[发明专利]一种用纤维素酶原位修饰金芯片的方法有效

专利信息
申请号: 201811053640.3 申请日: 2018-09-04
公开(公告)号: CN109239182B 公开(公告)日: 2021-02-09
发明(设计)人: 宋君龙;王沛沛;杨益琴;吴淑芳;王志国;任浩;金永灿;戴红旗 申请(专利权)人: 南京林业大学
主分类号: G01N29/02 分类号: G01N29/02;G01N5/00;G01N21/552
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 210037 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 纤维素酶 原位 修饰 芯片 方法
【说明书】:

发明涉及纤维素酶原位修饰金芯片的方法。石英晶体微天平(QCM)和表面等离子体共振仪(SPR)技术是实时、原位研究生物大分子在固体界面的吸附是重要工具,前者同时检测石英晶体频率的变化(对应感应器上的重量)和吸附层的能量耗散值(对应感应器上薄膜的结构)的变化,后者只研究“干物质”的变化。传统的研究纤维素酶与底物的方法是把底物固定在QCM或SPR芯片上,然后把纤维素酶作为流动相通过,以研究二者的相互作用。本发明运用原位修饰的方法,把纤维素酶结合到金芯片上,构筑了表面均匀的纤维素酶薄膜,拓宽QCM或SPR的应用范围来研究纤维素酶与体系中其他高分子的相互作用。

技术领域

本发明涉及纤维素酶原位修饰金芯片的方法,属于仪器分析领域。

背景技术

根据国际能源机构(IEA)的定义,生物质(biomass)是指通过光合作用而形成的各种有机体,包括所有的动植物和微生物。生物质能则是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式,它一直是人类赖以生存的重要能源之一,是仅次于煤炭、石油、天然气之后第四大能源,在整个能源系统中占有重要的地位。

当今社会,全球经济高速发展,对各种能源需求也日趋增加,而这些能源大多是由煤矿和石油提供的。一方面,化石燃料的炼制过程中会带来一些环境污染问题。另一方面,化石、煤炭、天然气等能源储量有限而且不可再生。在资源能源匮乏的今天,生物质转化已经成为了目前研究的热点。科学家力图寻找一种新型可再生的,可持续发展的生物材料来代替石油材料和塑料材料。于是人们把目光转向了可再生的木质纤维素。纤维素是木质纤维素的重要成分,是生物圈中的最丰富的生物聚合物,它来源广泛、种类众多。它可以在纤维素酶的作用下降解产生低聚糖和单糖,然后进一步发酵成乙醇燃料和其它化学品。目前的工业化生产燃料乙醇技术绝大多数是以粮食作物为原料的第一代生物乙醇技术,从长远来看具有规模限制性和不可持续性,另外还可能造成国际粮价大涨。以木质纤维素为原料的第二代生物燃料乙醇技术是决定未来能否大规模替代石油的关键,不仅可以达到节粮代粮的目的,而且可以实现资源的永续利用,符合可持续发展和循环经济的要求。

纤维素酶是指可以用来分解晶体纤维素的酶,因为纤维素的结构是很复杂的,由多种多糖分子结合而成,因此纤维素酶也并不是单一的酶类,而是由可以分解这几种多糖的酶复合而成的,一般纤维素酶都是内切葡聚糖酶,外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶这几种酶组成的一个酶系,晶体纤维素在这几种酶的协调作用下才能被分解掉。而植物细胞壁的主要成分就是纤维素,因此纤维素酶可以分解大多数植物的细胞壁。

木质纤维原料生物法制取乙醇主要包括原料预处理、纤维素酶制备、纤维素水解、糖液发酵四个关键技术,其难点在纤维素水解和糖液发酵。这是由技术和经济两方面原因决定的,我们可以从纤维素的预处理和提高酶解工艺两方面解决这一难题。因此更好的理解酶在纤维素表面的吸附和解吸规律将有助于提高酶的效率、减少酶的用量、以及提高酶的回收效率。

纤维素的酶解是一个非常复杂的过程,它与纤维种类、纤维素酶种类和用量、以及相互作用环境有关。对底物而言,木质素、半纤维素的含量、底物颗粒的大小、表面积、聚合度、以及纤维素的结晶度对酶解效率和速率都有极大的影响。对纤维素酶来说,纤维素酶的种类、组分、以及用量都会影响到吸附酶解作用。对环境而言还牵涉到pH、离子强度、以及酶解时间等。正是由于整个体系的复杂性,更需要我们进一步研究二者作用的过程。

石英晶体微天平(QCM)和表面等离子体共振仪(SPR)技术是研究生物大分子在固体界面的吸附是非常有利的工具,前者同时检测石英晶体频率的变化(对应感应器上的重量)和吸附层的能量耗散值(对应感应器上薄膜的结构)的变化,后者只研究“干物质”的变化。传统的研究纤维素酶与底物的方法是把底物固定在QCM或SPR芯片上,然后把纤维素酶左右流动相通过以研究二者的相互作用。

本发明涉及一种纤维素酶原位修饰金芯片的方法,把纤维素酶先固定在QCM或SPR芯片上,然后研究其他物质与纤维素酶的相互作用。

发明内容

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