The feasibility of nanomaterials for immobilizing enzymes utilized in biocatalysis

Abstract

Enzymer har blitt brukt for å katalysere kjemiske reaksjoner en tid. Selv om enzymer har vist seg å være veldig effektive for noen synteser, har bruken av enzymer i syntetisk kjemi vært begrenset på grunn av begrensninger forbundet med enzymer. Den nylige fremtredenen av nye nanomaterialer og nanopartikler har gjenopplivet interessen for kjemoenzymatisk syntese. Denne oppgaven ser på bruken av nanomaterialer og nanopartikler for å immobilisere enzymer. Fokuset er rettet spesielt mot bærekraft, "grønnhet" og indstriell brukbarhet. Nanobiokatalyse er funnet å ha et lovende potensial. Nano-immobiliserte enzymer viser ofte opprettholdt eller forbedret kinetikk, enklere separasjon for reaksjonsblanding og holdbarhet og gjenbrukbarhet. Dette gjør dem overlegne ovenfor frie enzymer. Den mest tydelige ulempen med nano-immobiliserte enzymer er deres kostnad, og derfor er bruken av nanobiokatalyse på en industriell skala beskjeden. Det er dog forventet en reduksjon i nanomaterialers produksjonskostnad, og følgelig også en økning i industrielle bruksområder i fremtiden.

Enzymes have been used to catalyse chemical reactions for some time. Even though enzymes have proved to be very effective for some syntheses, the use of enzymes in synthetic chemistry have been limited due to limitations inherent to enzymes. The recent emerge of new nanomaterials and nanoparticles has reawakened the interest for chemoenzyatic synthesis. This thesis looks at the use of nanomaterials and nanoparticles to immobilize enzymes. Enzymes and relevant nanomaterials and nanoparticles will be reviewed as well as some immobilizing methods. The focus is shifted towards sustainability, "greenness", and industrial applicability. Nanobiocatalysis is found to have a promising potential. Nano-immobilized enzymes often show retained or improved kinetics, improved ease of separation from reaction mixture, and durability and reusability. This makes them superior to free enzymes. The most apparent disadvantage of nano-immobilized enzymes is their cost and therefore there is still modest use of nanobiocatalysis on a industrial scale. However, there is expected a reduction in nanomaterial production cost and consequently an increase in industrial applications in the future.