山西大学在生物催化方面取得新进展

近日，山西大学精细化学品教育部工程研究中心杨恒权教授团队与陕西师范大学王长号教授团队合作，在生物催化领域取得新进展，相关成果以“Co‐Confinement of Enzymes and Cofactors Within Pickering Droplet Derived Microreactors for Continuous Flow Catalysis”为题，发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。

手性醇、手性胺是制药工业中不可或缺的关键医药中间体。连续流动生物催化因其条件温和、后处理流程简化、易于工业放大等优势，在高附加值手性化学品的制备中广受学术界与工业界关注。然而，该类生物催化反应通常依赖于辅因子（如NADP+、PLP）的参与，其成本高且循环利用效率低。尽管已有研究提出了多种酶与辅因子的共固定化策略，但仍普遍存在辅因子固定效率与利用率偏低、催化稳定性不足等问题，限制了其在长周期连续运行中的应用。

针对这一挑战，研究团队构建了一种Pickering乳滴衍生微反应器（PDMRs），并将其用于酶与辅因子共限域的连续流动生物催化体系。该体系以Pickering乳液为模板，通过溶胶-凝胶过程制备具有多孔结构的微反应器，并将阳离子聚合物聚乙烯亚胺（PEI）原位固定于其内部。借助PEI与辅因子之间的静电相互作用，辅因子得以动态可逆地吸附于微反应器内，实现原位再生与自由可及性，从而构筑了酶与辅因子高效共限域的自给自足型催化系统。该系统辅因子固定效率高达85%以上，且在连续流动反应中展现出卓越的稳定性和催化效率。在醛酮还原酶催化制备手性醇反应中，连续运行500小时转化率保持在90%以上，辅因子NADP+总周转数（TTN）高达173907；在转氨酶催化制备手性胺反应中，连续运行2000小时仍保持高效转化，辅因子PLP的TTN达45552，显著优于已有报道水平。此外，该系统还可拓展至多酶体系（醛酮还原酶与葡萄糖脱氢酶）的共固定，实现更高效的辅因子再生与复杂反应过程强化，展现出良好的通用性与扩展潜力。该研究为构建高效、稳定的工业化连续流动生物催化体系提供了新的技术路径，对推动手性药物中间体的绿色制造具有重要意义，也为体外合成生物体系的发展提供了新的思路与方法。

该论文的第一作者是山西大学博士研究生樊敏，通讯作者是杨恒权教授、王长号教授。该工作得到了国家基金项目和企业项目的支持。（通讯员：张颖）