具有均相催化和异相分离特性的双嵌段共聚物固定化酶载体材料的设计及其制备

The amphiphilic block copolymer with different structures and stimulus-response function are designed and synthesized for papain immobilization. Study on the binding sites of the carrier and the enzyme molecules; discuss on the influencing law of change of reversible conformation of the amphiphilic block copolymer on the enzyme activity; and study on the dynamics of amphiphilic block copolymer immobilized enzyme; we are to establish a model of immobilized enzyme of homogeneous catalysis and hetero separation characteristics by means of changes in structure of copolymer, the excellent exenzymatic activity are decided by loose structure of the amphiphilic block copolymer and the compact structure of the amphiphilic block copolymer is advantageous to recycling of the immobilized enzyme. we also embed a short hydrophilic chain that amount of the active groups can be regulated into the end of the amphiphilic block copolymer chain, in order to increase spatial distance between enzyme molecules and the carrier, and improve the amount of the binding sites of the carrier and the enzyme molecules, so the influence of the carrier on enzyme activity can be reduced as much as possible.

本项目以木瓜蛋白酶为固定化对象，设计合成具有不同结构且具有刺激响应功能的双亲性嵌段共聚物，以其作为固定化酶载体，实现酶的固定化。研究载体与酶分子的结合位点有效控制方法；探索双亲性嵌段共聚物可逆性构象变化对酶活性的影响规律；阐明双亲性嵌段共聚物固定化酶的动力学问题；旨在建立具有均相催化和异相分离特性的双亲性嵌段共聚物固定化酶模型方法。实现上述目标的基本原理在于通过环境变化使具有构象可逆性变化的嵌段共聚物的松散结构有利于固定化酶活性发挥，压缩结构有利于固定化酶回收利用。通过在双亲性嵌段共聚物链段末端嵌入一小段活性基团多寡可以调控的亲水链段，以增加酶分子与载体之间空间距离和控制载体与酶分子结合位点多寡，旨在最大限度减小载体对酶活性的影响。本项目的开展可望深化对合成高分子与生物大分子之间的作用机制的认识，拓展双亲性嵌段共聚物的应用范围，以期切实推进高分子化学生物学的研究工作。

围绕项目的研究计划要点，在实际研究中设计、合成了一系列双亲嵌段共聚物，探索了双亲性嵌段共聚物可逆性构象变化对固定化酶活性的影响规律；阐释了双亲性嵌段共聚物固定化酶的动力学问题；实现了通过聚合物纳米载体的刺激响应性调控负载酶的活性；拓宽了固定化酶载体的范畴。此外，还验证了可通过分子设计达到有效控制酶与载体的结合位点以及通过双亲性嵌段共聚物自组装行为改变达到酶的均相催化与异相分离的统一。其中选取具有明确结构、适应底物宽、较宽的pH适应范围及耐热性强等特点的α-淀粉酶，果胶酶等为固定化酶，利用静电吸附作用或化学键键合，将酶负载于制备的聚合物基纳米载体上，探究了载体材料的最佳固定化果胶酶条件以及对所固定的果胶酶在该条件下所表现的相对活性。我们致力于建立具有均相催化和异相分离特性的双亲嵌段共聚物用于固定化酶的方法，深化对合成高分子和生物大分子之间的作用机制的认识，拓展双亲性嵌段共聚物的应用范围。发表SCI论文8篇，申请专利项目3项，培养博士研究生1名、硕士研究生17名。