KR20160092652A - chitosan coated enzyme-porous material complex and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a chitosan coated enzyme-porous material composite and a method of manufacturing the same. The method of manufacturing the same comprises the steps of: (A) making enzymes to be adsorbed inside the pores of a porous carrier; (B) making chitosan to be adsorbed on a surface of the porous carrier with the enzyme adsorbed; and (C) adding glutaric dialdehyde to the chitosan and performing a crosslinking between the amine group of the chitosan, thereby minimizing denaturalization of the enzymes and effectively preventing the leakage of the enzymes adsorbed inside the porous carrier. Furthermore, the composition can be applied to various items such as biologically-converted materials, biologically-purifying materials, anti-fouling pigments, biocatalytic materials for detergents, enzyme-based columns, packing materials for the conversion of carbon dioxide, biosensors, and bio-fuel cells.

Description

키토산 코팅된 효소-다공성물질 복합체 및 이의 제조방법{chitosan coated enzyme-porous material complex and manufacturing method thereof} TECHNICAL FIELD The present invention relates to a chitosan-coated enzyme-porous material composite and a method for producing the same,

본 발명은 다공성 담체 내부에 흡착된 효소의 누출을 효과적으로 방지할 수 있는 가교결합된 키토산 코팅된 효소-다공성물질 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a crosslinked chitosan-coated enzyme-porous material composite capable of effectively preventing leakage of an enzyme adsorbed inside a porous carrier, and a method for producing the same.

효소의 경제성을 향상시키기 위해서는 고정화된 효소를 통한 효소의 재사용과 회수 과정이 필요하다. 또한, 고정화된 효소의 사용은 반응기의 설계나 컨트롤을 매우 간편하게 할 수 있어 효소를 산업적으로 활용하기 위해 필수적인 요소라 할 수 있다. In order to improve the economical efficiency of the enzyme, it is necessary to reuse and recover the enzyme through the immobilized enzyme. In addition, the use of the immobilized enzyme can be very simple in designing and controlling the reactor, which is an essential element for industrially utilizing the enzyme.

다공성 물질(porous materials)은 내부에 형성된 기공들의 높은 표면적을 활용하여, 기존의 방법들에 비해 훨씬 높은 효소 담지량을 실현할 수 있다. 상기 다공성 물질을 이용한 일반적인 효소 고정화 방법으로는 단순 흡착(adsorption)이나 공유결합을 이용한 효소 부착(covalent attachment)의 방법이 있다. 하지만, 상기 단순 흡착방법은 기공 내의 효소가 누출되는 현상을 방지할 수 없으며, 공유결합을 통해 효소를 다공성 물질의 내부 표면에만 부착시켜 다공성 물질의 기공을 효율적으로 활용할 수 없는 문제점들이 있다.Porous materials utilize the high surface area of the pores formed in the interior to realize a much higher enzyme loading than conventional methods. As a general enzyme immobilization method using the porous material, there is a method of adsorption or covalent attachment using covalent bonding. However, the simple adsorption method can not prevent the leakage of the enzyme in the pores, and there is a problem that the pores of the porous material can not be efficiently utilized by attaching the enzyme only to the inner surface of the porous material through the covalent bond.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 다공성 물질 내에 효소 담지량을 높이고 효소의 누출을 방지하는 아주 간단하고 효과적인 방법으로 NER(Nanoscale Enzyme Reactor) 접근방식이 고안되었다. 쉽-인-어-바틀(ship-in-a-bottle) 접근방식으로도 불리는 상기 NER 기술은 다공성 물질의 기공 안에서 효소를 가교결합시켜 효소의 누출을 효과적으로 방지함으로써 효소활성을 안정화할 수 있다. 상기 기술은 효소활성의 안정성 향상뿐만 아니라, 효소의 고집적, 반응기질의 물질전달저항 감소 등 다양한 장점이 존재한다. 그러나, 상기 효소간의 가교결합 과정에서 효소의 구조적 변성에 의한 활성 저하가 발생할 수 있으며, 특히 활성부위에 가교결합제와 반응할 수 있는 아미노기가 존재하는 일부 효소의 경우, 가교결합 과정을 통해 심각한 활성 저하가 발생할 수 있다. To solve this problem, the Nanoscale Enzyme Reactor (NER) approach has been devised in a very simple and effective way to increase the amount of enzyme loaded in the porous material and prevent the leakage of the enzyme. The NER technique, also referred to as a ship-in-a-bottle approach, can stabilize the enzyme activity by effectively preventing the enzyme from leaking by cross-linking the enzyme in the pores of the porous material. This technique has various advantages such as not only the stability of the enzyme activity is improved but also the high concentration of the enzyme and the reduction of the mass transfer resistance of the reaction substrate. However, in the cross-linking between the enzymes, degradation of the enzyme by structural modification may occur. Particularly, in the case of some enzymes in which an amino group capable of reacting with a cross-linking agent exists in the active site, May occur.

따라서 다공성 물질 내에 집적된 효소의 누출을 방지함과 동시에, 가교결합에 의한 효소의 구조적 변성을 방지할 수 있는 혁신적인 효소 고정화 기술이 필요하다.Therefore, there is a need for an innovative enzyme immobilization technology capable of preventing leakage of an enzyme accumulated in a porous material and preventing structural modification of the enzyme by cross-linking.

