逆ミセルが創り出すイオン液体中のナノ空間を利用した酵素反応

在反胶束产生的离子液体中利用纳米空间进行酶反应

基本信息

批准号：
20031022
负责人：
後藤雅宏
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

イオン液体は溶媒物性のチューニングが可能な溶媒であり、その化学構造設計により高極性かつ疎水性という極めて特異な溶媒物性を示すことが可能な溶媒である。このようなイオン液体は水、有機溶媒に次ぐ第3の溶媒として捉えられ、生体触媒の反応溶媒としても大変興味深い。本研究では、このような生体分子(タンパク質や酵素)に、イオン液体のナノ空局という新たな機能発現(反応)の場を与えることが目的である。逆ミセルは、非水系にナノオーダーの安定な微水環境を与えることができる。酵素やタンパク質に代表される生体分子は、おおむねナノオーダーの大きさを有しているため、生体分子をその殻の中に安定に可溶化できる。これら分子集合体が作り出す特異環境は、バルクの水中と大きく異なる性質を有しているため、取り込まれた酵素やタンパク質の特異機能発現の場として有効であると考えられる。本研究では、種々のイオン液体中で安定な逆ミセルを設計し、クリーンで高効率な環境調和型の酵素変換反応を検討した。イオン液体中に逆ミセルを形成し、その内水相に酵素を可溶化するというアプローチである。アルキル鎖が長く十分に疎水性の高いイオン液体(C8bmim)を合成し、1-ヘキサノールを補助溶媒として加えると、イオン液体に界面活性剤AOTが溶解した。ここに微量の水を添加するとAOTの自己集合によって水がイオン液体に均一に分散したイオン液体中逆ミセルが形成された。逆ミセルのWo値(Wo=[水]/[界面活性剤])の増加に伴いミセル粒径が増大することを動的光散乱法(DLS)によって確認した。このイオン液体逆ミセルには様々な酵素やタンパク質を可溶化することができ、内水相に封入された酵素が高い触媒機能を発現することを確認した。

离子液体是物理性质可调节的溶剂，根据其化学结构设计，可以表现出极其独特的高极性和疏水性溶剂物理性质。此类离子液体被认为是继水和有机溶剂之后的第三类溶剂，并且作为生物催化剂的反应溶剂也非常令人感兴趣。本研究的目的是以离子液体纳米腔的形式为此类生物分子（蛋白质和酶）提供功能表达（反应）的新领域。反胶束可以为非水体系提供纳米级稳定的微水环境。由于酶和蛋白质等生物分子通常具有纳米级尺寸，因此它们可以稳定地溶解在壳内。这些分子组装体创造的独特环境具有与散装水显着不同的特性，因此被认为是掺入的酶和蛋白质表达其特定功能的有效场所。在本研究中，我们设计了在各种离子液体中稳定的反胶束，并研究了清洁、高效、环保的酶转化反应。该方法涉及在离子液体中形成反胶束并将酶溶解在内部水相中。当合成具有长烷基链和足够高疏水性的离子液体(C8bmim)并添加1-己醇作为共溶剂时，表面活性剂AOT溶解在离子液体中。当加入少量水时，AOT在离子液体中自组装形成反胶束，水均匀分散在离子液体中。通过动态光散射(DLS)证实，随着反胶束Wo值(Wo=[水]/[表面活性剂])的增加，胶束粒径增大。我们证实，各种酶和蛋白质可以溶解在这种离子液体反胶束中，并且封装在内部水相中的酶表现出高催化功能。