文 献 综 述

1.1碳纳米管固定化酶研究现状

酶作为催化剂，具有高效性、专一性、反应条件温和等特点，广泛应用于食品、医药和化工等行业，从环保角度来看，在催化复杂或不稳定化合物反应时，酶被认为是理想的催化剂[1]。但游离酶因稳定性差、难以回收、易混入产品等缺点使其应用受到限制，通过物理或化学的方法将酶固定于载体后可以克服游离酶的弱点。固定化酶具有稳定性好、易从反应系统中分离、能重复使用、便于运输和贮存、有利于生产的连续化和自动化等优点，因而具有更广阔的应用空间[2]。

通过吸附、包埋进行微胶囊化或共价结合，使酶固定，增加酶的稳定性，使酶便于 从最终的反应介质中分离，可以使一些昂贵的催化剂重复使用。而酶固定化过程中如聚合物膜、有机聚合物、生物聚合物、水凝胶、智能聚合物等都是酶固定化的重要载体[3]。这些载体可分为无机载体和有机载体两大类，前者主要有硅藻土、硅胶、多孔玻璃、介孔分子筛等多孔无机材料；后者主要包括天然高分子载体（如海藻酸钠、纤维素、聚糖等）和合成有机高分子载体（如大孔树脂，合成纤维等）[4-6]。其中无机载体相比有机载体具有成本低、易回收再生、稳定性好、表面性质易调控等优势，是当前酶固定化载体的主要研究方向[7]。

而碳纳米管因其具有较大的比表面积、有序的纳米孔道结构、良好的力学、电学、热学性能、突出的化学稳定性、生物相容性和可控的表面官能化修饰等特性，使它在生物医药及催化载体应用方面有着巨大的潜力，作为一种新型高效的酶固定化载体，在生物、化学、材料、医学等众多领域获得了广泛关注[8-9]。

碳纳米管固定化酶通常可分为非共价固定和共价固定。非共价结合最简单的结合方式为直接的物理吸附，如Mubarak等[10] 将纤维素酶物理吸附在功能化的 MWNTs上，固定化酶保留了游离酶初始活性的97%，且经过六次循环，固定化酶仍然能保留52%初始活性。Arka Mukhopadhyay等人[11]通过单壁碳纳米管非共价结合嗜冷菌漆酶，使该固定化酶在4 ℃时活性和稳定性都有所提高。然而酶分子与载体非共价结合力不强，导致酶的固定化效率及稳定性降低，而且使酶在洗脱与反应时容易脱落。此外，酶固定化后其催化作用由均相转移到多相，由此带来的扩散限制效应、空间位阻、分配效应等对酶的催化特性有很大影响。

#183; 针对这些问题，近年来人们通过在碳纳米管上引入功能性基团，对其表面进行化学修饰，通过基团与酶的静电作用力、氢键、疏水或化学成键等作用，增强酶与载体的结合力，改善酶的催化特性，碳纳米管的表面修饰已经成了当前酶固定化研究的重要内容。如Shen等[12]将2-羟基-6-氧-6-苯基-2,4己二烯酸水解酶（BphD）共价结合到羧基功能化的SWNTs上，使固定化酶的活性和稳定性都有所增加。Liu等[13]将乙酰胆碱酯酶（AChE）共价固定在多壁碳纳米管/氧化石墨烯纳米带（MWCNTs/GONRs）上制得的生物传感器，具有检测重复性好，稳定性高的优点，且其线性范围从5nm到5000nm，检测限低至1.7nM。相比于游离酶，固定化酶的活性、热稳定性和重复使用性都得到显著提升。尽管通过表面修饰能够改善一些碳纳米管固定化酶的酶学特性，但目前仍然普遍存在一些问题，如固定化酶的稳定性和活性不够高；且当表面修饰基团与酶以化学键共价结合时，往往由于酶的三维构像及其柔性受到限制而影响酶活；此外，反应体系中普遍存在的扩散限制问题也会影响酶催化反应的效率。

1.2离子液体在酶催化中的应用

离子液体是指在较低温度（lt;100℃）下呈液态的、仅由阴阳离子组成的盐，它具有较宽的液体范围、很强的溶解性、较广的溶解范围、几乎无蒸汽压、有较好的热稳定性、化学稳定性等特点；此外，可以通过改变阴阳离子的结构来改变离子液体的亲水性、疏水性、黏性、熔点、密度等性质，设计合成具有适合某种反应或特殊分离需求的离子液体，因此，离子液体也被称”可设计性溶剂”；同时，离子液体由于具有对环境友好的特性又被称为”绿色”溶剂，已经在有机合成、分离过程、材料合成、催化等领域得到广泛应用[14-16]。