[發明專利]一種用纖維素酶原位修飾金芯片的方法

有效

• 申請號: 201811053640.3
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109239182B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 宋君龍;王沛沛;楊益琴;吳淑芳;王志國;任浩;金永燦;戴紅旗
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G01N29/02
• 分類號: G01N29/02;G01N5/00;G01N21/552
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本發明涉及纖維素酶原位修飾金芯片的方法。石英晶體微天平(QCM)和表面等離子體共振儀(SPR)技術是實時、原位研究生物大分子在固體界面的吸附是重要工具，前者同時檢測石英晶體頻率的變化(對應感應器上的重量)和吸附層的能量耗散值(對應感應器上薄膜的結構)的變化，后者只研究“干物質”的變化。傳統的研究纖維素酶與底物的方法是把底物固定在QCM或SPR芯片上，然后把纖維素酶作為流動相通過，以研究二者的相互作用。本發明運用原位修飾的方法，把纖維素酶結合到金芯片上，構筑了表面均勻的纖維素酶薄膜，拓寬QCM或SPR的應用范圍來研究纖維素酶與體系中其他高分子的相互作用。

技術領域

本發明涉及纖維素酶原位修飾金芯片的方法，屬于儀器分析領域。

背景技術

根據國際能源機構(IEA)的定義，生物質(biomass)是指通過光合作用而形成的各種有機體，包括所有的動植物和微生物。生物質能則是太陽能以化學能形式儲存在生物質中的能量形式，它一直是人類賴以生存的重要能源之一，是僅次于煤炭、石油、天然氣之后第四大能源，在整個能源系統中占有重要的地位。

當今社會，全球經濟高速發展，對各種能源需求也日趨增加，而這些能源大多是由煤礦和石油提供的。一方面，化石燃料的煉制過程中會帶來一些環境污染問題。另一方面，化石、煤炭、天然氣等能源儲量有限而且不可再生。在資源能源匱乏的今天，生物質轉化已經成為了目前研究的熱點。科學家力圖尋找一種新型可再生的，可持續發展的生物材料來代替石油材料和塑料材料。于是人們把目光轉向了可再生的木質纖維素。纖維素是木質纖維素的重要成分，是生物圈中的最豐富的生物聚合物，它來源廣泛、種類眾多。它可以在纖維素酶的作用下降解產生低聚糖和單糖，然后進一步發酵成乙醇燃料和其它化學品。目前的工業化生產燃料乙醇技術絕大多數是以糧食作物為原料的第一代生物乙醇技術，從長遠來看具有規模限制性和不可持續性，另外還可能造成國際糧價大漲。以木質纖維素為原料的第二代生物燃料乙醇技術是決定未來能否大規模替代石油的關鍵，不僅可以達到節糧代糧的目的，而且可以實現資源的永續利用，符合可持續發展和循環經濟的要求。

纖維素酶是指可以用來分解晶體纖維素的酶，因為纖維素的結構是很復雜的，由多種多糖分子結合而成，因此纖維素酶也并不是單一的酶類，而是由可以分解這幾種多糖的酶復合而成的，一般纖維素酶都是內切葡聚糖酶，外切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶這幾種酶組成的一個酶系，晶體纖維素在這幾種酶的協調作用下才能被分解掉。而植物細胞壁的主要成分就是纖維素，因此纖維素酶可以分解大多數植物的細胞壁。

木質纖維原料生物法制取乙醇主要包括原料預處理、纖維素酶制備、纖維素水解、糖液發酵四個關鍵技術，其難點在纖維素水解和糖液發酵。這是由技術和經濟兩方面原因決定的，我們可以從纖維素的預處理和提高酶解工藝兩方面解決這一難題。因此更好的理解酶在纖維素表面的吸附和解吸規律將有助于提高酶的效率、減少酶的用量、以及提高酶的回收效率。

纖維素的酶解是一個非常復雜的過程，它與纖維種類、纖維素酶種類和用量、以及相互作用環境有關。對底物而言，木質素、半纖維素的含量、底物顆粒的大小、表面積、聚合度、以及纖維素的結晶度對酶解效率和速率都有極大的影響。對纖維素酶來說，纖維素酶的種類、組分、以及用量都會影響到吸附酶解作用。對環境而言還牽涉到pH、離子強度、以及酶解時間等。正是由于整個體系的復雜性，更需要我們進一步研究二者作用的過程。

石英晶體微天平(QCM)和表面等離子體共振儀(SPR)技術是研究生物大分子在固體界面的吸附是非常有利的工具，前者同時檢測石英晶體頻率的變化(對應感應器上的重量)和吸附層的能量耗散值(對應感應器上薄膜的結構)的變化，后者只研究“干物質”的變化。傳統的研究纖維素酶與底物的方法是把底物固定在QCM或SPR芯片上，然后把纖維素酶左右流動相通過以研究二者的相互作用。

本發明涉及一種纖維素酶原位修飾金芯片的方法，把纖維素酶先固定在QCM或SPR芯片上，然后研究其他物質與纖維素酶的相互作用。

發明內容