{"id":4514,"date":"2021-04-22T07:03:58","date_gmt":"2021-04-22T07:03:58","guid":{"rendered":"https:\/\/longchangchemical.com\/?p=4514"},"modified":"2024-09-28T11:56:15","modified_gmt":"2024-09-28T11:56:15","slug":"overview-of-the-methods","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/longchangchemical.com\/it\/overview-of-the-methods\/","title":{"rendered":"Panoramica dei metodi di immobilizzazione degli enzimi su microsfere magnetiche di biopolimero"},"content":{"rendered":"

Le microsfere magnetiche di biopolimeri sono un nuovo materiale composito che combina materiali biologici e materiali magnetici inorganici per formare microsfere magneticamente reattive e biologicamente attive. Le sue propriet\u00e0 dipendono dai materiali magnetici inorganici, dai materiali biologici e dalle loro interazioni. Attualmente, il materiale magnetico pi\u00f9 utilizzato e studiato \u00e8 il Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0nanoparticelle magnetiche. Grazie all'ampia superficie specifica, alla buona biocompatibilit\u00e0 e all'elevata risposta magnetica, \u00e8 in grado di ottenere una rapida separazione e un movimento mirato, per cui pu\u00f2 essere ampiamente utilizzato in campo alimentare e medico, nella protezione ambientale e in altri settori. I materiali biopolimerici comprendono principalmente chitosano, alginato di sodio, gelatina, ecc. Tra questi, il chitosano \u00e8 il materiale biologico pi\u00f9 studiato grazie alle sue caratteristiche di buona biocompatibilit\u00e0, risorse rinnovabili e biodegradabilit\u00e0. Un nuovo tipo di materiale composito composto da chitosano e materiale magnetico ha entrambe le propriet\u00e0 eccellenti, quindi ha ampie prospettive di applicazione in vari campi.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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1. Struttura e propriet\u00e0 delle microsfere magnetiche di biopolimero<\/strong><\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n
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La struttura delle microsfere magnetiche di biopolimeri comprende tre tipi: (1) struttura core-shell; (2) struttura ibrida; (3) struttura sandwich multistrato, come mostrato nella Figura 1.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Figura 1 La struttura delle microsfere magnetiche di biopolimero<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Le microsfere magnetiche di biopolimero hanno molte propriet\u00e0 eccezionali, che le rendono pi\u00f9 adatte all'immobilizzazione degli enzimi. Come (1) l'effetto area superficiale. In genere, quando la dimensione delle particelle delle microsfere magnetiche di biopolimero raggiunge il livello del micron o addirittura del nanometro, con l'aumento dell'area superficiale specifica, aumentano anche la densit\u00e0 di gruppo e le prestazioni di adsorbimento selettivo delle microsfere e la stabilit\u00e0 delle microsfere aumenta in modo significativo. (2) Effetto magnetico. Quando il diametro del Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0Il cristallo della microsfera \u00e8 inferiore a 30 nm e presenta un superpara-magnetismo, cio\u00e8 un magnetismo molto elevato in presenza di un campo magnetico esterno. Quando il campo magnetico esterno viene rimosso, il suo magnetismo scompare rapidamente, cosicch\u00e9 la microsfera ha un orientamento magnetico in condizioni di campo magnetico esterno e pu\u00f2 essere separata rapidamente da materiali non magnetici e non \u00e8 magnetizzata in modo permanente in un campo magnetico, per cui non influisce sull'uso successivo. (3) Biocompatibilit\u00e0. In natura, i materiali biologici come le proteine e i polisaccaridi hanno una biocompatibilit\u00e0 che li rende importanti per l'ingegneria biomedica. (4) Caratteristiche funzionali di base. I materiali biologici come il chitosano e l'alginato di sodio presentano numerosi gruppi attivi (-OH, -COOH, -NH2), che possono essere combinati covalentemente con sostanze biologicamente attive o modificati con determinati gruppi chimici.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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2. Preparazione di microsfere magnetiche di biopolimero<\/strong><\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n
