磁性奈米粒子为载体之固定化脂肪酶.doc

磁性奈米粒子為載體之固定化脂肪酶在油相系統中催化活性的探討摘要 本研究主要探討脂肪酶固定化之最適化溫度與時間條件，以及脂肪酶濃度對固定化效率的影響，並利用硝基苯基乙酸酯在有機溶劑中的水解反應來測試活性。經由TEM、TGA及FTIR等分析顯示，油酸與脂肪酶皆已吸附在磁性氧化鐵奈米粒子上；脂肪酶在固定化時間12小時可達到穩定量，而30為最佳固定化溫度。催化活性以反應30分鐘時之產物量為活性評估基準；在硝基苯基乙酸酯的水解催化反應中，固定化脂肪酶重複使用十次後還保有原本活性的67 %，顯示極佳的重複使用效率。而在橄欖油之水解反應中，固定化脂肪酶在第二次重複使用時，其催化活性僅為第一次催化活性的40%，當重複使用十次時之活性僅剩第一次催化活性的7 %，顯示固定化脂肪酶在該反應系統的重複使用效率極差；經實驗證實，該反應的產物長鏈脂肪酸會造成固定化脂肪酶的脫附，致使重複使用效率大幅降低。：氧化鐵奈米粒子、脂肪脢固定化、有機溶劑  4.1 粒子特性分析脂肪酶最佳固定化條件4.3 催化活性之探討4.4 重複使用次數評估圖目錄 圖1. Fe3O4奈米粒子、Fe3O4-OA粒子之TEM圖圖2. Fe3O4、Fe3O4-OA、及Fe3O4-OA-Lipase三種粒子之TGA分析圖3. Oleic Acid、Lipase、及三種粒子之FTIR圖圖4. 脂肪酶固定化之動力曲線圖5. 溫度對脂肪酶固定化的效應圖6. 固定化脂肪酶水解硝基苯基乙酸脂之反應動力曲線圖7. 溫度對固定化脂肪酶水解硝基苯基乙酸脂之活性影響圖8. 固定化脂肪酶水解硝基苯基乙酸脂之重複使用的相對活性圖9. 固定化脂肪酶水解橄欖油之重複使用的相對活性圖10.不同前處理方式之固定化脂肪酶水解橄欖油的相對活性第一章 前言 奈米材料在生醫及生化上的用途與日俱增，從基礎的分子生物與細胞學研究，到應用性的醫學檢驗、控制釋放投藥與生物合成程序等都可以找到很多應用實例，尤其超順磁性奈米粒子結合吸附原理，應用於醫療、細胞分離、蛋白質及基因的純化、酵素固定化技術等方面已取得一些成果[1-4]。由於所製備出來的磁性奈米粒子在某些條件下可能會有凝集的現象，且磁性奈米粒子在生醫上的應用需考慮生物相容性和穩定性才能具有其價值及廣泛性的應用，所以藉由對氧化鐵奈米粒子進行表面修飾，使其可以達到：（1）改善粒子的分散性；（2）使粒子具有新的物理、化學、光學、磁性、電學等性質；（3）改善粒子與物質之間的相容性等目的。 脂肪酶可用在催化多種的非對稱合成反應上，例如在水溶液中可催化水解以生產醇類、酸類或胺類的純對掌異構物，亦可在有機溶劑中藉由aminolysis, trasamidation, esterification, transesterification進行enantioselective acyl trasfer之催化反應[5-7]；對於疏水性基質的反應，脂肪酶在有機溶媒中的應用就極為重要，但脂肪酶在有機溶媒中的催化活性通常比在水溶液中的催化活性低而限制了它的實際用途，因此，利用固定化技術來增加脂肪酶在有機溶媒中的活性、穩定性、對掌性選擇性及重覆使用性是一項極有吸引力的工作，也是極大的挑戰性。 固體載體可有效分散酵素分子，防止酵素分子的聚集，並可穩定其活化的形態，而固定化酵素很容易從溶媒中分離以便重複使用[8]。脂肪酶之酵素固定化可經由上述所提的方法來製備，大部分所使用的載体為天然的或合成的聚合物，包括cellulose derivatives[9]、polyethylene[10]、polyvinylalcohol[11]、polystyrene、polymethylmethacrylate[12]等，這些聚合物可提供疏水性環境供脂肪酶固定化與活化。若與聚合物載體相比，無機材料載體在有機溶媒中可提供更強的機械性更穩定的化學性，包括silica[13]、aluminum silicate[14]、iron oxide nanoparticales[15, 16]、zirconia nanoparticales[17]等脂肪酶固定化之無機材料載體已被一些研究者使用在有機相的合成反應，他們共同的結論指出，這些表面為親水性的無機材料載體不是脂肪酶固定化的理想載體，但若以具有疏水性長鏈分子修飾載體表面後 [15-17]，則可大幅提高固定化脂肪酶在有機相中的活性。從脂肪酶結構得知，脂肪酶分子上的一種稱為lid的polypeptide chain隔離了活性中心與溶媒[18]，若以疏水性長鏈分子修飾載體表面，則可活化脂肪酶，使脂肪酶的活性中心更易於接受溶媒中的基質[19]。 研究動機 本研究提供了一個簡易的固定化脂肪酶方法，不需使用繁雜的高分子包覆或其他的化學接枝法，亦即，利用油酸(OA，Ole