模拟酶催化的“活性”/可控自由基聚合及功能材料的应用

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sangyilin
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生物催化剂的出现丰富了聚合方法,并为生物医用材料的合成开辟了一个绿色的平台。由于酶可以在室温下展现良好的催化性能,能够催化“活性”/可控自由基聚合,制备分子量可控,分子量分布指数窄,结构明确的聚合物,因此酶促“活性”/可控自由基聚合是构造聚合物很有效的手段。然而,由于比较昂贵的价格、苛刻的使用条件以及难以纯化等因素使得酶催化剂应用大大受到了限制。基于酶催化剂的这些限制因素,酶固定化技术应运而生。过氧化物酶、葡萄糖氧化酶以及脂肪酶等都可以采用各种各样固定化技术增加循环使用次数和回收率。但是在酶的固定化过程中,酶的活性通常会不可避免的损失,这同样也会降低酶的催化效率。模拟酶是一类具有酶活性的人工合成材料。大多数情况,模拟酶充当非均相催化剂角色,因此为催化剂循环利用,提高回收率提供了潜在的可能。基于以上背景,我们首先利用活性中心为卟啉铁的次血红素六肽催化原子转移自由基聚合(ATRP)合成可以递送基因的非病毒聚合物载体。同时将模拟酶的应用拓展到可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)上,并合成一系列结构可控的聚合物。我们分别以固定化的南极假丝酵母脂肪酶B(N435)和有过氧化物酶活性的次血红素六肽(DhHP-6)为催化剂,利用双官能团引发剂2-羟基溴代异丁酸乙酯(HEBi B)通过酶促开环聚合(eROP)和酶促原子转移自由基聚合(eATRP)合成嵌段聚合物聚己内酯-b-聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PCL-b-PGMA)。随后,通过亲核试剂乙醇胺(EA)与聚合物侧链的环氧基反应,得到聚阳离子。两亲性聚合物在水中可以自组装成为核-壳结构,并且通过静电作用将质粒(pDNA)进行压缩,用来进行基因递送。为了进一步拓宽模拟酶催化“活性”/可控自由基聚合的应用范围,同时制备出性能更优异,结构更加可调的模拟酶材料,我们合成出有机-无机杂化纳米花材料—磷酸铜牛血清白蛋白纳米花(BSA-Cu3(PO42·3H2O),并利用其过氧化物酶活性与还原性底物作用产生自由基,最终用来引发RAFT聚合。这种方法不但解决了游离酶易于吸附到聚合物和难以重复利用的问题,也丰富了RAFT聚合的方法,提供一种绿色,简便的自由基聚合方法。最后,我们利用猪胰脂肪酶(PPL)代替牛血清白蛋白(BSA)制备出磷酸铜猪胰脂肪酶纳米花(PPL-Cu3(PO42·3H2O)。相比于游离PPL,得到的杂化材料拥有更高的温度稳定性以及更高的重复利用次数。这种利用磷酸铜纳米花固载酶构筑非均相催化剂是一种十分有效且普适的手段,并且为工业化的应用提供可能。
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