Manyetik biyopolimer mikroküreler, manyetik olarak duyarlı ve biyolojik olarak aktif mikroküreler oluşturmak için biyolojik malzemeleri ve inorganik manyetik malzemeleri birleştiren yeni bir kompozit malzemedir. Özellikleri inorganik manyetik malzemelere, biyolojik malzemelere ve bunların etkileşim yöntemine bağlıdır. Şu anda en yaygın olarak kullanılan ve üzerinde çalışılan manyetik malzeme Fe3O4 manyetik nanopartiküller. Geniş spesifik yüzey alanı, iyi biyouyumluluğu ve yüksek manyetik tepkisi nedeniyle, hızlı ayırma ve hedefli hareket sağlayabilir, bu nedenle gıda ve tıbbi bakım, çevre koruma ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılabilir. Biyopolimer malzemeler temel olarak kitosan, sodyum aljinat, jelatin vb. içerir. Bunlar arasında kitosan, iyi biyouyumluluk, yenilenebilir kaynaklar ve biyolojik olarak parçalanabilirlik özellikleri nedeniyle en çok çalışılan biyolojik malzemedir. Kitosan ve manyetik malzemeden oluşan yeni bir kompozit malzeme türü, her iki mükemmel özelliğe de sahiptir, bu nedenle çeşitli alanlarda geniş uygulama olanaklarına sahiptir.
1. Manyetik biyopolimer mikrokürelerin yapısı ve özellikleri
Manyetik biyopolimer mikrokürelerin yapısı üç tip içerir: (1) çekirdek-kabuk yapısı; (2) hibrit yapı; (3) Şekil 1'de gösterildiği gibi çok katmanlı sandviç yapı.
Şekil 1 Manyetik biyopolimer mikrokürelerin yapısı
Manyetik biyopolimer mikroküreler, onları enzim immobilizasyonu için daha uygun hale getiren birçok olağanüstü özelliğe sahiptir. Örneğin (1) yüzey alanı etkisi. Genel olarak, manyetik biyopolimer mikrokürelerin partikül boyutu mikron hatta nanometre seviyesine ulaştığında, spesifik yüzey alanı arttıkça, mikrokürelerin grup yoğunluğu ve seçici adsorpsiyon performansı da artar ve mikrokürelerin stabilitesi önemli ölçüde artar. (2) Manyetik etki. Fe'nin çapı arttığında3O4 kristal 30 nm'den küçüktür, süper para-manyetizmaya sahiptir, yani dış manyetik alan koşulu altında manyetizma çok büyüktür. Harici manyetik alan kaldırıldığında, manyetizması hızla kaybolur, böylece mikroküre harici manyetik alan koşulu altında manyetik yönelime sahip olur ve manyetik olmayan malzemelerden hızla ayrılır ve manyetik bir alanda kalıcı olarak mıknatıslanmaz, bu nedenle sonraki kullanımı etkilemez. (3) Biyouyumluluk. Doğada, proteinler ve polisakkaritler gibi biyolojik malzemeler biyouyumluluğa sahiptir, bu da biyomedikal mühendisliğinde önemli uygulamalara sahip olmalarını sağlar. (4) Fonksiyonel temel özellikler. Kitosan ve sodyum aljinat gibi biyolojik malzemeler, biyolojik olarak aktif maddelerle kovalent olarak birleştirilebilen veya belirli kimyasal gruplarla modifiye edilebilen bol miktarda aktif gruba (-OH, -COOH, -NH2) sahiptir.