대한민국 공개특허 제2014-0055566호Korean Patent Publication No. 2014-0055566 대한민국 공개특허 제2013-0130640호Korea Patent Publication No. 2013-0130640

본 발명의 목적은 다공성 담체 내부에 흡착된 효소의 누출을 효과적으로 방지할 수 있도록 가교결합된 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체의 제조방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a method for producing an enzyme-porous material composite coated with crosslinked chitosan so as to effectively prevent leakage of an enzyme adsorbed inside the porous carrier.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법에 따라 제조된 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a chitosan-coated enzyme-porous material composite produced by the above-described method.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체의 제조방법은 (A) 다공성 담체의 기공 내부에 효소를 흡착시키는 단계; (B) 상기 효소가 흡착된 다공성 담체의 표면에 키토산을 흡착시키는 단계; 및 (C) 상기 키토산과 가교제를 반응시켜 상기 키토산의 아민기 간의 가교결합을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method of producing a chitosan-coated enzyme-porous material composite, comprising the steps of: (A) adsorbing an enzyme in pores of a porous carrier; (B) adsorbing chitosan on the surface of the porous support on which the enzyme is adsorbed; And (C) reacting the chitosan with a cross-linking agent to cross-link the amine groups of the chitosan.

상기 가교제는 글루타릭 디알데히드, 디이소시아네이트, 디안히드라이드, 디에폭사이드, 디알데하이드, 디이미드, 비스(이미도 에스테르), 비스(석신이미딜 에스테르) 및 디애시드 클로라이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The crosslinking agent is selected from the group consisting of glutaric dialdehyde, diisocyanate, dianhydride, diepoxide, dialdehyde, diimide, bis (imidoesters), bis (succinimidyl ester) It can be more than a species.

상기 키토산의 농도가 0.01 내지 10.0 mg/mL, 바람직하게는 0.1 내지 1.0 mg/mL인 키토산 용액일 수 있다. The chitosan solution may have a concentration of 0.01 to 10.0 mg / mL, preferably 0.1 to 1.0 mg / mL.

상기 가교제는 0.0001 내지 10.0% (w/w) 바람직하게는 0.001 내지 1.0% (w/w)인 글루타릭 디알데히드 용액일 수 있다.The crosslinking agent may be a solution of glutaric dialdehyde in an amount of 0.0001 to 10.0% (w / w), preferably 0.001 to 1.0% (w / w).

상기 효소는 탄산무수화효소(carbonic anhydrase), 트립신(trypsin), 당산화효소(glucose oxidase), 알코올탈수소효소(alcohol dehydrogenase), 포름산탈수소효소(formate dehydrogenase) 및 포름알데하이드탈수소효소(formaldehyde dehydrogenase)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The enzyme may be selected from the group consisting of carbonic anhydrase, trypsin, glucose oxidase, alcohol dehydrogenase, formate dehydrogenase and formaldehyde dehydrogenase And may be at least one selected from the group consisting of

상기 다공성 담체의 기공 내부에 코펙터(cofactor)가 추가로 흡착될 수 있다.A cofactor may be further adsorbed inside the pores of the porous carrier.

상기 코펙터는 수소전이 조효소 및 기전이 조효소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The cofectors may be at least one selected from the group consisting of hydrogen transfer coenzyme and enzyme coenzyme.

상기 다공성 담체는 다공성 실리카담체, 다공성 탄소담체 및 고분자 담체로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수 있다.The porous carrier may be one selected from the group consisting of a porous silica carrier, a porous carbon carrier, and a polymer carrier.

또한, 상기한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체는 상기 제조방법에 따라 제조될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a chitosan-coated enzyme-porous material composite according to the present invention.

또한, 상기한 다른 목적을 달성하기 위하여 상기 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체는 바이오전환 소재, 바이오정화 소재, 오염방지(Antifouling)용 도료, 세제용 생촉매 소재, 효소기반 컬럼, 이산화탄소 전환용 패킹 소재, 바이오센서 또는 바이오연료전지에 함유될 수 있다.In order to achieve the above-mentioned other objects, the chitosan-coated enzyme-porous material composite according to the present invention may be used for bio-conversion material, biocompatible material, antifouling coating material, biocatalyst material for detergent, Packing material, biosensor or biofuel cell.

본 발명의 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체는 다공성 담체와 글루타릭 디알데히드를 사용함으로써 기공에 효소가 흡착된 다공성 담체의 표면을 키토산 코팅층으로 코팅시켜 상기 흡착된 효소의 누출을 효과적으로 방지할 수 있으며, 효소 활성 및 안정성을 증진시킬 수 있다.The chitosan-coated enzyme-porous material composite of the present invention can be prepared by coating the surface of a porous carrier on which an enzyme is adsorbed in pores with a chitosan coating layer by using a porous carrier and glutaric dialdehyde to effectively prevent leakage of the adsorbed enzyme And can enhance enzyme activity and stability.