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La preparazione delle microsfere magnetiche di biopolimero si divide in due fasi. La prima fase \u00e8 la preparazione delle nanoparticelle magnetiche. I metodi attualmente utilizzati per la preparazione di Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0Le nanoparticelle magnetiche includono principalmente la co-precipitazione chimica, la decomposizione termica del sale di ferro, la microemulsione e i metodi idrotermali. Tra questi, il metodo di co-precipitazione chimica \u00e8 semplice e conveniente da utilizzare ed \u00e8 il metodo di preparazione pi\u00f9 comunemente usato. Il principio del metodo di co-precipitazione chimica per sintetizzare Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0\u00e8 sintetizzare l'ossido di ferro riscaldando e agitando una soluzione salina mista con una certa proporzione di Fe2+<\/sup>\u00a0e Fe3+<\/sup>\u00a0(1:2) in condizioni anaerobiche e aggiungendo rapidamente soda (ammoniaca o NaOH). Xu et al. hanno utilizzato il metodo di co-precipitazione chimica aggiungendo 4,34 mmol di FeCl2\u9458<\/sub>4H2O e 8,67 mmol di FeCl3<\/sub>-6H2<\/sub>O, rispettivamente, e riscaldare il sistema a 85 \u2103 sotto azoto. Dopo la completa dissoluzione, aggiungere rapidamente 25 mL di ammoniaca concentrata e aggiungere una certa quantit\u00e0 di citrato di sodio, quindi il Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0nanoparticelle magnetiche sintetizzate con buona monodispersione e reattivit\u00e0 magnetica.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Dopo la preparazione delle nanoparticelle magnetiche, queste devono essere reticolate con il chitosano per preparare microsfere di chitosano magnetico. Attualmente, i metodi di sintesi delle microsfere di chitosano magnetico includono principalmente il metodo di reticolazione in emulsione, il metodo di essiccazione a spruzzo, il metodo fotochimico e il metodo in situ. Tra questi, il metodo di reticolazione in emulsione \u00e8 il pi\u00f9 semplice e il pi\u00f9 utilizzato. Il metodo di reticolazione in emulsione consiste nel disperdere uniformemente Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0o fluido magnetico in un liquido misto contenente chitosano, tensioattivo e fase oleosa per formare un sistema di microemulsione acqua-in-olio, e poi aggiungere glutaraldeide; nel sistema glutaraldeide e chitosano avranno una reazione di reticolazione che generer\u00e0 una base di Schiff, e il chitosano si reticoler\u00e0 in una rete e poi rivestir\u00e0 Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0in essa (come mostrato nella Figura 2). Jiang et al. hanno utilizzato il metodo di reticolazione in emulsione, usando Span 80, paraffina liquida e glutaraldeide rispettivamente come tensioattivo, disperdente e agente reticolante, per sintetizzare microsfere di chitosano magnetico con forme sferiche regolari e superfici lisce.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Figura 2 Schema della sintesi di microsfere di chitosano magnetico con il metodo della reticolazione in emulsione<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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3. Enzima immobilizzato su microsfere magnetiche composite<\/strong><\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Dopo aver preparato con successo le microsfere magnetiche di chitosano, l'enzima pu\u00f2 essere immobilizzato sulle microsfere per essere utilizzato. Poich\u00e9 il chitosano \u00e8 ricco di gruppi amminici e idrossilici attivi, pu\u00f2 reagire con gruppi carbossilici, gruppi amminici, gruppi epossidici, gruppi bifunzionali, ecc. Le microsfere magnetiche di chitosano sono modificate in base ai gruppi per soddisfare le esigenze di immobilizzazione. I metodi di preparazione di specifici enzimi immobilizzati sono introdotti di seguito per gruppi funzionali.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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1) Enzima immobilizzato su microsfere magnetiche composite modificate con carbossile<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Le microsfere magnetiche composite modificate con carbossile possono essere legate covalentemente al gruppo amminico dell'enzima dopo essere state attivate dall'accoppiamento con carbodiimmide in una soluzione acquosa, immobilizzando cos\u00ec la molecola di enzima sulle microsfere magnetiche composite (Figura 3). Zhu Yihua e altri hanno utilizzato un metodo di polimerizzazione in sospensione migliorato per copolimerizzare il fluido magnetico trattato con stirene e il monomero metilacrilato attraverso il monomero reticolante divinilbenzene, quindi utilizzare l'idrolisi alcalina per ottenere un composito magnetico con una buona monodispersione e ricco di gruppi carbossilici. Le microsfere sono utilizzate per immobilizzare la lattasi dopo essere state attivate dall'accoppiamento con la carbodiimmide. L'attivit\u00e0 massima \u00e8 di circa 360 U-g-1<\/sup>e l'efficienza di reticolazione dell'enzima \u00e8 di circa 20%.