2. Manyetik biyopolimer mikrokürelerin hazırlanması
Manyetik biyopolimer mikrokürelerin hazırlanması iki adıma ayrılır. İlk adım manyetik nanopartiküllerin hazırlanmasıdır. Şu anda Fe hazırlamak için kullanılan yöntemler3O4 manyetik nanopartiküller temel olarak kimyasal birlikte çökeltme, demir tuzu termal ayrıştırma, mikroemülsiyon ve hidrotermal yöntemleri içerir. Bunlar arasında, kimyasal birlikte çökeltme yöntemi basit ve kullanımı kolaydır ve en yaygın kullanılan hazırlama yöntemidir. Fe sentezlemek için kimyasal birlikte çökeltme yönteminin prensibi3O4 demir oksit sentezlemek için belirli bir oranda Fe-karışımı içeren karışık bir tuz çözeltisini ısıtmak ve karıştırmaktır.2+ ve Fe3+ (1:2) anaerobik koşullar altında ve hızlı bir şekilde kül suyu (amonyak veya NaOH) ekleyerek. Xu ve arkadaşları kimyasal birlikte çökeltme yöntemini kullanarak 4,34 mmol FeCl2鑘4H2O ve 8,67 mmol FeCl3-6H2O ekleyin ve sistemi azot altında 85 ℃'ye ısıtın. Tamamen çözündükten sonra, hızlı bir şekilde 25 mL konsantre amonyak ekleyin ve belirli miktarda sodyum sitrat ekleyin, ardından Fe3O4 manyetik nanopartiküller iyi mono dağılım ve manyetik duyarlılık ile sentezlenmiştir.
Manyetik nanopartiküllerin hazırlanmasından sonra, manyetik kitosan mikroküreleri hazırlamak için kitosan ile çapraz bağlanması gerekir. Şu anda, manyetik kitosan mikrokürelerin sentez yöntemleri temel olarak emülsiyon çapraz bağlama yöntemi, sprey kurutma yöntemi, fotokimyasal yöntem ve in-situ yöntemi içerir. Bunlar arasında emülsiyon çapraz bağlama yöntemi daha basittir ve en yaygın kullanılanıdır. Emülsiyon çapraz bağlama yöntemi, Fe3O4 veya manyetik sıvıyı yağ içinde su mikroemülsiyon sistemi oluşturmak için kitosan, yüzey aktif madde ve yağ fazı içeren karışık bir sıvıya ekleyin ve ardından glutaraldehit ekleyin, sistemde glutaraldehit ve kitosan bir Schiff bazı oluşturmak için çapraz bağlanma reaksiyonu gerçekleştirecek ve kitosan bir ağa çapraz bağlanacak ve ardından Fe3O4 (Şekil 2'de gösterildiği gibi). Jiang ve arkadaşları, düzenli küresel şekillere ve pürüzsüz yüzeylere sahip manyetik kitosan mikroküreleri sentezlemek için sırasıyla yüzey aktif madde, dağıtıcı ve çapraz bağlama maddesi olarak Span 80, sıvı parafin ve glutaraldehit kullanarak emülsiyon çapraz bağlama yöntemini kullanmışlardır.
Şekil 2 Emülsiyon çapraz bağlama yöntemiyle manyetik kitosan mikrokürelerin sentezinin şematik diyagramı
3. Manyetik kompozit mikroküreler üzerine immobilize edilmiş enzim
Manyetik kitosan mikroküreler başarıyla hazırlandıktan sonra, enzim kullanım için mikroküreler üzerine immobilize edilebilir. Kitosan aktif amino grupları ve hidroksil grupları bakımından zengin olduğundan, karboksil grupları, amino grupları, epoksi grupları, iki işlevli gruplar vb. ile reaksiyona girebilir. Manyetik kitosan mikroküreler, farklı immobilizasyon ihtiyaçlarını karşılamak için grup modifiye edilmiştir. Spesifik immobilize enzimlerin hazırlama yöntemleri aşağıda fonksiyonel gruplara göre tanıtılmıştır.
