论文作者：杨孝莲，指导教师：沈卫阳
所属学院：理学院，二级学科：工业药学
01导师说
感谢研究生院的精心组织！感谢杨孝莲同学为此论文工作付出的努力和汗水！感谢王琛老师的悉心指导与大力帮助！本论文选择葡萄糖氧化酶（GOx）和辣根过氧化物酶（HRP）作为级联酶的组成，以介孔聚合物纳米微球为固定化载体，籍其表面改性和表面原位封装技术的研究，来探究其在固定化酶后对酶活性和稳定性的影响。在后续的研究中，基于介孔聚合物纳米微球（Ps），通过接枝3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）对Ps进行改性（Aps）以增加其表面的氨基数量。改性后的APs仍保留了原有的介孔结构，级联酶既通过静电吸附固定在介孔内，又借助1-乙基-3-（3-二甲氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺（EDC/NHS）的活化而共价固定在APs表面。另外，通过静电吸附将酶固定在介孔聚合物纳米微球表面，在其表面原位封装COFs壳，构建核-壳型固定化酶体系（GOx&HRP@TpBD/Ps），保持了固定化酶分子的高生物催化活性，此外，我们还尝试了所构建的两种新型固定化酶体系在细胞内葡萄糖检测的应用。目前，拟在固定化酶的表面封装红细胞膜并表面修饰透明质酸，探究pH响应型级联酶纳米药物递送系统的制备及其在肿瘤饥饿治疗中的应用。
由于我们的学识与认知水平有限，还请各位老师与同学多多指正，谢谢！
02 作者说
我是这篇题为《基于新型介孔纳米材料的多酶级联催化纳米反应器的设计与制备》的硕士论文作者。非常荣幸能够在这里，与大家分享我的研究成果和心路历程。
本研究聚焦于如何通过纳米技术和材料科学的前沿进展，解决生物催化系统中存在的瓶颈问题，特别是针对脆弱天然酶的保护与其高效利用的问题。而介孔纳米材料，因其独特的孔道结构、高比表面积和良好的生物相容性，为我们解决这些问题提供了一个新的视角。
在本研究中，我们首先研究了分级介孔COFs作为固化酶载体的催化活性。COFs的纳米限域环境显著增强了级联酶的催化活性和对恶劣环境的适应性。固化酶的催化动力学数据结果表明，与游离酶相比，纳米约束的存在显著缩短了级联催化反应达到平衡的时间。此外，与游离酶相比，固定化酶的KM值减少了近三倍。
另外，我们还制备了一种单分散介孔聚合物纳米微球作为固化酶载体。其酶催化动力学实验结果表明该纳米反应器能够显著加快酶反应的初始催化速度，缩短反应到达平衡的时间，但是由于级联酶与纳米微球之间采用是物理吸附的结合方式，彼此之间仅有的静电相互作用太弱，导致级联酶在固定化一段时间后就会从介孔孔道中浸出，因此介孔聚合物纳米微球很难在苛刻环境中长时间保护级联酶不受外界环境的干扰。为此，后续有必要考虑对介孔聚合物纳米微球进行共价修饰，从而增强级联酶被固定在纳米微球载体上的牢固性，以减少酶的浸出问题并提高固化酶的生物催化活性。
回顾整个研究过程，我深刻体会到了科研工作的艰辛与乐趣。从最初的文献调研到实验设计，再到数据的收集与分析，每一步都充满了挑战与收获。我衷心感谢我的导师沈卫阳老师和王琛老师的悉心指导，以及实验室同学们给予的支持与帮助，也感谢学校提供的良好科研环境和资源。
最后，衷心感谢各位评审、专家及同行的指导和支持，也期待与各位在未来的研究中继续交流与合作，共同推动纳米技术和生物催化领域的发展。
谢谢大家！
03 硕士论文简介
酶作为一种自然界具有高效性、专一性和温和反应条件的天然生物催化剂，在医疗、纺织和农业等诸多领域获得了广泛的应用。然而在各种极端因素如pH、温度和有机溶剂等的影响下，酶的活性往往会有所改变，从而影响其催化产率。将酶与介孔纳米材料结合在保证了酶能够重复利用的同时，还能在一定程度上提高酶的稳定性，并且为酶的深入应用开辟了广泛的前景。
本研究构建制备了一种以层次介孔COFs为固化酶载体材料的纳米反应器用于级联酶催化，对其催化能力的评估结果表明固化酶的KM值相比于游离酶降低了近三倍。通过对其催化活性增强的机理研究发现，将酶限域在层次介孔COFs中的小孔中，不仅能够减少外周环境对酶的干扰还能提高酶反应的局部底物浓度，减少中间产物的扩散距离，较大程度提高了酶的催化活性。同时基于简单的静电吸附作用将级联酶固定在介孔聚合物纳米微球之中发现，由于介孔微球与酶之间的弱相互作用使得被固定在介孔微球中的酶在短时间内显示出较高酶活性，但随着固定时间的延长很快就浸出到溶液中。由此得出，为了提高其牢固性，后续将载体进行共价修饰后，来探讨酶活性的增强效应是很有必要的。
学术成果
1. Yang X, Li L, Zhang T, et al. GC-MS-Based Serum Metabolomic Investigations on the Ameliorative Effects of Polysaccharide from Turpiniae folium in Hyperlipidemia Rats[J]. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2021, 9180635.
2. Yang X, Tan Z, Sun H, et al. Fabrication of Hierarchical Nanoreactor based on COFs for Cascade Enzyme Catalysis[J]. Chemical Communications, 2022, 58(24): 3933-3936.