또한, 본 발명의 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체는 기공에 흡착되는 효소를 다양하게 함으로써 바이오전환 소재, 바이오정화 소재, 오염방지(Antifouling)용 도료, 세제용 생촉매 소재, 효소기반 컬럼, 이산화탄소 전환용 패킹 소재, 바이오센서 또는 바이오연료전지에 적용시킬 수 있다.In addition, the chitosan-coated enzyme-porous material composite of the present invention can be used as a bio-conversion material, an antifouling coating material, a biocatalyst material for detergent, an enzyme-based column, A carbon dioxide conversion packing material, a biosensor or a biofuel cell.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 2a는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 복합체의 고정화된 탄산무수화효소의 초기활성을 나타낸 그래프이다.
도 2b는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 복합체의 고정화된 탄산무수화효소의 안정성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조된 복합체에 담지되어 고정화된 탄산무수화효소를 이용하여 사이클에 따라 생성된 탄산염의 함량을 나타낸 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 복합체의 고정화된 트립신의 초기활성을 나타낸 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 복합체의 고정화된 트립신의 안정성을 나타낸 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 복합체의 고정화된 당산화효소의 초기활성을 나타낸 그래프이다.
도 5b는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 복합체의 고정화된 당산화효소의 안정성을 나타낸 그래프이다.
도 6a는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 복합체의 고정화된 알코올탈수소효소의 초기활성을 나타낸 그래프이다.
도 6b는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 복합체의 고정화된 알코올탈수소효소의 안정성을 나타낸 그래프이다.
도 7a는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 복합체의 고정화된 포름산탈수소효소의 초기활성을 나타낸 그래프이다.
도 7b는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 복합체의 고정화된 포름산탈수소효소의 안정성을 나타낸 그래프이다.
도 8a는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 복합체의 고정화된 포름알데하이드탈수소효소의 초기활성을 나타낸 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 복합체의 고정화된 포름알데하이드탈수소효소의 안정성을 나타낸 그래프이다.
1 is a view illustrating a process for preparing a chitosan-coated enzyme-porous material composite according to an embodiment of the present invention.
2A is a graph showing the initial activity of the immobilized carbonic anhydrase of the complex prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
FIG. 2B is a graph showing the stability of the immobilized carbonic anhydrase of the complex prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a graph showing the content of carbonate produced according to a cycle using a carbonic anhydrase loaded on and immobilized on a complex prepared according to another embodiment of the present invention.
4A is a graph showing the initial activity of immobilized trypsin of the complex prepared according to the examples and comparative examples of the present invention.
FIG. 4B is a graph showing the stability of immobilized trypsin of the complex prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention. FIG.
FIG. 5A is a graph showing the initial activity of the immobilized glucose oxidase of the complex prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention. FIG.
FIG. 5B is a graph showing the stability of immobilized glucose oxidase of the complex prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention. FIG.
6A is a graph showing the initial activity of the immobilized alcohol dehydrogenase of the complex prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
FIG. 6B is a graph showing the stability of the immobilized alcohol dehydrogenase of the complex prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention. FIG.
FIG. 7A is a graph showing the initial activity of the immobilized formate dehydrogenase of the complex prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention. FIG.
7B is a graph showing the stability of the immobilized formate dehydrogenase of the complex prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
8A is a graph showing the initial activity of the immobilized formaldehyde dehydrogenase of the complex prepared according to the examples and comparative examples of the present invention.
FIG. 8B is a graph showing the stability of the immobilized formaldehyde dehydrogenase of the complex prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention. FIG.

본 발명은 가교결합시 효소의 변성을 최소화하고 다공성 담체 내부에 흡착된 효소의 누출을 효과적으로 방지할 수 있는 키토산 코팅된 효소-다공성물질 복합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a chitosan-coated enzyme-porous material composite capable of minimizing denaturation of an enzyme upon cross-linking and effectively preventing leakage of an enzyme adsorbed inside the porous carrier, and a method for producing the same.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체의 제조방법은 (A) 다공성 담체의 기공 내부에 효소를 흡착시키는 단계; (B) 상기 효소가 흡착된 다공성 담체의 표면에 키토산을 흡착시키는 단계; 및 (C) 상기 키토산과 가교제를 반응시켜 상기 키토산의 아민기 간의 가교결합을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.The method for preparing a chitosan-coated enzyme-porous material composite according to the present invention comprises the steps of: (A) adsorbing an enzyme in pores of a porous carrier; (B) adsorbing chitosan on the surface of the porous support on which the enzyme is adsorbed; And (C) reacting the chitosan with a cross-linking agent to cross-link the amine groups of the chitosan.

먼저, 상기 (A)단계에서는 다공성 담체의 기공 내부에 효소를 흡착시킨다.First, in step (A), the enzyme is adsorbed in the pores of the porous carrier.

상기 효소는 탄산무수화효소, 트립신, 당산화효소, 알코올탈수소효소, 포름산탈수소효소 및 포름알데하이드탈수소효소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다. The enzyme may be at least one selected from the group consisting of carbonic anhydrase, trypsin, glucose oxidase, alcohol dehydrogenase, formate dehydrogenase and formaldehyde dehydrogenase.