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Figura 3 Schema della preparazione dell'enzima immobilizzato su microsfere magnetiche composite modificate con carbossile<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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2) Microsfere magnetiche composite amino modificate immobilizzate con l'enzima<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Dopo che le microsfere magnetiche composite ammino-modificate sono state accoppiate con una quantit\u00e0 appropriata di glutaraldeide e attivate, possono legarsi covalentemente al gruppo amminico dell'enzima, immobilizzando cos\u00ec le molecole di enzima sulle microsfere magnetiche (Figura 4). Liu Yu et al. hanno preparato successivamente microsfere magnetiche monodisperse di SiO2<\/sub>\u00a0particelle mediante il metodo di co-precipitazione chimica e il metodo sol-gel, le ha modificate con gruppi amminici mediante l'agente di accoppiamento silano e ha immobilizzato la laccasi con la glutaraldeide come agente di reticolazione. I risultati hanno mostrato che la laccasi immobilizzata \u00e8 stata mantenuta a una temperatura costante di 60 \u2103 per 4 ore e aveva ancora un'attivit\u00e0 enzimatica di 60,9%; dopo 10 cicli di utilizzo, aveva ancora un'attivit\u00e0 enzimatica di oltre 55% e la sua stabilit\u00e0 termica e operativa erano ovviamente migliorate.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

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Figura 4 Schema della preparazione dell'enzima immobilizzato su microsfere magnetiche composite ammino-modificate<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

3) Microsfere magnetiche composite modificate con epossidico immobilizzate con enzimi<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Il gruppo epossidico \u00e8 un gruppo estremamente attivo. Pu\u00f2 essere legato direttamente in modo covalente a gruppi biologici senza alcuna modifica. Pertanto, dopo che le microsfere magnetiche composite modificate con epossidico si sono legate covalentemente al gruppo amminico dell'enzima per legare l'enzima, le molecole vengono immobilizzate sulle microsfere magnetiche (Figura 5). Yong et al. hanno preparato microsfere magnetiche rivestite di acido oleico mediante polimerizzazione in sospensione. Le microsfere magnetiche idrofile a base epossidica ottenute dopo l'attivazione con metanolo sono state utilizzate per l'immobilizzazione della lipasi. Il tasso di ritenzione dell'attivit\u00e0 enzimatica immobilizzata \u00e8 di 64,2% e la sua stabilit\u00e0 \u00e8 notevolmente migliorata.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Figura 5 Schema della preparazione dell'enzima immobilizzato su microsfere magnetiche composite a base epossidica<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

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4) Enzimi immobilizzati su microsfere magnetiche composite modificate da gruppi bifunzionali<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Sulle microsfere magnetiche bifunzionali, in primo luogo, i gruppi carbossilici della molecola enzimatica e i gruppi amminici sulle microsfere vengono rapidamente immobilizzati sul supporto per interazione ionica, e l'enzima immobilizzato per interazione ionica interagisce covalentemente con i gruppi epossidici sul supporto attraverso i suoi gruppi sulfidrilici e amminici. L'enzima immobilizzato dall'interazione ionica interagisce covalentemente con i gruppi epossidici del carrier attraverso i suoi gruppi sulfidrilici e amminici e si fissa ulteriormente (come mostrato nella Figura 6), con la duplice caratteristica di fissazione rapida per azione ionica e di fissazione stabile per legame covalente. Li Xiutao et al. hanno introdotto tre spazzole copolimeriche casuali sulla superficie di microsfere di acido poliacrilico reticolate con divinilbenzene e Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0nanoparticelle disperse all'interno e poi utilizzate per immobilizzare la penicillina G acilasi. I risultati mostrano che l'attivit\u00e0 e il tasso di recupero dell'attivit\u00e0 enzimatica dell'enzima immobilizzato con gruppo epossidico e gruppo amminico introdotti contemporaneamente sono i pi\u00f9 alti, la sua cinetica di immobilizzazione \u00e8 migliore di quella delle microsfere magnetiche contenenti solo epossidico, e il suo valore ottimale di pH e la sua stabilit\u00e0 alla temperatura sono pi\u00f9 alti dell'enzima libero, e la sua attivit\u00e0 enzimatica mantiene 70% dopo l'uso ripetuto per 10 volte.