Mikrosfer biopolimer magnetik adalah bahan komposit baru yang menggabungkan bahan biologis dan bahan magnetik anorganik untuk membentuk mikrosfer yang responsif secara magnetis dan aktif secara biologis. Sifat-sifatnya bergantung pada bahan magnetik anorganik, bahan biologis, dan metode interaksinya. Saat ini, bahan magnetik yang paling banyak digunakan dan dipelajari adalah Fe₃O₄ nanopartikel magnetik. Karena luas permukaan spesifiknya yang besar, biokompatibilitas yang baik, dan respons magnetik yang tinggi, ia dapat mencapai pemisahan yang cepat dan gerakan yang ditargetkan, sehingga dapat digunakan secara luas dalam makanan dan perawatan medis, perlindungan lingkungan, dan bidang lainnya. Bahan biopolimer terutama meliputi kitosan, natrium alginat, gelatin, dll. Di antara mereka, kitosan adalah bahan biologis yang paling banyak dipelajari karena karakteristik biokompatibilitas yang baik, sumber daya terbarukan, dan biodegradabilitas. Jenis material komposit baru yang terdiri dari kitosan dan material magnetik memiliki sifat yang sangat baik, sehingga memiliki prospek aplikasi yang luas di berbagai bidang.

1. Struktur dan sifat mikrosfer biopolimer magnetik

Struktur mikrosfer biopolimer magnetik meliputi tiga jenis: (1) struktur inti-cangkang; (2) struktur hibrida; (3) struktur sandwich multilayer, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 Struktur mikrosfer biopolimer magnetik

Mikrosfer biopolimer magnetik memiliki banyak sifat yang luar biasa, membuatnya lebih cocok untuk imobilisasi enzim. Seperti (1) efek luas permukaan. Umumnya, ketika ukuran partikel mikrosfer biopolimer magnetik mencapai tingkat mikron atau bahkan nanometer, dengan luas permukaan spesifik meningkat, kerapatan kelompok dan kinerja adsorpsi selektif mikrosfer juga meningkat, dan stabilitas mikrosfer meningkat secara signifikan. (2) Efek magnetik. Ketika diameter Fe₃O₄ kristal kurang dari 30 nm, ia memiliki super para-magnetisme, yaitu magnet sangat besar di bawah kondisi medan magnet eksternal. Ketika medan magnet eksternal dihilangkan, kemagnetannya menghilang dengan cepat, sehingga mikrosfer memiliki orientasi magnet di bawah kondisi medan magnet eksternal dan dapat dengan cepat dipisahkan dari bahan non-magnetik, dan tidak termagnetisasi secara permanen dalam medan magnet, sehingga tidak mempengaruhi penggunaan selanjutnya. (3) Biokompatibilitas. Di alam, bahan biologis seperti protein dan polisakarida memiliki biokompatibilitas, yang membuatnya memiliki aplikasi penting dalam teknik biomedis. (4) Karakteristik dasar fungsional. Bahan biologis seperti kitosan dan natrium alginat memiliki gugus aktif yang melimpah (-OH, -COOH, -NH2), yang dapat digabungkan secara kovalen dengan zat aktif biologis atau dimodifikasi dengan gugus kimia tertentu.

2. Persiapan mikrosfer biopolimer magnetik

Persiapan mikrosfer biopolimer magnetik dibagi menjadi dua langkah. Langkah pertama adalah persiapan nanopartikel magnetik. Metode yang saat ini digunakan untuk menyiapkan Fe₃O₄ nanopartikel magnetik terutama mencakup pengendapan bersama kimiawi, dekomposisi termal garam besi, mikroemulsi, dan metode hidrotermal. Di antara mereka, metode ko-presipitasi kimiawi sederhana dan nyaman untuk dioperasikan, dan merupakan metode persiapan yang paling umum digunakan. Prinsip metode ko-presipitasi kimiawi untuk mensintesis Fe₃O₄ adalah mensintesis oksida besi dengan memanaskan dan mengaduk larutan garam campuran dengan proporsi tertentu dari Fe²⁺ dan Fe³⁺ (1:2) dalam kondisi anaerobik dan dengan cepat menambahkan alkali (amonia atau NaOH). Xu dkk. menggunakan metode ko-presipitasi kimiawi untuk menambahkan 4,34 mmol FeCl_2鑘4H2O dan 8,67 mmol FeCl₃-6H₂O, masing-masing, dan panaskan sistem hingga 85 ℃ di bawah nitrogen. Setelah benar-benar larut, segera tambahkan 25 mL amonia pekat dan tambahkan sejumlah natrium sitrat, kemudian larutan Fe₃O₄ nanopartikel magnetik disintesis dengan dispersitas mono yang baik dan responsif magnetik.

