[00882105]新型生物催化系统的构建及性能强化

该项目属化学工程领域。 在国家自然科学基金、河北省自然科学基金等的支持下，面向工业环境中生物催化与转化、高效生物催化剂的设计与制备、生物质资源高效利用及环境保护等方面的重大需求，以生物催化剂制备及催化过程高效强化为目标，创新载体结构调控方法和理论，构建高活性、强稳定性的生物催化系统；利用仿生矿化、界面组装、定向固定等技术，创建和发展固定化酶的高效制备途径，揭示固定化酶纳微环境与性能间的内在联系，阐明生物催化剂的环境适应机制；初步实现了典型高效生物催化系统的构建及其在生物质能源、高附加值精细化学品制备等领域的应用。主要科学发现点如下： 1）提出了依靠萌芽的油料作物种子构建生物催化系统的方法，并基于此实现原位自催化法合成生物质能源，揭示了种子萌芽过程中内部酶活性变化与油脂含量之间的关系，阐释了催化过程中物质传递与催化效率的适配规律及调控机制，实现了生物质能源的高效合成，为科学合理地选择生物系统制备生物质能源的反应路径、反应器类型及实现过程强化提供理论指导。 2）提出了构建三维有序大孔（3DOM）结构固定化酶生物催化系统的方法，通过调控固定化酶的微观结构及微环境有效提升了酶的活性及稳定性，阐释了固定化酶的“制备-结构-催化性能”间的关系，并实现了该催化系统中酶反应过程与底物、产物传递过程的高效协同，为3DOM固定化酶生物催化体系的理性构建、调控及催化反应过程的高效强化提供了理论基础和技术支持。 3）提出了构建新型纳米生物催化系统的方法，将仿生矿化、非水相吸附、定向固定化等技术用于新型纳米固定化酶的构建，并在此基础上，依靠界面自组装原理构建了微囊式生物催化系统，通过“界面活化”效应显著提高了酶的活性和稳定性，为该类型生物催化系统的设计、可控制备和工业应用提供了坚实的理论基础和技术支持。 在Energy & Environmental Science、Chemical Communications等期刊发表SCI论文25篇，其中单篇影响因子最高为25.427，8篇代表性论文SCI他引114次。研究成果得到了Chemical Society Reviews、Angewandte Chemie International Edition等国际知名期刊多次大篇幅引用和美国国家工程院院士K. Matyjaszewski、哈佛大学J. Aizenberg教授等知名学者的高度评价。相关研究工作获得授权中国发明专利5项。与江苏金茂源生物化工有限责任公司、陕西德融新能源股份有限公司等开展了生物酶催化剂的研发与催化合成生物柴油等方面的合作，实现了成果转化。第一完成人获河北省杰出青年科学基金支持，入选首批天津市创新人才推进计划、首批河北省青年拔尖人才、河北省“三三三人才工程”第三层次人选和河北省高校百名优秀创新人才。