）阐明载体种类、表面性质、介孔材料形貌、孔尺寸效应与酶功能化材料性能关系。评价了MCM-41、SBA-15介孔硅，CMK-3介孔碳，XC-72导电炭黑，氧化石墨烯（GO）对辣根过氧化酶（HRP）的负载量和活性稳定性。结果发现：影响载酶量的主要因素是材料表面的官能团、疏水性，其次是尺寸效应；碳材料比硅材料更适宜作蛋白或酶载体；短棒CMK-3负载酶能力优于长棒和盘状。.（3）证实了构建系统能够实现酶功能化介孔材料“注流式”在线制备。氮吸附试验表明流动系统内的压力有助于HRP“注入”CMK-3孔道内，从而增强活性稳定性和操作稳定性。.（4）比较了物理吸附和共价交联法在顺序注射系统中的适应性。以壳聚糖、XC-72为载体，考察并评价了碱性磷酸酶（ALP）在线固定化能力。结果表明：物理吸附法更适用于固定化酶在线制备。.（5）明确了底物选择在酶功能化材料性能评价中的重要地位。详细考察了在线制备的HRP/CMK-3 和HRP/GO对不同生色底物以及化学发光体系的催化性能。结果发现：选择适当的底物是公正评价酶功能化材料性能的前提。.（6）研究了蛋白动态吸附、多元蛋白竞争性吸附和双酶共固定化。以XC-72、CMK-3为载体，血红蛋白、血清白蛋白、球蛋白、HRP、葡萄糖氧化酶、尿酸氧化酶为对象，采用不同吸附方式，考察负载量和酶活性稳定性。结果表明：蛋白在碳材料上的动态吸附符合Langmuir吸附等温线；多元蛋白动态竞争性吸附时，分子量小的蛋白占主导地位，血红蛋白与碳材料亲和力最强；共固定化GOD/HRP能够近距离发挥两种酶的协同作用，表现出高效稳定的催化性能。.（7）复杂样品体系的生物催化和生物传感。在线制备酶功能化材料的同时原位进行复杂体系样品分析，结果令人满意。