본 발명에 사용된 상기 효소 외에 서브틸리신, 파파인, 리파아제, 허스래디시 퍼옥시다아제, 소이빈 퍼옥시다아제, 클로로 퍼옥시다아제, 망가네이즈 퍼옥시다아제, 티록시나제, 락카아제, 셀룰라아제, 자일라나제, 수크라아제, 오가노 포스포 히드라아제, 콜린 에스터아제, 글루코스 히드라아제, 글루코스 이소머아제, 콜레스테롤 옥시다제, 폴리페놀 옥시다제, 모노아민 옥시다제, 잔틴 옥시다제, 시토토크롬 옥시다제, 아스코르브산 옥시다제, 및 D-아라비노-1,4-락톤 옥시다제 등도 사용이 가능하다. In addition to the enzymes used in the present invention, the enzyme may be selected from the group consisting of subtilisin, papain, lipase, horseradish peroxidase, soybean peroxidase, chloroperoxidase, manganese peroxidase, thyroxinase, lactase, cellulase, xylanase, A cholesterol oxidase, a cholesterol oxidase, a polyphenol oxidase, a monoamine oxidase, a xanthine oxidase, a cytochrome oxidase, an ascorbic acid oxidase, a cholesterol oxidase, , And D-arabino-1,4-lactone oxidase can also be used.

또한, 상기 다공성 담체로 다공성 실리카담체, 다공성 탄소담체 및 고분자 담체로 이루어진 군에서 선택된 1종을 사용함으로써 가교제를 사용시 다공성 담체 표면에 최대한 밀착되면서 키토산을 코팅시켜 효소가 다공성 담체 외부로 누출되는 것을 방지한다. 이때 다공성 담체로 실리카담체, 탄소담체, 고분자담체 대신에 다공성의 알루미나담체, 니오비움담체, 탄탈룸담체, 지르코늄담체, 티타늄담체, 비닐고분자담체 등을 사용할 수도 있다.In addition, by using one kind selected from the group consisting of a porous silica carrier, a porous carbon carrier, and a polymer carrier as the porous carrier, chitosan is coated on the surface of the porous carrier when the cross-linking agent is used as much as possible to prevent leakage of the enzyme to the outside of the porous carrier do. At this time, a porous alumina carrier, a niobium carrier, a tantalum carrier, a zirconium carrier, a titanium carrier, and a vinyl polymer carrier may be used instead of the silica carrier, the carbon carrier and the polymer carrier as the porous carrier.

상기 다공성 담체의 기공 내부에는 효소와 함께 코펙터(cofactor)가 흡착될 수 있다.A cofactor may be adsorbed together with the enzyme in the pores of the porous carrier.

상기 코펙터는 수소전이 조효소 및 기전이 조효소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The cofectors may be at least one selected from the group consisting of hydrogen transfer coenzyme and enzyme coenzyme.

다음으로, 상기 (B)단계에서는 상기 효소가 흡착된 다공성 담체의 표면에 키토산을 흡착시킨다.Next, in step (B), chitosan is adsorbed on the surface of the porous carrier on which the enzyme is adsorbed.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 키토산은 다공성 담체의 표면에 위치되어 있을 뿐 다공성 담체와 밀착되어 있거나 키토산 간에 긴밀하게 결합되어 있지 않다.As shown in FIG. 1, the chitosan is located on the surface of the porous carrier but is not in intimate contact with the porous carrier or tightly bonded to the chitosan.

다음으로, 상기 (C)단계에서는 가교제를 이용하여 상기 다공성 담체의 표면에 위치된 키토산을 가교결합시킨다.Next, in step (C), chitosan located on the surface of the porous carrier is crosslinked using a crosslinking agent.

상기 키토산과 가교제를 반응시키면 키토산의 아민기 간의 가교결합이 수행됨으로써, 키토산끼리 긴밀하게 결합되어 나노다공성 담체 표면에 키토산 코팅층을 형성한다.When the chitosan and the cross-linking agent are reacted, cross-linking between the amine groups of the chitosan is performed, so that the chitosan is tightly bonded to each other to form a chitosan coating layer on the surface of the nanoporous support.

또한, 상기 가교제로는 글루타릭 디알데히드, 디이소시아네이트, 디안히드라이드, 디에폭사이드, 디알데하이드, 디이미드, 비스(이미도 에스테르), 비스(석신이미딜 에스테르) 및 디애시드 클로라이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있으며, 바람직하게는 글루타릭 디알데히드이다. The crosslinking agent may be selected from the group consisting of glutaric dialdehyde, diisocyanate, dianhydride, diepoxide, dialdehyde, diimide, bis (imidoester), bis (succinimidyl ester) and diacid chloride , And preferably at least one selected from glutaric dialdehyde.

본 발명에서는 상기 가교제를 사용하므로 상기 키토산 코팅층과 다공성 담체 표면이 결합되지 않고 밀착된다.In the present invention, since the crosslinking agent is used, the chitosan coating layer and the surface of the porous carrier are adhered without being bonded.

상기 키토산의 농도가 0.01 내지 10.0 mg/mL 바람직하게는 0.1 내지 1.0 mg/mL인 키토산 용액일 수 있다. 상기 키토산 용액의 농도가 하한치 미만인 경우에는 키토산 코팅층이 형성되지 않을 수 있으며, 상한치 초과인 경우에는 키토산 코팅층과 다공성 담체의 표면이 밀착되지 않을 수 있다. The chitosan solution may have a concentration of 0.01 to 10.0 mg / mL, preferably 0.1 to 1.0 mg / mL. When the concentration of the chitosan solution is less than the lower limit, the chitosan coating layer may not be formed. If the concentration exceeds the upper limit, the chitosan coating layer and the surface of the porous support may not be adhered to each other.

