酶作为生物催化剂，能够高效、高选择性地催化特定反应。在合成生物学中，通过设计或改造酶可以构建自然界不存在的代谢通路，生产高附加值化合物（如药物、生物燃料、精细化学品）。酶催化具有高效性、选择性、反应条件温和及环境友好型等优势，使其在合成生物技术和工业应用中广泛使用。

由于游离酶在工业应用中有其局限性，特定工艺条件稳定性不足，以及难以回收循环利用，导致生产成本较高。而固定化技术则是将酶从实验室转化为稳定、可操控的工业化的关键，固定化酶技术的开发和应用可以解决酶在反应体系中的分离困难、易于团聚而无法重复利用的问题，实现酶的持续催化效能和循环利用，从而极大的降低生产成本。

图1  游离酶和固定化酶反应示意图

(a)游离酶与底物的反应和产物的形成，必须通过透析分离；

(b)固定化酶与底物反应生成产物，产物可通过过滤或使用流化磁化床反应器系统分离[1]。

[1] Elnashar M. Review article: Immobilized molecules using biomaterials and nanobiotechnology[J]. J.Biomater. Nanobiotech., 2010, 1(1): 61-77.

固定化酶方法主要包括交联法、物理吸附法、包埋法、共价结合法。基于吸附法和共价结合法，蓝深科技开发了大孔吸附、环氧基、氨基固定化酶载体树脂，可用于不同类型酶的固定化。

图2  不同酶固定技术的比较[2]

[2] Kim K H, Lee O K, Lee E Y. Nano-immobilized biocatalysts for biodiesel production from renewable and sustainable resources[J]. Catalysts, 2018, 8(2): 68.

大孔吸附类固定化酶载体树脂具有高比表面积和发达的孔隙结构，通过范德华力、氢键、静电作用等物理作用，将酶分子吸附到树脂的表面或孔隙内，可以实现高效的酶固定化，提高酶的负载量。表面具有疏水性的吸附树脂，还可以与酶分子的疏水区域发生相互作用，增强吸附效果。通过改变树脂的类型、孔径、表面性质等，可以进一步优化酶的固定化效果和催化性能。吸附法固定化酶避免了化学修饰，且固定化过程通常条件温和，能够保持较好的酶活力。

图3  大孔吸附树脂固定化酶示意图

环氧基固定化酶载体树脂表面含有活性环氧基团，一个酶分子可以与单个或多个环氧基团发生反应，形成一个或多个共价键，多点固定可以显著提高酶的稳定性。共价结合使酶与树脂之间的连接非常牢固，酶不易脱落， 具有较高的稳定性，适用于不同的固定化溶液条件和复杂的工业生产环境，提高树脂循环使用性能。

图4  环氧树脂固定化酶示意图

氨基固定化酶载体树脂表面含有氨基，经戊二醛对树脂进行活化，戊二醛中的一个醛基与载体上的氨基反应形成Schiff碱使戊二醛共价固载于载体上，另一个未参与反应的醛基作为活性基团与酶分子的氨基反应形成Schiff碱结构，此结构在pH范围3-8中非常稳定，提供了单点或多点共价结合。此外，静电作用或氢键作用也可参与酶的固定化过程。环氧基和氨基载体具有可调的孔道结构，同时发挥物理吸附和共价结合的双重作用，提高固定化酶的载量和酶活力。

图5  氨基树脂固定化酶示意图

蓝深科技开发的系列固定化酶载体树脂具有高稳定性和重复使用性、易于功能化和表面改性、高负载量和固定化效率、广泛的应用范围以及易于分离和纯化等优势，在转氨酶和脂肪酶的固定化表现出优异的负载效果。

未来，蓝深科技将不断研究新型固定化酶载体树脂，进一步提高固定化酶活力和使用稳定性，针对客户不同种类酶以及反应体系定制化开发专用酶载体，为工业催化提供更高效、更低成本的生产解决方案。