1) Karboksil modifiye manyetik kompozit mikroküreler üzerine immobilize edilmiş enzim
Karboksil modifiye manyetik kompozit mikroküreler, sulu bir çözelti içinde karbodiimid bağlanmasıyla aktive edildikten sonra enzimin amino grubuna kovalent olarak bağlanabilir ve böylece enzim molekülü manyetik kompozit mikroküreler üzerinde immobilize edilebilir (Şekil 3). Zhu Yihua ve diğerleri, stirenle muamele edilmiş manyetik sıvıyı ve monomer metil akrilatı çapraz bağlayıcı monomer divinilbenzen aracılığıyla kopolimerize etmek için geliştirilmiş bir süspansiyon polimerizasyon yöntemi kullanmış ve ardından iyi mono dağılım ve zengin karboksil gruplarına sahip bir manyetik kompozit elde etmek için alkali hidroliz kullanmıştır. Mikroküreler, karbodiimid bağlama ile aktive edildikten sonra laktazı immobilize etmek için kullanılır. En yüksek aktivite yaklaşık 360 U-g-1ve enzimin çapraz bağlama etkinliği yaklaşık 20%'dir.
Şekil 3 Karboksil modifiye manyetik kompozit mikroküreler üzerine immobilize enzim hazırlanmasının şematik diyagramı
2) Amino modifiye manyetik kompozit mikroküreler immobilize enzim
Amino modifiye manyetik kompozit mikroküreler uygun miktarda glutaraldehit ile birleştirilip aktive edildikten sonra, enzim üzerindeki amino grubuna kovalent olarak bağlanabilir ve böylece enzim moleküllerini manyetik mikroküreler üzerinde immobilize edebilir (Şekil 4). Liu Yu ve arkadaşları art arda monodispers manyetik SiO2 partikülleri kimyasal birlikte çökeltme yöntemi ve sol-jel yöntemiyle parçalamış, silan bağlama maddesi ile amino gruplarıyla modifiye etmiş ve çapraz bağlama maddesi olarak glutaraldehit ile lakkazı immobilize etmiştir. Sonuçlar, immobilize lakkazın 4 saat boyunca 60 ℃ sabit sıcaklıkta tutulduğunu ve hala 60.9% enzim aktivitesine sahip olduğunu ve 10 kullanım döngüsünden sonra hala 55%'den fazla enzim aktivitesine sahip olduğunu ve termal stabilitesinin ve operasyonel stabilitesinin belirgin bir şekilde arttığını göstermiştir.
Şekil 4 Amino-modifiye manyetik kompozit mikroküreler üzerine immobilize enzim hazırlanmasının şematik diyagramı
3) Epoksi modifiye manyetik kompozit mikroküreler immobilize enzim
Epoksi grubu son derece aktif bir gruptur. Modifikasyon olmaksızın biyolojik gruplara doğrudan kovalent olarak bağlanabilir. Bu nedenle, epoksi modifiye manyetik kompozit mikroküreler enzimi bağlamak için enzim üzerindeki amino grubuna kovalent olarak bağlandıktan sonra, moleküller manyetik mikroküreler üzerinde immobilize edilir (Şekil 5). Yong ve arkadaşları süspansiyon polimerizasyonu ile oleik asit kaplı manyetik mikroküreler hazırlamıştır. Metanol ile aktivasyon sonrasında elde edilen hidrofilik epoksi bazlı manyetik mikroküreler lipazın immobilizasyonu için kullanılmıştır. İmmobilize enzim aktivitesinin tutma oranı 64.2%'dir ve stabilitesi önemli ölçüde artmıştır.
