固定化酶微胶束与微乳液体系
化学先生 / 2019-08-05
微水有机溶剂体系可以通过改变热力学平衡，提高酶催化反应的产物收率，也有利于酶与产物的分离，但会引起酶活性的下降。
因为酶是蛋白质，在生物体系中的反应介质不是微水有机相，而是由生物大分子和水组成的复杂生物有机水环境。20世纪70年代初开始，人们试图用微胶束(micell) 来模拟酶在生物体系中的反应介质，以提高酶在微水有机介质中的催化活性。
微胶束是将表面活性利加人到水溶液中形成的。当表面活性剂的浓度超过临界胶束浓度(eritical micelle concentration, CMC)时，由于静电排斥作用，表面活性剂分子中的亲水离子“头”会朝外取向，而疏水的长链烃“尾”向内集聚，自发地形成球、柱或片状的微胶束。把一定浓度的表面活性剂加入到微水有机溶剂中，则会改变这种取向，使亲水的离子头向内，而疏水的烃基尾向外，将含有酶的直径为1~ 20nm的水珠包围起来，在有机相中形成反相微胶束或微乳液，恰似一个个微型的酶催化“反应器”。
这种微型反应器可以小到只包含一个酶分子，有机相中的反应底物能够穿过微胶束和酶接触，在微水环境中进行反应，形成的产物再穿过微胶束扩散到有机相。从微观上看，在微胶束体系中的酶催化反应是一个有序过程，尽管不能准确模拟酶在生物体系中所处的微环境，但在反应中可以防止有机溶剂和酶直接接触“争夺”微量水，从而保护酶分子在水相中具有足够的柔性，防止酶的活性下降。
此外，在临界胶束浓度下，体系的光、电物理化学性质会发生改变，可以根据酶和反应的差别，选择不同种类的有机溶剂和表面活性剂，构建微水有机溶剂胶束体系，便于采用各种现代物理方法研究酶催化的反应机理。临界胶束浓度(CMC) 一般在0.001~0.02mol/L,和表面活性剂的种类有关。
由于微胶束和微乳液是自发形成的，在热力学上很稳定，可以使酶基本保持在水溶液中的活性和稳定性。微胶束和微乳液体系中的酶催化反应不需要搅拌，酶催化活性除受温度和浓度梯度等热力学参数影响外，由于表面活性剂是带电的，也会产生分隔效应使体系的pH发生改变。水与表面活性剂的分子比是形成微胶束或微乳液的重要参数，有人认为当表面活性剂的浓度较高时形成微胶束，较低时形成微乳液;也有人认为，只要表面活性剂在水中的浓度超过临界胶束浓度，在疏水有机溶剂中形成微胶束还是微乳液，不存在明显界限。
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