상기 가교제는 0.0001 내지 10.0% (w/w) 바람직하게는 0.001 내지 1.0% (w/w)인 글루타릭 디알데히드 용액일 수 있다. 상기 가교제 용액의 농도가 상기 하한치 미만인 경우에는 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체의 활성 및 안정성이 저하될 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 키토산 코팅층이 다공성 담체의 표면에 빽빽이 밀착되어 효소의 반응물 및 생성물의 유출입이 제한될 수 있다. The crosslinking agent may be a solution of glutaric dialdehyde in an amount of 0.0001 to 10.0% (w / w), preferably 0.001 to 1.0% (w / w). When the concentration of the crosslinking agent solution is less than the lower limit, the activity and stability of the enzyme-porous material composite coated with chitosan may be lowered. If the concentration exceeds the upper limit, the chitosan coating layer is closely adhered to the surface of the porous carrier, And the flow-in of the products may be limited.

특히, 가교제 용액의 농도가 낮을수록 키토산의 가교결합이 용이하지 못하여 효소의 누출을 효과적으로 방지할 수 없으며, 알코올탈수소효소와 같은 반응부위 내에 가교제와 결합 가능한 아미노기가 존재하는 경우에는 가교제의 농도가 높아질수록 내부의 효소에도 영향을 주기 때문에 활성이 크게 감소하게 된다. 그러므로 효소별로 적절한 가교제의 농도 설정하는 것이 바람직하다.In particular, the lower the concentration of the cross-linking agent solution is, the less easily the cross-linking of chitosan can be prevented and the leakage of the enzyme can not be effectively prevented. When the amino group capable of bonding with the cross-linking agent exists in the reaction site such as an alcohol dehydrogenase, The activity is greatly reduced because it also affects the internal enzymes. Therefore, it is preferable to set the concentration of the crosslinking agent suitable for each enzyme.

상기의 제조방법에 따라 제조된 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체는 효소 활성 및 안정성을 증진시킬 수 있으며, 효소를 다양하게 함으로써 바이오전환 소재, 바이오정화 소재, 오염방지(Antifouling)용 도료, 세제용 생촉매 소재, 효소기반 컬럼, 이산화탄소 전환용 패킹 소재, 바이오센서, 바이오연료전지 등의 다양한 소재 개발에 적용시킬 수 있다.
The chitosan-coated enzyme-porous material composite prepared according to the above-described method can enhance enzyme activity and stability, and can be used as a bio-conversion material, a biocompatible material, an antifouling coating material, a detergent Can be applied to the development of various materials such as biocatalyst material, enzyme-based column, packing material for carbon dioxide conversion, biosensor, and biofuel cell.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention. Such variations and modifications are intended to be within the scope of the appended claims.

<탄산무수화효소> <Carbonic anhydrase >

실시예 1. 탄산무수화효소Example 1. Carbonic anhydrase

탄산무수화효소를 고정화하기 위해 자성 분리가 가능한 구형 나노다공성 실리카 4 mg에 탄산무수화효소 용액(4 mg효소/mlPB, 100 mM 인산나트륨 버퍼(sodium phosphate buffer, PB)) 2 mL을 넣어 1시간 동안 200 rpm으로 교반시켰다. 그 뒤 자성 분리를 통해 흡착되지 않은 효소를 제거하고, 0.5 mg/mL의 키토산 용액을 2 mL 첨가하였다. 키토산 분자가 실리카의 표면에 충분히 흡착되도록 상온에서 15시간 동안 200 rpm에서 교반시켜준 후 자성 분리를 통해 남은 키토산을 제거하였다. 그 뒤, 가교제로 0.001% 글루타릭 디알데히드(glutaraldehyde, GA)를 첨가하고, 2시간 동안 200 rpm에서 교반시켜 키토산 간의 가교결합을 유도하였으며, 반응에 참여하지 않고 남아있는 글루타릭 디알데히드를 비활성화하기 위해 PB 2 mL을 넣고 2시간 동안 200 rpm에서 교반시켜 준 후 트리스 버퍼(100 mM Tris buffer)를 이용해 1시간 동안 200 rpm에서 추가로 교반시켜 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하였다. 이후 효소고정화 물질을 PB를 이용하여 세척한 후 4 ℃에서 보관하였다.
To immobilize the carbonic anhydrase, 2 mL of a carbonic anhydrase solution (4 mg enzyme / ml PB , 100 mM sodium phosphate buffer, PB) was added to 4 mg of spherical nanoporous silica capable of magnetic separation. Gt; 200 &lt; / RTI &gt; After that, the enzyme which was not adsorbed was removed by magnetic separation and 2 mL of 0.5 mg / mL chitosan solution was added. The chitosan was removed by magnetic separation after stirring at 200 rpm for 15 hours at room temperature to sufficiently adsorb the chitosan molecules on the surface of the silica. Thereafter, 0.001% glutaraldehyde (GA) was added as a crosslinking agent and stirring was carried out at 200 rpm for 2 hours to induce crosslinking between the chitosan, and the remaining glutaric dialdehyde To inactivate, 2 mL of PB was added and stirred at 200 rpm for 2 hours and further stirred at 200 rpm for 1 hour using Tris buffer (100 mM Tris buffer) to prepare an enzyme-porous material composite coated with chitosan . Subsequently, the enzyme-immobilized substance was washed with PB and stored at 4 ° C.

