論文作者：楊孝蓮，指導(dǎo)教師：沈衛(wèi)陽
所屬學(xué)院：理學(xué)院，二級學(xué)科：工業(yè)藥學(xué)
01導(dǎo)師說
感謝研究生院的精心組織！感謝楊孝蓮?fù)瑢W(xué)為此論文工作付出的努力和汗水！感謝王琛老師的悉心指導(dǎo)與大力幫助！本論文選擇葡萄糖氧化酶（GOx）和辣根過氧化物酶（HRP）作為級聯(lián)酶的組成，以介孔聚合物納米微球為固定化載體，籍其表面改性和表面原位封裝技術(shù)的研究，來探究其在固定化酶后對酶活性和穩(wěn)定性的影響。在后續(xù)的研究中，基于介孔聚合物納米微球（Ps），通過接枝3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）對Ps進行改性（Aps）以增加其表面的氨基數(shù)量。改性后的APs仍保留了原有的介孔結(jié)構(gòu)，級聯(lián)酶既通過靜電吸附固定在介孔內(nèi)，又借助1-乙基-3-（3-二甲氨基丙基）碳二亞胺鹽酸鹽和N-羥基琥珀酰亞胺（EDC/NHS）的活化而共價固定在APs表面。另外，通過靜電吸附將酶固定在介孔聚合物納米微球表面，在其表面原位封裝COFs殼，構(gòu)建核-殼型固定化酶體系（GOx&HRP@TpBD/Ps），保持了固定化酶分子的高生物催化活性，此外，我們還嘗試了所構(gòu)建的兩種新型固定化酶體系在細胞內(nèi)葡萄糖檢測的應(yīng)用。目前，擬在固定化酶的表面封裝紅細胞膜并表面修飾透明質(zhì)酸，探究pH響應(yīng)型級聯(lián)酶納米藥物遞送系統(tǒng)的制備及其在腫瘤饑餓治療中的應(yīng)用。
由于我們的學(xué)識與認知水平有限，還請各位老師與同學(xué)多多指正，謝謝！
02 作者說
我是這篇題為《基于新型介孔納米材料的多酶級聯(lián)催化納米反應(yīng)器的設(shè)計與制備》的碩士論文作者。非常榮幸能夠在這里，與大家分享我的研究成果和心路歷程。
本研究聚焦于如何通過納米技術(shù)和材料科學(xué)的前沿進展，解決生物催化系統(tǒng)中存在的瓶頸問題，特別是針對脆弱天然酶的保護與其高效利用的問題。而介孔納米材料，因其獨特的孔道結(jié)構(gòu)、高比表面積和良好的生物相容性，為我們解決這些問題提供了一個新的視角。
在本研究中，我們首先研究了分級介孔COFs作為固化酶載體的催化活性。COFs的納米限域環(huán)境顯著增強了級聯(lián)酶的催化活性和對惡劣環(huán)境的適應(yīng)性。固化酶的催化動力學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，與游離酶相比，納米約束的存在顯著縮短了級聯(lián)催化反應(yīng)達到平衡的時間。此外，與游離酶相比，固定化酶的KM值減少了近三倍。
另外，我們還制備了一種單分散介孔聚合物納米微球作為固化酶載體。其酶催化動力學(xué)實驗結(jié)果表明該納米反應(yīng)器能夠顯著加快酶反應(yīng)的初始催化速度，縮短反應(yīng)到達平衡的時間，但是由于級聯(lián)酶與納米微球之間采用是物理吸附的結(jié)合方式，彼此之間僅有的靜電相互作用太弱，導(dǎo)致級聯(lián)酶在固定化一段時間后就會從介孔孔道中浸出，因此介孔聚合物納米微球很難在苛刻環(huán)境中長時間保護級聯(lián)酶不受外界環(huán)境的干擾。為此，后續(xù)有必要考慮對介孔聚合物納米微球進行共價修飾，從而增強級聯(lián)酶被固定在納米微球載體上的牢固性，以減少酶的浸出問題并提高固化酶的生物催化活性。
回顧整個研究過程，我深刻體會到了科研工作的艱辛與樂趣。從最初的文獻調(diào)研到實驗設(shè)計，再到數(shù)據(jù)的收集與分析，每一步都充滿了挑戰(zhàn)與收獲。我衷心感謝我的導(dǎo)師沈衛(wèi)陽老師和王琛老師的悉心指導(dǎo)，以及實驗室同學(xué)們給予的支持與幫助，也感謝學(xué)校提供的良好科研環(huán)境和資源。
最后，衷心感謝各位評審、專家及同行的指導(dǎo)和支持，也期待與各位在未來的研究中繼續(xù)交流與合作，共同推動納米技術(shù)和生物催化領(lǐng)域的發(fā)展。
謝謝大家！
03 碩士論文簡介
酶作為一種自然界具有高效性、專一性和溫和反應(yīng)條件的天然生物催化劑，在醫(yī)療、紡織和農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。然而在各種極端因素如pH、溫度和有機溶劑等的影響下，酶的活性往往會有所改變，從而影響其催化產(chǎn)率。將酶與介孔納米材料結(jié)合在保證了酶能夠重復(fù)利用的同時，還能在一定程度上提高酶的穩(wěn)定性，并且為酶的深入應(yīng)用開辟了廣泛的前景。
本研究構(gòu)建制備了一種以層次介孔COFs為固化酶載體材料的納米反應(yīng)器用于級聯(lián)酶催化，對其催化能力的評估結(jié)果表明固化酶的KM值相比于游離酶降低了近三倍。通過對其催化活性增強的機理研究發(fā)現(xiàn)，將酶限域在層次介孔COFs中的小孔中，不僅能夠減少外周環(huán)境對酶的干擾還能提高酶反應(yīng)的局部底物濃度，減少中間產(chǎn)物的擴散距離，較大程度提高了酶的催化活性。同時基于簡單的靜電吸附作用將級聯(lián)酶固定在介孔聚合物納米微球之中發(fā)現(xiàn)，由于介孔微球與酶之間的弱相互作用使得被固定在介孔微球中的酶在短時間內(nèi)顯示出較高酶活性，但隨著固定時間的延長很快就浸出到溶液中。由此得出，為了提高其牢固性，后續(xù)將載體進行共價修飾后，來探討酶活性的增強效應(yīng)是很有必要的。
學(xué)術(shù)成果
1. Yang X, Li L, Zhang T, et al. GC-MS-Based Serum Metabolomic Investigations on the Ameliorative Effects of Polysaccharide from Turpiniae folium in Hyperlipidemia Rats[J]. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2021, 9180635.
2. Yang X, Tan Z, Sun H, et al. Fabrication of Hierarchical Nanoreactor based on COFs for Cascade Enzyme Catalysis[J]. Chemical Communications, 2022, 58(24): 3933-3936.