محققان دانشگاه اصفهان با بهره‌گیری از نانوصفحات اکسید گرافن موفق به بهبود عملکرد کاتالیستی و پایداری آنزیم پرکاربرد در صنایع غذایی، کشاورزی و تولید کاغذ شدند.

آنزیم‌های مصنوعی

به گزارش پی اچ دی آزمون به نقل از ایسنا، آنزیم به کاتالیستی اطلاق می‌شود که سرعت فرایندهای زیستی را افزایش می‌دهد. مهندسی آنزیم در واقع اصلاح آنزیم‌ها است به نحوی که در عملکرد آن بهبود حاصل شود.

یکی از خصوصیات آنزیم‌ها عمر کوتاه آنها است که می‌توان با اصلاح آن و یا به عبارتی با مهندسی آنزیم بر این عیب غلبه کرد. در سال‌های گذشته از مواد گوناگونی از جمله ذرات مغناطیسی، مواد پلیمری و نانولوله‌های کربنی جهت مهندسی آنزیم و افزایش کارایی آن‌ها استفاده شده است.

دکتر اصغر طاهری کفرانی عضو هیات علمی دانشگاه اصفهان و از محققان این طرح تحقیقاتی با اشاره به آنزیم زایلانار و کاربردها و محدودیت‌های آن گفت: آنزیم زایلاناز در فرایندهای صنعتی مختلفی مانند شفاف‌سازی آب میوه، رنگ‌زدایی خمیر کاغذ، بهبود خمیر نان، شیرین‌کننده‌ نوشابه و کمک به استخراج روغن از گیاهان کاربرد دارد.

وی عمر کوتاه، پایداری کم، بازیابی مجدد دشوار و فرایند خالص‌سازی پرزحمت محصول، از محدودیت‌های اصلی آنزیم‌ها نام برد و یادآور شد: از این ‌رو هدف اصلی از این پژوهش اصلاح آنزیم است، به‌ نحوی‌که عمر آنزیم افزایش ‌یافته و بازیابی آن نیز آسان شود. روش اصلاح آنزیم در این پژوهش بر پایه تثبیت آنزیم بر روی نانوحامل بوده است.

کفرانی، خاطرنشان کرد: آنزیم تثبیت شده پایداری بالاتری نسبت به آنزیم آزاد و هزینه‌ سنتز پایین‌تری نسبت به دیگر روش های تثبیت آنزیمی دارد. همچنین استفاده از این آنزیم در صنایع مختلف، اثرات جانبی مضر و سمی نخواهد داشت.

این محقق، کوچکی و نظم صفحات گرافن و همچنین ظرفیت بالای اتصال گروه‌های کربنی و مساحت سطح بالای آنها موجب شده است از این ماده به ‌عنوان بستر تثبیت آنزیم استفاده شود. به ‌علاوه نانو ذرات مغناطیسی اکسید آهن جهت اعطای قابلیت بازیابی و استفاده مجدد به آنزیم اضافه شده است.

وی با اشاره به مراحل اصلاح و بررسی عملکرد آنزیم زایلاناز یادآور شد: برای این منظور ابتدا با تبدیل صفحات گرافیت به گرافن اکسید به‌وسیله‌ واکنش هامر و مغناطیسه کردن بستر توسط نانوذرات اکسید آهن، تغییراتی در سطح ایجاد کردیم. آنزیم به‌وسیله‌ گروه‌های سیانوریک کلراید به صورت کووالانسی بر بستر متصل شد.

عضو هیات علمی دانشگاه اصفهان اضافه کرد: در طول مراحل سنتز از روش‌های میکروسکوپی SEM و TEM و سایر روش‌ها جهت بررسی مواد سنتز شده استفاده  و شرایط بهینه‌ دمایی و pH با فعالیت بیشینه آنزیمی برای هر دو آنزیم آزاد و تثبیت شده تعیین شد.

وی اظهار کرد: نتایج نشان داده‌اند که آنزیم اصلاح شده در دمای ۶۰ درجه سانتیگراد بیشترین فعالیت و پایداری خود را به نمایش می‌گذارد. همچنین این آنزیم در طی سه ماه و نیم نگهداری در دمای ۴ درجه سانتیگراد، ۷۰ درصد فعالیت کاتالیتکی خود را حفظ کرده است.

این محقق اضافه کرد: از آنزیم تثبیت شده می‌توان طی ۱۰ چرخه فعالیت آنزیمی استفاده کرد به نحوی که میزان کاهش فعالیت آنزیم در استفاده مجدد محسوس نباشد. این نانوصفحات می توانند جهت تثبیت آنزیم‌های دیگر نیز مورد استفاده قرار گیرد.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های دکتر اصغر طاهری کفرانی و دکتر امیر لندران اصفهانی از اعضای هیأت علمی دانشگاه اصفهان و شیما محمدی و مریم رویوران دانشجویان کارشناسی ارشد این دانشگاه است و نتایج این کار در مجله‌ Chemical Engineering Journal (جلد ۲۸۸، سال ۲۰۱۶، صفحات ۴۱۴ تا ۴۲۲) به چاپ رسیده است.