실시예 2.Example 2. 탄산무수화효소Carbonic anhydrase

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 0.001% 글루타릭 디알데히드 대신 0.01% 글루타릭 디알데히드를 사용하여 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that 0.01% glutaric dialdehyde was used instead of 0.001% glutaric dialdehyde to prepare an enzyme-porous material composite coated with chitosan.

실시예 3.Example 3. 탄산무수화효소Carbonic anhydrase

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 0.001% 글루타릭 디알데히드 대신 0.1% 글루타릭 디알데히드를 사용하여 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that 0.1% glutaric dialdehyde was used instead of the 0.001% glutaric dialdehyde to prepare an enzyme-porous material composite coated with chitosan.

비교예 1. 키토산 및 글루타릭 디알데히드 사용 안함 Comparative Example 1. Chitosan and glutaric dialdehyde not used

자성 분리가 가능한 구형 나노다공성 실리카 입자 4 mg에 탄산무수화효소 용액(4 mg효소/mlPB, 100 mM 인산나트륨 버퍼(sodium phosphate buffer, PB)) 2 mL을 넣어 1시간 동안 200 rpm으로 교반시켜 복합체를 제조하였다. 이후 상기 복합체를 PB를 이용하여 세척한 후 4 ℃에서 보관하였다.
2 mL of a carbonic anhydrase solution (4 mg enzyme / ml PB , 100 mM sodium phosphate buffer, PB) was added to 4 mg of spherical nanoporous silica particles capable of magnetic separation, and the mixture was stirred at 200 rpm for 1 hour Complex. The complex was then washed with PB and stored at 4 &lt; 0 &gt; C.

비교예 2. 키토산 사용 안함 Comparative Example 2. Chitosan not used

자성 분리가 가능한 구형 나노다공성 실리카 입자 4 mg에 탄산무수화효소 용액(4 mg효소/mlPB, 100 mM 인산나트륨 버퍼(sodium phosphate buffer, PB)) 2 mL을 넣어 1시간 동안 200 rpm으로 교반시켰다. 그 뒤 자성 분리를 통해 흡착되지 않은 효소를 제거하고, 0.1%의 글루타릭 디알데히드 용액을 2 mL을 첨가하였다. 그 뒤 효소 흡착 물질과 글루타릭 디알데히드 용액 혼합물을 30분간 세워 둔 후 30분 동안 200 rpm에서 교반시킨 다음 트리스 완충용액(100 mM Tris buffer)을 이용하여 1시간 동안 200 rpm에서 교반시켜 복합체를 제조하였다. 이후 상기 복합체를 PB를 이용하여 세척한 후 4 ℃에서 보관하였다.
2 mL of a carbonic anhydrase solution (4 mg enzyme / ml PB , 100 mM sodium phosphate buffer, PB) was added to 4 mg of spherical nanoporous silica particles capable of magnetic separation, and the mixture was stirred at 200 rpm for 1 hour . The enzyme, which was not adsorbed, was then removed by magnetic separation and 2 mL of 0.1% glutaric dialdehyde solution was added. Thereafter, the mixture of the enzyme adsorbing material and glutaric dialdehyde solution was allowed to stand for 30 minutes, stirred at 200 rpm for 30 minutes, and then stirred at 200 rpm for 1 hour using Tris buffer solution (100 mM Tris buffer) . The complex was then washed with PB and stored at 4 &lt; 0 &gt; C.

비교예Comparative Example 3.  3. 글루타릭Glutaric 디알데히드Dialdehyde 사용  use 안함Do not

자성 분리가 가능한 구형 다공성 실리카 4 mg에 탄산무수화효소 용액(4 mg효소/mlPB, 100 mM 인산나트륨 버퍼(sodium phosphate buffer, PB)) 2 mL을 넣어 1시간 동안 200 rpm으로 교반시켰다. 그 뒤 자성 분리를 통해 흡착되지 않은 효소를 제거하고, 0.5 mg/mL의 키토산 용액 2 mL를 첨가하였다. 키토산 분자가 실리카의 표면에 충분히 흡착되도록 상온에서 15시간 동안 200 rpm에서 교반시켜준 후 자성 분리를 통해 남은 키토산을 제거하였다. 그 뒤, PB 2 mL을 넣고 2시간 동안 200 rpm에서 교반시켜 준 후 트리스 버퍼(100 mM Tris buffer)를 이용해 1시간 동안 200 rpm에서 추가로 교반시켜 복합체를 제조하였다. 이후 상기 복합체를 PB를 이용하여 세척한 후 4 ℃에서 보관하였다.
2 mL of a carbonic anhydrase solution (4 mg enzyme / ml PB , 100 mM sodium phosphate buffer, PB) was added to 4 mg of spherical porous silica capable of magnetic separation, and the mixture was stirred at 200 rpm for 1 hour. Then, the non-adsorbed enzyme was removed by magnetic separation, and 2 mL of a 0.5 mg / mL chitosan solution was added. The chitosan was removed by magnetic separation after stirring at 200 rpm for 15 hours at room temperature to sufficiently adsorb the chitosan molecules on the surface of the silica. Then, 2 mL of PB was added, and the mixture was stirred at 200 rpm for 2 hours, and further stirred at 200 rpm for 1 hour using Tris buffer (100 mM Tris buffer) to prepare a complex. The complex was then washed with PB and stored at 4 &lt; 0 &gt; C.

