基于竞争配位策略的微孔-介孔沸石咪唑骨架-酶复合物的构建及作用机制研究

During the construction of immobilized-enzymes, researchers are faced with the dilemma of apparent activity versus stability of enzymes after immolibization over a long period of time. This proposal aims to utilize zeolite imidazolate frameworks with balanced rigidity and flexibility as enzyme carriers, in which competitive coordiantion strategy was adopted to generate the micro/mesoporous structure. This proposal also intends to investigate the interaction mechanism bewteen the constructed micro/mesoporous structure and the mass transfer and reaction process of enzymatic catalysis, and expoud how the micro/mesoporous complex structure affect the balance of apparent activity and stability of encapsulated enzymes. Furthermore, this strategy would be expanded to the construction of multi-enzyme system. The proposal aims to explore how the effect of compartmentation and proximity function in the micro/mesoporous structured multi-enzyme composite. Altogether, this proposal would provide a new methodology and theoretical basis for construction of immobilized enzymes and cell-free multi-enzyme system in vitro.

在高效固定化酶的构建中，如何解决固定化酶的表观活性与稳定性之间矛盾是长期以来的一个挑战性问题。本项目拟采用兼具结构刚性与柔性特征的沸石咪唑骨架材料作为固定化酶载体，利用竞争配位策略来构建骨架材料载体中的微孔-介孔结构，研究微孔-介孔复合结构对酶催化微环境传质和反应过程的影响机制，阐述微孔-介孔复合结构对固定化酶表观活性和稳定性之间平衡的影响作用，并拓展至多酶体系，探索微孔-介孔复合结构中多酶区域化效应和邻近效应的作用规律，为构建高效固定化酶和体外无细胞多酶催化体系提供新方法和理论基础。

本项目研究工作面向生物催化及应用需求。将材料工程与生物技术结合，提出了水相温和条件下基于竞争配位策略构建微孔-介孔沸石咪唑骨架-酶复合物的合成新方法。以核苷单磷酸和多糖分子为竞争配体，构建了多种不同多孔结构固定化酶体系.通过改变竞争配体或调整反应时间，可实现对复合物微孔-介孔结构的调控,阐述了微孔-介孔复合结构对酶催化过程传质及反应的影响作用机制.该方法可拓展到多酶体系的构建中，载体限域效应及多酶共固定化的区域化效应和邻近效应提高了中间产物利用效率进而提高多酶催化性能。研究工作所构建的微孔-介孔沸石咪唑骨架-酶复合体系表现出良好的热稳定性、有机溶剂耐受性和重复使用性能。制备了可用于酚类检测和葡萄糖检测的微孔-介孔沸石咪唑骨架-酶生物传感器。项目执行期内发表SCI论文8篇，其中以第一和通讯作者在Small和Journal of Hazardous Materials等杂志上发表SCI论文7篇；申请中国发明专利3项，其中获授权1项。项目执行期内，项目负责人获得广东省自然科学基金杰出青年项目资助。