Setelah persiapan nanopartikel magnetik, perlu dihubungkan silang dengan kitosan untuk menyiapkan mikrosfer kitosan magnetik. Saat ini, metode sintesis mikrosfer kitosan magnetik terutama mencakup metode ikatan silang emulsi, metode pengeringan semprot, metode fotokimia, dan metode in-situ. Di antara mereka, metode ikatan silang emulsi lebih sederhana dan paling banyak digunakan. Metode ikatan silang emulsi adalah untuk mendispersikan Fe₃O₄ atau cairan magnetik dalam cairan campuran yang mengandung kitosan, surfaktan dan fase minyak untuk membentuk sistem mikroemulsi air dalam minyak, dan kemudian menambahkan glutaraldehida, dalam sistem tersebut glutaraldehida dan kitosan akan mengalami reaksi ikatan silang yang terjadi untuk menghasilkan basa Schiff, dan kitosan akan terikat silang ke dalam suatu jaringan dan kemudian melapisi Fe₃O₄ di dalamnya (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2). Jiang dkk. menggunakan metode ikatan silang emulsi, menggunakan Span 80, parafin cair dan glutaraldehida sebagai surfaktan, dispersan dan agen pengikat silang, masing-masing, untuk mensintesis mikrosfer kitosan magnetik dengan bentuk bola biasa dan permukaan yang halus.

Gambar 2 Diagram skematik sintesis mikrosfer kitosan magnetik dengan metode ikatan silang emulsi

3. Enzim yang diimobilisasi pada mikrosfer komposit magnetik

Setelah mikrosfer kitosan magnetik berhasil dibuat, enzim dapat diimobilisasi pada mikrosfer untuk digunakan. Karena kitosan kaya akan gugus amino aktif dan gugus hidroksil, kitosan dapat bereaksi dengan gugus karboksil, gugus amino, gugus epoksi, gugus bifungsional, dll. Mikrosfer kitosan magnetik dimodifikasi secara kelompok untuk memenuhi kebutuhan imobilisasi yang berbeda. Metode persiapan enzim amobil spesifik diperkenalkan di bawah ini oleh gugus fungsi.

1) Enzim yang diimobilisasi pada mikrosfer komposit magnetik yang dimodifikasi karboksil

Mikrosfer komposit magnetik yang dimodifikasi karboksil dapat terikat secara kovalen ke gugus amino enzim setelah diaktifkan dengan kopling karbodiimida dalam larutan air, sehingga mengimobilisasi molekul enzim pada mikrosfer komposit magnetik (Gambar 3). Zhu Yihua dan yang lainnya menggunakan metode polimerisasi suspensi yang ditingkatkan untuk mengkopolimerisasi cairan magnetik yang diberi perlakuan stirena dan monomer metil akrilat melalui ikatan silang monomer divinilbenzena, dan kemudian menggunakan hidrolisis alkali untuk mendapatkan komposit magnetik dengan dispersi tunggal yang baik dan gugus karboksil yang kaya. Mikrosfer digunakan untuk melumpuhkan laktase setelah diaktifkan dengan kopling karbodiimida. Aktivitas tertinggi adalah sekitar 360 U-g^-1dan efisiensi ikatan silang enzim sekitar 20%.

Gambar 3 Diagram skematik persiapan enzim terimobilisasi pada mikrosfer komposit magnetik termodifikasi karboksil

2) Amino dimodifikasi mikrosfer komposit magnetik yang diimobilisasi enzim

Setelah mikrosfer komposit magnetik yang dimodifikasi amino digabungkan dengan glutaraldehida dalam jumlah yang sesuai dan diaktifkan, mikrosfer tersebut dapat secara kovalen berikatan dengan gugus amino pada enzim, sehingga melumpuhkan molekul enzim pada mikrosfer magnetik (Gambar 4). Liu Yu dkk. secara berturut-turut menyiapkan magnet monodisperse SiO₂ partikel dengan metode ko-presipitasi kimiawi dan metode sol-gel, memodifikasinya dengan gugus amino dengan zat penghubung silan, dan lakase terimobilisasi dengan glutaraldehida sebagai zat penghubung silang. Hasil penelitian menunjukkan bahwa lakase amobil disimpan pada suhu konstan 60 ℃ selama 4 jam, dan masih memiliki aktivitas enzim 60.9%, dan setelah 10 siklus penggunaan, masih memiliki aktivitas enzim lebih dari 55%, dan stabilitas termal serta stabilitas operasionalnya meningkat secara nyata.