시험예Test Example 1. 고정화된  1. Immobilized 탄산무수화효소의Of carbonic anhydrase 활성 및 안정성 측정 Activity and stability measurement

도 2a는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 복합체의 고정화된 탄산무수화효소의 초기활성을 나타낸 그래프이며, 도 2b는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 복합체의 고정화된 탄산무수화효소의 안정성을 나타낸 그래프이다. 상기 고정화된 탄산무수화효소에서 '고정화'는 나노다공성 실리카담체의 기공 내부에 흡착되고 키토산 코팅층에 의해 외부로 누출되지 않도록 상기 기공 내부에 고정화된 것을 의미한다.FIG. 2A is a graph showing the initial activity of the immobilized carbonic anhydrase of the complex prepared according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, and FIG. 2B is a graph showing the initial activity of the immobilized carbonic anhydrase according to Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 FIG. 3 is a graph showing the stability of the immobilized carbonic anhydrase of the complex prepared. FIG. In the immobilized carbonic anhydrase, 'immobilization' means adsorbed inside the pores of the nanoporous silica carrier and immobilized in the pores to prevent leakage to the outside by the chitosan coating layer.

상기 탄산무수화효소 활성의 측정은 수용액 버퍼 내에서의 탄산무수화효소의 반응 기질인 4-nitrophenyl acetate(4-NA)의 가수분해를 통해 측정하였다. 4-NA 용액은 4-NA를 아세토나이트릴을 이용해 용해시킨 용액(10.9 mg/mL in acetonitrile)을 100 mM 인산나트륨 버퍼(sodium phosphate buffer, pH 7.6)를 이용하여 1/20 희석하여 사용하였다. 구형 나노다공성 실리카에 고정화된 효소(enzyme)의 경우에는 실시간으로 측정이 불가능하므로 2 mL의 4-NA 용액에 상기 복합체를 넣어 200 rpm으로 반응시킨 후, 시간별로 0.1 mL씩 샘플을 취하여 측정하는 방법을 사용하였다. 다음으로, 100 mM 인산나트륨 버퍼(sodium phosphate buffer, pH 7.6)를 이용하여 1/10로 희석한 후 생성물의 농도를 348 nm에서 분광광도계(spectrophotometer)로 흡광도를 측정하였다. 효소의 안정성 측정은 시간에 따라 상기와 같은 방법으로 활성을 측정하는 방법, 같은 샘플을 재사용하여 활성을 측정하여 초기 활성과 비교하는 방법의 두 가지 방법을 통하여 측정하였다.The activity of the hydrolytic enzyme was measured by hydrolysis of 4-nitrophenyl acetate (4-NA) as a reaction substrate of carbonic anhydrase in aqueous buffer. 4-NA solution was prepared by dissolving 4-NA in acetonitrile (10.9 mg / mL in acetonitrile) with 1/20 dilution with 100 mM sodium phosphate buffer (pH 7.6). In the case of an enzyme immobilized on spherical nanoporous silica, since it is impossible to measure in real time, it is possible to measure by taking a sample in 0.1 mL per hour after reacting the complex with 2 mL of 4-NA solution at 200 rpm Were used. Next, the diluted solution was diluted 1/10 with 100 mM sodium phosphate buffer (pH 7.6), and the absorbance of the product was measured at 348 nm using a spectrophotometer. The stability of the enzyme was measured by two methods: a method of measuring the activity by time as described above, a method of reusing the same sample to measure its activity and comparing with the initial activity.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 3에 따라 제조된 복합체는 비교예 1 및 3의 복합체에 비하여 활성이 우수한 것을 확인하였으며, 특히 0.1% 글루타릭 디알데히드를 사용한 실시예 3의 복합체가 다른 실시예에 비하여 가장 우수한 활성을 나타낸 것을 확인하였다.As shown in FIG. 2, the composites prepared according to Examples 1 to 3 of the present invention were found to be superior in activity to those of the composites of Comparative Examples 1 and 3, and in particular, Examples using 0.1% glutaric dialdehyde 3 showed the best activity compared to the other examples.

또한, 실시예 1 내지 3의 복합체는 비교예 1 및 3의 복합체에 비하여 80일까지 효소가 거의 누출되지 않은 것으로 보아 우수한 안정성을 보이는 것을 확인하였다. 이러한 특성은 실시예 3이 가장 우수하였다.In addition, the complexes of Examples 1 to 3 showed almost no leakage of the enzyme up to 80 days compared with the complexes of Comparative Examples 1 and 3, and it was confirmed that the complexes of Examples 1 to 3 exhibit excellent stability. This property was most excellent in Example 3.

