酶纳米凝胶结构设计与可控聚合的理论和方法

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基本信息

  • 批准号:
    21036003
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    240.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0812.生物化工与合成生物工程
  • 结题年份:
    2014
  • 批准年份:
    2010
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2011-01-01 至2014-12-31

项目摘要

酶纳米凝胶可提高酶在高温和有机溶剂中的稳定性,并赋予其丰富的材料可设计性和加工性,有望成为构筑生物催化过程的结构模块(Biocatalytic building block)。本项目研究水相原位聚合制备酶纳米凝胶的结构设计、可控和规模化制备的原理和方法,着重研究该过程中1)在酶表面引入单体或者引发剂时,修饰位点选择、修饰基团可及度调控与活性位点保护;2)流场中单体围绕酶形成纳米组装结构的驱动机制与强化途径;3)酶表面引发聚合反应的化学调控新机制;4)流场流动和传质行为对聚合反应的影响与调控机制。本研究选择脂肪酶、辣根过氧化物酶和绿色荧光蛋白为样品酶体系,运用计算流体力学、分子模拟、多维结构表征从分子水平揭示酶纳米凝胶形成过程各步骤的微观机制,并与基因工程、有机化学和化学工程的理论和方法相结合,提出酶纳米凝胶结构设计与可控聚合的原理和方法,为纳米结构酶制剂的设计和应用提供理论指导和技术支持。

结项摘要

本项目通过研究纳米酶催化剂结构设计和可控聚合的理论和方法,发展适于工业生产操作的纳米酶催化剂,取得的主要创新性成果如下:.1.建立了一种制备水相原位聚合制备磁性纳米酶凝胶颗粒通用性方法。首先将磁性纳米颗粒表面修饰上静电基团和可聚合基团,通过静电吸附酶分子,再引发聚合形成凝胶网络而将酶包覆在颗粒表面。该方法不需要对酶进行修饰,利用磁场实现酶催化剂操作和复用。.2.建立了一种制备有机相温敏性纳米酶催化剂通用性方法。首先对有机相温敏性高分子进行端基修饰,然后与酶分子氨基酸基团反应形成结合物。在反应温度下酶催化剂分散在有机溶剂中,其表观活性比自由酶提高1-2个数量级;通过降温沉淀可回收酶催化剂。.3.提出了多种纳米酶催化剂结构形成和可控聚合新方法:包括①原位引发水相原子转移自由基聚合制备结构均一性酶纳米凝胶;②包埋法制备机械拉伸型酶凝胶;③自组装法制备酶-金属有机骨架材料纳米颗粒; ④自组装法制备空间可控分布双酶-无机纳米颗粒;⑤冻干法制备底物和PEG印迹酶纳米凝胶;⑥二硫键法制备人血清白蛋白纳米颗粒等。.4.揭示了纳米结构强化酶催化的新机制:①通过GMA修饰提高脂肪酶(CRL)活性区域疏水性可增强其表观活性; ②金属有机骨架材料可呈现底物亲和性;③PEG和底物印迹可提高酶在有机溶剂中的表观活性;④双酶空间有序分布可强化中间产物传递,提高催化剂总活力;⑤包覆在蛋白质表面的PEG链可抑制水分子攻击,提高蛋白质热稳定性。.5.建立了螺旋管反应器“一锅法”连续制备酶纳米凝胶反应装置;研究了同轴毛细管、气-液-液微通道以及微搅拌器等装置中流体流动、混合及其强化机制,为其用于连续化制备纳米酶催化剂提供了过程工程基础。.6.提出了采用纳米结构酶催化剂合成精细化学品新工艺:包括①采用温敏性纳米酶催化剂合成戊柔比星、苯甘氨酸甲酯; ② 采用底物印迹、底物/PEG共印迹酶纳米凝胶合成氯霉素棕榈酸酯等。与相应化学合成工艺相比,采用纳米酶催化剂的缩短了合成路线,提高了转化率和收率,显示出其在精细化学品领域的良好前景。..已发表SCI收录论文25篇(IF>6论文8篇),邀请综述3篇,英文专著章节2章;获中国发明专利授权1项,公开3项;国际学术会议邀请报告5次;举办国际学术研讨会1届。入选长江学者1名,北京市高校青年英才计划1名;培养博士后1名、博士生7名、硕士生2名。

项目成果

期刊论文数量(34)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Rapid Detection of Phenol Using a Membrane Containing Laccase Nanoflowers
使用含有漆酶纳米花的膜快速检测苯酚
  • DOI:
    10.1002/asia.201300020
  • 发表时间:
    2013-10-01
  • 期刊:
    CHEMISTRY-AN ASIAN JOURNAL
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Zhu, Lin;Gong, Lu;Zare, Richard N.
  • 通讯作者:
    Zare, Richard N.
Substrate imprinted lipase nanogel for one-step synthesis of chloramphenicol palmitate
底物印迹脂肪酶纳米凝胶一步合成氯霉素棕榈酸酯
  • DOI:
    10.1039/c3gc40465j
  • 发表时间:
    2013-01-01
  • 期刊:
    GREEN CHEMISTRY
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Wang, Rui;Zhang, Yifei;Liu, Zheng
  • 通讯作者:
    Liu, Zheng
Human serum albumin (HSA) nanoparticles stabilized with intermolecular disulfide bonds
用分子间二硫键稳定的人血清白蛋白 (HSA) 纳米颗粒
  • DOI:
    10.1039/c3cc38397k
  • 发表时间:
    2013-01-01
  • 期刊:
    CHEMICAL COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Wang, Wentan;Huang, Yanbin;Cheng, Yi
  • 通讯作者:
    Cheng, Yi
One-Pot Synthesis of Protein-Embedded Metal-Organic Frameworks with Enhanced Biological Activities
一锅法合成具有增强生物活性的蛋白质嵌入金属有机框架
  • DOI:
    10.1021/nl5026419
  • 发表时间:
    2014-10-01
  • 期刊:
    NANO LETTERS
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Lyu, Fengjiao;Zhang, Yifei;Liu, Zheng
  • 通讯作者:
    Liu, Zheng
Design and synthesis of lipase nanogel with interpenetrating polymer networks for enhanced catalysis: Molecular simulation and experimental validation
具有互穿聚合物网络的脂肪酶纳米凝胶的设计和合成以增强催化作用:分子模拟和实验验证
  • DOI:
    10.1016/j.molcatb.2012.11.017
  • 发表时间:
    2013-04-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MOLECULAR CATALYSIS B-ENZYMATIC
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Du, Mingliu;Lu, Diannan;Liu, Zheng
  • 通讯作者:
    Liu, Zheng

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  • 发表时间:
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    --
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  • 通讯作者:
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其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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