Gambar 4 Diagram skematik persiapan enzim terimobilisasi pada mikrosfer komposit magnetik termodifikasi amino

3) Mikrosfer komposit magnetik yang dimodifikasi epoksi yang diimobilisasi enzim

Gugus epoksi adalah gugus yang sangat aktif. Ini dapat secara langsung terikat secara kovalen ke kelompok biologis tanpa modifikasi. Oleh karena itu, setelah mikrosfer komposit magnetik yang dimodifikasi epoksi secara kovalen mengikat gugus amino pada enzim untuk mengikat enzim, molekul-molekul tersebut diimobilisasi pada mikrosfer magnetik (Gambar 5). Yong dkk. menyiapkan mikrosfer magnetik berlapis asam oleat dengan polimerisasi suspensi. Mikrosfer magnetik berbasis epoksi hidrofilik yang diperoleh setelah aktivasi dengan metanol digunakan untuk imobilisasi lipase. Tingkat retensi aktivitas enzim yang diimobilisasi adalah 64,2%, dan stabilitasnya meningkat secara signifikan.

Gambar 5 Diagram skematik persiapan enzim terimobilisasi pada mikrosfer komposit magnetik berbasis epoksi

4) Enzim yang diimobilisasi pada mikrosfer komposit magnetik yang dimodifikasi oleh gugus bifungsional

Pada mikrosfer magnetik bifungsional, pertama, gugus karboksil dari molekul enzim dan gugus amino pada mikrosfer dengan cepat diimobilisasi pada pembawa melalui interaksi ion, dan enzim yang diimobilisasi oleh interaksi ion secara kovalen berinteraksi dengan gugus epoksi pada pembawa melalui gugus sulfhidril dan aminonya. Membuatnya lebih lanjut diperbaiki (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6), yang memiliki karakteristik ganda yaitu fiksasi cepat dengan aksi ionik dan fiksasi kuat dengan ikatan kovalen. Li Xiutao dkk. memperkenalkan tiga sikat kopolimer acak pada permukaan mikrosfer asam poliakrilat ikatan silang divinilbenzena dengan Fe₃O₄ nanopartikel yang terdispersi di dalamnya, dan kemudian digunakan untuk melumpuhkan penisilin G asilase. Hasil penelitian menunjukkan bahwa aktivitas dan laju pemulihan aktivitas enzim dari enzim yang diimobilisasi dengan gugus epoksi dan gugus amino yang dimasukkan pada saat yang sama adalah yang tertinggi, kinetika imobilisasinya lebih baik daripada hanya mikrosfer magnetik yang mengandung epoksi, dan nilai pH optimal serta stabilitas suhunya. lebih tinggi dari enzim bebas, dan aktivitas enzimnya mempertahankan 70% setelah penggunaan berulang sebanyak 10 kali.

Gambar 6 Diagram skematik persiapan enzim terimobilisasi pada mikrosfer komposit magnetik yang dimodifikasi oleh gugus bifungsional

Dalam beberapa tahun terakhir, meskipun para sarjana telah menggunakan bahan yang berbeda untuk melumpuhkan naringinase, seperti bahan biopolimer alami seperti kitosan, natrium alginat dan protein sutra, senyawa organik seperti resin epoksi dan polivinil alkohol, karbon aktif dan bahan karbon grafit oksida seperti ene, dan hasil penelitian tertentu telah diperoleh, tetapi dalam aplikasi debittering yang sebenarnya, ada masalah seperti resistensi asam yang buruk terhadap enzim yang tidak dapat bergerak, pemisahan yang lambat dari jus atau pemisahan yang tidak lengkap, dll.. Mengenai masalah di atas, artikel selanjutnya akan memperkenalkan sebuah karya penelitian secara rinci. Dalam wajan ini, para peneliti menggunakan bahan komposit yang dibuat oleh kitosan, magnetik Fe₃O₄ nanopartikel dan silika, dan memodifikasi material komposit dengan gugus epoksi, dan kemudian mengimobilisasi naringinase di atasnya. Hasil penelitian ini akan menjadi dasar data untuk studi lebih lanjut mengenai penelitian teknologi imobilisasi naringinase.

Hubungi Kami Sekarang!

Jika Anda membutuhkan Harga, silakan isi informasi kontak Anda di formulir di bawah ini, kami biasanya akan menghubungi Anda dalam waktu 24 jam. Anda juga bisa mengirim email kepada saya info@longchangchemical.com selama jam kerja (8:30 pagi hingga 6:00 sore UTC+8 Senin-Sabtu) atau gunakan obrolan langsung situs web untuk mendapatkan balasan secepatnya.

Senyawa Glukoamilase	9032-08-0
Pullulanase	9075-68-7
Xilanase	37278-89-0
Selulase	9012-54-8
Naringinase	9068-31-9
β-Amilase	9000-91-3
Glukosa oksidase	9001-37-0
alfa-Amilase	9000-90-2
Pektinase	9032-75-1
Peroksidase	9003-99-0
Lipase	9001-62-1
Katalase	9001-05-2
TANNASE	9025-71-2
Elastase	39445-21-1
Urease	9002-13-5
DEXTRANASE	9025-70-1
L-Laktat dehidrogenase	9001-60-9
Dehidrogenase malat	9001-64-3
Kolesterol oksidase	9028-76-6