Şekil 5 Epoksi bazlı manyetik kompozit mikroküreler üzerine immobilize enzim hazırlanmasının şematik diyagramı
4) İki fonksiyonlu gruplarla modifiye edilmiş manyetik kompozit mikroküreler üzerine immobilize edilmiş enzimler
İki fonksiyonlu manyetik mikrokürelerde, öncelikle enzim molekülünün karboksil grupları ve mikroküreler üzerindeki amino grupları iyon etkileşimi ile taşıyıcı üzerinde hızlı bir şekilde immobilize edilir ve iyon etkileşimi ile immobilize edilen enzim, sülfhidril ve amino grupları aracılığıyla taşıyıcı üzerindeki epoksi grupları ile kovalent olarak etkileşime girer. İyonik etki ile hızlı sabitleme ve kovalent bağ ile sıkı sabitleme gibi ikili özelliklere sahip olan enzimi daha da sabit hale getirin (Şekil 6'da gösterildiği gibi). Li Xiutao ve arkadaşları, divinilbenzen çapraz bağlı poliakrilik asit mikrokürelerin yüzeyine üç rastgele kopolimer fırçayı Fe3O4 nanopartiküller içinde dağıtılmış ve daha sonra penisilin G açilazı immobilize etmek için kullanılmıştır. Sonuçlar, hem epoksi grubu hem de amino grubu aynı anda eklenen immobilize enzimin aktivitesinin ve enzim aktivitesinin geri kazanım oranının en yüksek olduğunu, immobilizasyon kinetiğinin sadece epoksi içeren manyetik mikrokürelerden daha iyi olduğunu ve optimal pH değerinin ve sıcaklık stabilitesinin Serbest enzimden daha yüksektir ve enzim aktivitesi, 10 kez tekrarlanan kullanımdan sonra 70%'yi korur.
Şekil 6 İki fonksiyonlu gruplarla modifiye edilmiş manyetik kompozit mikroküreler üzerine immobilize enzim hazırlanmasının şematik diyagramı
Son yıllarda, bilim adamları naringinazı immobilize etmek için kitosan, sodyum aljinat ve ipek proteini gibi doğal biyopolimer malzemeler, epoksi reçine ve polivinil alkol gibi organik bileşikler, aktif karbon ve ene gibi grafit oksit karbon malzemeler gibi farklı malzemeler kullanmış ve bazı araştırma sonuçları elde edilmiş olsa da, gerçek debittering uygulamalarında, immobilize enzimlerin zayıf asit direnci, meyve suyundan yavaş ayrılma veya eksik ayrılma gibi sorunlar vardır. Yukarıdaki sorunlarla ilgili olarak, bir sonraki makale bir araştırma çalışmasını ayrıntılı olarak tanıtacaktır. Bu çalışmada, araştırmacılar kitosan, manyetik Fe3O4 nanopartiküller ve silika kullanılarak kompozit malzeme epoksi grupları ile modifiye edilmiş ve daha sonra naringinaz üzerine immobilize edilmiştir. Bu çalışma, naringinaz immobilizasyon teknolojisi araştırmalarının daha ileri çalışmaları için veri temeli sağlayacaktır.
Şimdi Bize Ulaşın!
Fiyata ihtiyacınız varsa, lütfen aşağıdaki forma iletişim bilgilerinizi doldurun, genellikle 24 saat içinde sizinle iletişime geçeceğiz. Bana e-posta da gönderebilirsiniz info@longchangchemical.com Çalışma saatleri içinde (8:30 - 6:00 UTC+8 Pzt.~Sat.) veya hızlı yanıt almak için web sitesi canlı sohbetini kullanın.
| Bileşik Glukoamilaz | 9032-08-0 |
| Pullulanase | 9075-68-7 |
| Ksilanaz | 37278-89-0 |
| Selülaz | 9012-54-8 |
| Naringinaz | 9068-31-9 |
| β-Amilaz | 9000-91-3 |
| Glikoz oksidaz | 9001-37-0 |
| Alfa-Amilaz | 9000-90-2 |
| Pektinaz | 9032-75-1 |
| Peroksidaz | 9003-99-0 |
| Lipaz | 9001-62-1 |
| Katalaz | 9001-05-2 |
| TANNASE | 9025-71-2 |
| Elastaz | 39445-21-1 |
| Urease | 9002-13-5 |
| DEXTRANASE | 9025-70-1 |
| L-Laktik dehidrojenaz | 9001-60-9 |
| Dehidrojenaz malat | 9001-64-3 |
| Kolesterol oksidaz | 9028-76-6 |