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  隨著綠色化學和可持續發展理念的推進，酶催化反應作為一種溫和、高效、無毒、高選擇性的技術，已廣泛應用于食品、制藥及化工等領域。然而，酶的不穩定性和高成本一直是制約其應用的關鍵瓶頸。為了解決這一問題，酶固定化技術成為提高酶穩定性和可回收使用性的重要手段。酶固定化的載體和方法對固定化酶的性能具有決定性的影響。大多數已報道的酶固定化載體存在不可降解、結合位點少以及尺寸限制等缺點，因此開發綠色高效的酶固定化載體是亟需解決的問題。纖維素是地球上最豐富的生物高分子，纖維素納米晶（CNCs）是從天然纖維素中提取的具有高結晶度的棒狀納米纖維。CNCs具有許多優異的特性，例如廣泛且低成本的原料來源、可再生性、可降解性、大比表面積以及出色的皮克林（Pickering）乳化能力等，這使CNCs成為一種非常有前景的酶固定化納米載體。酶固定化方法對酶的活性和可重復使用性也至關重要。受自然界中貽貝的啟發，多巴胺氧化自聚合形成聚多巴胺（PDA）是一種可以對多種材料進行表面改性的簡便且通用的方法。PDA含有豐富的兒茶酚和胺基，可通過邁克爾加成反應和席夫堿反應作為酶共價固定的結合位點。PDA涂層的黏附性以及靜電吸附作用可以進一步促進酶的物理固定。因此，PDA涂層是一種很有潛力的酶固定化方法。

  酶催化的另一挑戰在于大多數酶只能在水相中分散，而其部分底物不溶于水，導致雙相體系中酶與底物相互作用不足、傳質受限。脂肪酶作為典型例子，具有界面激活特性，其在油水界面“蓋子”結構打開，活性顯著增強。因此，構建乳液體系增大油水界面的面積可有效提升酶催化效率。相比傳統表面活性劑穩定的乳液，Pickering乳液更具環境友好性和高乳液穩定性。此外，酶還可以通過固定化酶載體作為皮克林乳化劑固定在油水界面上。溶解在油相中的底物分子可以直接與位于Pickering乳液油水界面的固定化酶的催化中心接觸，顯著提高酶的活性。皮克林界面生物催化（Pickering interface biocatalysis PIB）已成為雙相酶催化反應的一個極具前景的催化平臺。

圖1.（A）通過PDA制備CNC固定化脂肪酶（LPC）和（B）Pickering界面脂肪酶生物催化示意圖。

1.LPCs的制備和表征

圖3.（A）CNC、PC、LPC和脂肪酶的FTIR光譜、（B）XRD圖、（C）TGA圖；（D）DLS流體動力直徑分布圖；（E）CNC、PC、LPC和脂肪酶的XPS光譜；CNC、PC、LPC和脂肪酶的（F）C 1s，（G）N 1s和（H）O 1s高分辨率XPS光譜；（1）PC與脂肪酶質量比對脂肪酶固定化效率和產率的影響

2.LPC的活性和穩定性

3.LPC的乳化性能

圖8.（A）FITC標記的LPC穩定的Pickering乳液的光學顯微鏡圖像和（B-C）CLSM圖像；（D）LPC穩定的二十二烷皮克林乳液的光學顯微鏡圖像和（E-F）SEM圖像。

4.LPC在Pickering界面生物催化中的應用

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acssuschemeng.4c07051

  Lili Li#, Xiaojing Wang#, Yali Hu, Wang Sun, Yugao Ding, Nisha He, Guofu Zhou, Zhen Zhang*. Cellulose Nanocrystal-Immobilized Lipase for Pickering Interface Biocatalysis. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2024.

作者簡介

張振，華南師范大學華南先進光電子研究院副研究員，華南師范研究生院副院長，借調周口師范學院校長助理，華東理工廣東校友會副會長，化學會纖維素專委會委員，ACS Sustainable Resource Management青年編委，主要研究納米纖維素的制備、功能化改性和應用，功能復合高分子材料，生物質可降解材料等。在Advanced Functional Materials，Chemical Engineering Journal, Carbohydrate Polymers, ACS Applied Materials & Interfaces, ACS Sustainable Chemistry & Engineering, Science China Materials等期刊發表一作和通訊作者學術論文40篇，論文被引用超過2755次，H指數30；授權專利16項。