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  酶作为绿色催化剂可以促进一系列具有高化学、区域和立体选择性的重要反应。然而,生物催化反应受两相反应环境的限制:在大多数情况下,脂肪酶在水中分散性好,反应底物则在有机溶剂中溶解性好。为了提高两相酶促反应的效率,通常需要稳定酶在水油界面处,同时增加有机相和水相之间的接触面,例如,通过形成乳液。然而,乳状液最终需要在相对温和条件下破乳,以分离含有产品的有机相,并允许在水相中回收酶。为解决这一双相问题,科研工作者已经做了许多努力,在这些工作中,通常使用两亲性分子,如表面活性剂和嵌段聚合物来稳定乳液。两亲性分子的存在会严重影响酶的活性,并且在制备和纯化方面也提出了挑战。近年来,Pickering乳液(即粒子稳定的乳液)被认为是双相酶催化生物反应器重要发展方向。粒子吸附在油水相界面上,防止液滴聚并,在不降低脂肪酶生物催化活性的情况下提高乳液稳定性。尽管Pickering乳状液具有许多优点,但由于其有机/水体积比小(一般小于1)和不稳定性(在反应中通常需要搅拌或摇动)限制了Pickering乳状液在两相催化中的工业应用。故具有高油水比、超稳定性和可循环再生的Pickering界面生物催化剂体系仍然是生物制造领域需要攻克的难题。

  针对上述关键问题,章圣苗课题组研制了一种酶修饰共聚纳米粒子稳定的Pickering凝胶乳液(亦称高内相乳液),用于两相酶催化。成功地将Pickering高内相乳液(HIPEs)应用于两相酶催化体系,解决了两相酶催化反应的高通量、稳定性和可回收循环利用之间的平衡问题。作者通过苯乙烯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的无皂乳液聚合制备了一种脂肪酶假丝酵母南极脂肪酶(CALB)修饰的聚合物纳米粒子;将反应底物的有机溶液分散于该纳米粒子水分散液中,形成水包油型Pickering 高内相乳液,再将Pickering凝胶体系静置于室温下,即可完成反应。对己酸与正己醇在油相中的酶酯化反应催化效率分析表明,在Pickering凝胶乳液中,纳米颗粒上的固定化CALB比游离CALB具有更高的酶活性。酶促反应后,仅通过低速离心,即可破乳,进而实现反应产物油溶液和固定化酶的水分散液的分离,将新的反应底物油溶液再次和固定化酶的水分散液简单混合,又可形成新的Pickering 高内相乳液两相酶催化反应体系。这一过程可多次重复,10个反应循环后的酶活性仍然保持92.5%以上。该成果发表于英国皇家化学会(RSC)旗下的Reaction Chemistry & Engineering, 2019, 4(8), 1459-1465.

  AIE成立于2005年,其主要目的是及时快速地报道工程领域重要的科学研究成果和创新技术。AIE所报道的论文是由国际专家顾问组选出,每周特别报道的优秀论文数量仅20篇,方向包括材料、化学、电子、机械、土木、生物医学工程以及通用工程(航空航天、通讯、计算机、农业、工业),入选率为以上领域发表论文总数的1‰。被AIE报道的论文需要具有特殊的科学重要性并能够被广大的科学读者所理解。AIE拥有广泛的读者群,每月的阅读量高达80万次,并被世界排名前40位的工程公司和全球主要研究机构所链接,用于跟踪全球最新突破性科技进展。

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