پیشـرفت‌های صـورت گرفتـه در فناوری‌های پیشرفته و همگرا، علاقـه فزاینـده‌ای بـه توسـعه فرآیندهـای زیسـتی سـبز و پایـدار بـا اسـتفاده از آنزیم‌هـا به‌وجـود آورد.

آنزیم‌هـا، مبدل‌های زیستی طبیعـی هسـتند کـه واکنش‌هـای شـیمیایی را کاتالیـز می‌کننـد. آنهـا در مقایسـه بـا کاتالیزورهـای معدنـی، مزایایـی ماننـد اختصاصیـت و گزینش‌پذیـری بـالا، سـرعت واکنـش بـالا آن هـم در شـرایط واکنشـی ملایـم از نظـر pH و دمـا، مصـرف کـم انـرژی، حلالیـت در آب، زیسـت‌تخریب‌پذیری و عـدم تولیـد محصـولات جانبـی سـمی دارنـد.

از ایـن رو آنزیم‌هـا، زیست‌مبدل‌هایی ایـده‌آل و امیدوارکننده برای کاربردهـای شـگفت‌انگیز متعـددی در زمینه‌های مختلف هسـتند. امـروزه بیوکاتالیـز در حال تبدیل شـدن به یکی از ابزارهـای پیشـرو و قدرتمنـد زیسـت‌فناوری اسـت کـه تاثیـر صنعتـی و اجتماعـی عمیقـی در زمینه‌هایـی مانند سلامت، غـذا و تولیـد دارو، انـرژی زیسـتی ماننـد تولیـد سـوخت پایـدار و تولیـد سـلول‌های سـوخت زیسـتی، زیست پالایی، صنعـت نسـاجی و فرآیندهـای تبدیـل شـیمیایی دارد.

بـا وجود تمامی مزایـا، کاربردهای صنعتی آنزیم‌هـا اغلـب بـه دلیـل عـدم‌پایـداری و از دسـت دادن ثبـات سـاختاری در طـول فرآینـد عملیاتـی، مشـکل در بازیابـی و اسـتفاده مجـدد آنها کـه منجر بـه هزینه‌های عملیاتـی بـالا بـه‌ویـژه در مقیاس‌هـای بزرگ می‌شـود، با مشـکلاتی مواجـه بوده اسـت.

راهـکار غلبه بر ایـن موانع، تنظیم آنزیم بـر یـا درون یـک بسـتر پشـتیبانی‌کننده بـوده اسـت. کاربـرد تجـاری بیوکاتالیسـت‌ها بـه توسـعه روش‌هـای موثـر تثبیـت آنهـا و مـواد پشـتیبان نویـن بسـتگی دارد. ممکـن اسـت بـه دلیـل ایجـاد تغییـر در سـاختار طبیعـی آنزیم‌هـا طـی فرآینـد تثبیـت، فعالیـت آنزیـم کاهـش یابد اما فعالیت و پایـداری آنزیم را می‌توان از طریـق تثبیـت آنزیـم بـه روش بهینه حفظ کـرد و ارتقاء داد.

از ایـن رو مطالعـات گسـترده‌ای بـرای شناسـایی مناسـب‌ترین پروتـکل تثبیـت در حـال انجـام اسـت. رشـد سـریع فنـاوری نانـو، فرصت‌هـای فراوانـی را بـرای ترکیـب موفقیت‌آمیز آنزیم‌هـا با مواد نانوسـاختار مختلف ارائـه می‌کنـد و تعاملات هم‌افزاینـده زیسـت‌فنـاوری و نانوفنـاوری منجـر بـه پیشـرفت‌های نوآورانـه بیشـتری می‌شـود.

بسـترها و حامل‌هـای نانوسـاختار در مقایسـه با بسترهای توده‌ای، بـه دلیل سـطح ویژه بیشـتر برای بارگـذاری بیشـتر آنزیم‌هـا، کاهـش محدودیـت انتقـال جـرم، سـهولت تغییـرات سـطح، هندسـه منحصر بـه فرد و خصوصیـات وابسـته بـه انـدازه و شـکل، بسـترهای مناسـبی بـرای تثبیـت هسـتند و اسـتفاده از نانومـواد به‌ویـژه نانومـواد مهندسـی شـده و دارای گروه‌هـای عاملـی مناسـب بـرای ایـن هـدف، یـک اسـتراتژی نویدبخـش بـوده اسـت.

زیست‌مبدل‌های نانویی بسـترهای نانوسـاختار و نانوحامل‌هـای عامـل‌داری هسـتند که می‌تواننـد پایداری و قابلیت آنزیم را بهبود بخشـند، عملکرد آن را مهندسـی کنند و با ایجـاد یک ریزمحیط در اطـراف کاتالیزورهای آنزیمـی، کارایـی واکنـش را بـه حداکثـر برسـانند.

تثبیت آنزیم‌هـا درون یـا روی حامل‌هـای نانوسـاختار که معمولا از طریق جذب سـطحی، اتصالات و پیوندهای کووالانسی، بـه دام انداختـن و بـا درون‌پوشـانی انجام می‌شود، عمر ایـن نانوبیوکاتالیسـت‌ها را تـا حد زیـادی افزایش  و هزینـه فرایندهـای زیسـتی را کاهـش می‌دهـد.

بـرای تولیـد نانوبیوکاتالیسـت‌های دارای عملکردهـای جدیـد و پیشـرفته، لازم اسـت بیـن نانومـواد و آنزیـم مـورد نظـر هماهنگـی و سـازمان‌یابی مناسـبی وجـود داشـته باشـد و از طریـق اصلاح سـطح ایـن نانومـواد کاربردی مانند نانوالیاف، نانوصفحـات، داربسـت‌ها، نانولوله‌ها، نانوقفس‌هـا، نانـوذرات و نانوکامپوزیت‌هـا، بسـترهای متخلخل، نانومـواد کربنی و نانوگل‌ها شرایط تثبیـت فراهـم شـود.

فلـزات نجیـب، اکسـیدهای فلـزی، چارچوب‌هـای فلزی - آلـی و کمپلکس‌هـا نیـز از جملـه بسـترهایی هسـتند که برای این منظور اسـتفاده شده‌اند. این بسـترها بـا خصوصیـات فیزیکی و شـیمیایی منحصربـه‌فرد خود ماننـد رهایش قابـل کنتـرل فعال‌کننده‌های یونی و پاسـخ بـه تحریکات خارجـی می‌توانند برهمکنش آنزیم - بسـتر را تنظیـم کننـد و نهایتـا بـه افزایـش بی‎‌سـابقه‌ای در فعالیـت آنزیـم تثبیت‌شـده منجر شـوند.

*پژوهشگر حوزه بیوفیزیک دانشگاه تهران

منبع: isti.ir

#