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Figura 6 Schema della preparazione dell'enzima immobilizzato su microsfere magnetiche composite modificate da gruppi bifunzionali<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n
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Negli ultimi anni, sebbene gli studiosi abbiano utilizzato diversi materiali per immobilizzare la naringinasi, quali biopolimeri naturali come il chitosano, l'alginato di sodio e le proteine della seta, composti organici come la resina epossidica e l'alcol polivinilico, carbone attivo e materiali carboniosi a base di ossido di grafite come l'ene, e siano stati ottenuti alcuni risultati di ricerca, nelle applicazioni effettive di deamarizzazione si riscontrano problemi quali la scarsa resistenza agli acidi degli enzimi immobilizzati, la lenta separazione dal succo o la separazione incompleta, ecc. Per quanto riguarda questi problemi, il prossimo articolo presenter\u00e0 in dettaglio un lavoro di ricerca. In questo lavoro, i ricercatori hanno utilizzato un materiale composito costituito da chitosano, Fe magnetico e Fe3<\/sub>O4<\/sub>\u00a0nanoparticelle e silice, modificando il materiale composito con gruppi epossidici e immobilizzandovi poi la naringinasi. Questo lavoro fornir\u00e0 una base di dati per ulteriori studi sulla tecnologia di immobilizzazione della naringinasi.<\/h4>\r\n\r\n\r\n\r\n

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Composto Glucoamilasi<\/span><\/a><\/td>\r\n9032-08-0<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Pullulanase<\/span><\/a><\/td>\r\n9075-68-7<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Xilanasi<\/span><\/a><\/td>\r\n37278-89-0<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Cellulasi<\/span><\/a><\/td>\r\n9012-54-8<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Naringinasi<\/span><\/a><\/td>\r\n9068-31-9<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
\u03b2-amilasi<\/span><\/a><\/td>\r\n9000-91-3<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Glucosio ossidasi<\/span><\/a><\/td>\r\n9001-37-0<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
alfa-amilasi<\/td>\r\n9000-90-2<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Pectinasi<\/span><\/a><\/td>\r\n9032-75-1<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Perossidasi<\/td>\r\n9003-99-0<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Lipasi<\/span><\/a><\/td>\r\n9001-62-1<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Catalasi<\/span><\/a><\/td>\r\n9001-05-2<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
TANNASIO<\/span><\/a><\/td>\r\n9025-71-2<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Elastasi<\/span><\/a><\/td>\r\n39445-21-1<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Ureasi<\/span><\/a><\/td>\r\n9002-13-5<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
DEXTRANASE<\/span><\/a><\/td>\r\n9025-70-1<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
L-lattico deidrogenasi<\/span><\/a><\/td>\r\n9001-60-9<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Deidrogenasi malato<\/span><\/a><\/td>\r\n9001-64-3<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Colesterolo ossidasi<\/span><\/a><\/td>\r\n9028-76-6<\/td>\r\n<\/tr>\r\n<\/tbody>\r\n<\/table>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Le microsfere magnetiche di biopolimeri sono un nuovo materiale composito che combina materiali biologici e materiali magnetici inorganici per formare microsfere magneticamente reattive e biologicamente attive. Le sue propriet\u00e0 dipendono dai materiali magnetici inorganici, dai materiali biologici e dalle loro interazioni. Attualmente, il materiale magnetico pi\u00f9 utilizzato e studiato \u00e8 costituito dalle nanoparticelle magnetiche Fe3O4. 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