상기 도 2b에서 free CA는 유리된 효소, 예컨대 고정화 과정 없이 용매에 용해된 효소 그 자체이다. 교반조건에서 안정성을 확인하게 되면 빠르게 활성이 저하된다.
In FIG. 2B, free CA is an enzyme liberated, for example, an enzyme dissolved in a solvent without immobilization. When stability is checked under stirring conditions, the activity rapidly decreases.

시험예 2. 고정화된 탄산무수화효소를 이용한 탄산염 전환 Test Example 2. Carbonate conversion using immobilized carbonic anhydrase

도 3은 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 복합체에 담지되어 고정화된 탄산무수화효소를 이용하여 사이클에 따라 생성된 탄산염의 함량을 나타낸 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing the content of carbonate produced according to the cycle using the carbonic anhydrase loaded and immobilized on the complex prepared according to Example 3 of the present invention. FIG.

실시예 3의 복합체 2 mg을 20 mL의 100 mM 트리스 버퍼(Tris buffer, pH 7.6)에 넣은 후 100 v/v% CO2가스를 0.15 L/min의 속도로 5분 동안 병에 폭기시켜 이산화탄소를 중탄산염 이온(bicarbonate ion)으로 전환시킨 다음 자성 분리를 통해 실시예 3의 복합체와 중탄산염 이온 수용액을 분리시킨다. 그 후 상기 중탄산염 이온 수용액을 10 mL의 670 mM 염화칼슘 수용액에 넣어준 후 중탄산염 이온이 탄산칼슘 결정으로 충분히 전환될 수 있도록 상온에서 하룻밤 동안 200 rpm에서 교반시킨다. 교반시킨 용액은 진공 펌프를 이용하여 종이 필터에 거른 후 이 종이 필터를 100 ℃에서 하룻밤동안 건조시켜 그 질량을 측정하였다.2 mg of the complex of Example 3 was placed in 20 mL of 100 mM Tris buffer (pH 7.6), and 100 v / v% CO 2 gas was aerated in the bottle at a rate of 0.15 L / min for 5 minutes to remove carbon dioxide The bicarbonate ion is separated from the complex of Example 3 through magnetic separation after conversion to bicarbonate ion. Then, the aqueous bicarbonate ion solution is added to 10 mL of a 670 mM aqueous calcium chloride solution and stirred at 200 rpm overnight at room temperature so that bicarbonate ions can be sufficiently converted into calcium carbonate crystals. The stirred solution was filtered through a paper filter using a vacuum pump, and the paper filter was dried at 100 ° C overnight to measure its mass.

도 3에 도시된 바와 같이, 실시예 3의 복합체는 탄산무수화효소를 이용하여 이산화탄소를 탄산칼슘으로 전환하는 과정을 30회 동안 수행하면서 일정한 양의 탄산칼슘(120-160 mg)을 지속적으로 생성할 수 있다는 것을 확인하였다.
As shown in FIG. 3, the complex of Example 3 was continuously subjected to a process of converting carbon dioxide to calcium carbonate using carbonic anhydrase for 30 times, and constantly produced a certain amount of calcium carbonate (120-160 mg) .

<트립신> <Trypsin >

실시예 4. 트립신, 0.001% 글루타릭 디알데히드Example 4. Preparation of trypsin, 0.001% glutaric dialdehyde

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 대신 트립신을 사용하여 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하였다.
The enzyme-porous material composite coated with chitosan was prepared using trypsin instead of the carbonic anhydrase in the same manner as in Example 1.

실시예 5. 트립신, 0.01% 글루타릭 디알데히드Example 5. Preparation of trypsin, 0.01% glutaric dialdehyde

상기 실시예 4와 동일하게 실시하되, 상기 0.001% 글루타릭 디알데히드 대신 0.01% 글루타릭 디알데히드를 사용하여 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하였다.
The procedure of Example 4 was repeated except that 0.001% glutaric dialdehyde was replaced with 0.01% glutaric dialdehyde to prepare an enzyme-porous material composite coated with chitosan.

실시예 6. 트립신, 0.1% 글루타릭 디알데히드Example 6. Preparation of trypsin, 0.1% glutaric dialdehyde

상기 실시예 4와 동일하게 실시하되, 상기 0.001% 글루타릭 디알데히드 대신 0.1% 글루타릭 디알데히드를 사용하여 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하였다.
The procedure of Example 4 was repeated except that 0.1% glutaric dialdehyde was used instead of 0.001% glutaric dialdehyde to prepare an enzyme-porous material composite coated with chitosan.

비교예 4. 키토산 및 글루타릭 디알데히드 사용 안함 Comparative Example 4. Chitosan and glutaric dialdehyde not used

상기 비교예 1과 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 용액 대신 트립신 용액을 사용하여 복합체를 제조하였다.
A complex was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the trypsin solution was used instead of the carbonic anhydrase solution.

비교예 5. 키토산 사용 안함 Comparative Example 5: Not using chitosan

상기 비교예 2와 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 용액 대신 트립신 용액을 사용하여 복합체를 제조하였다.
The complex was prepared in the same manner as in Comparative Example 2 except that the trypsin solution was used instead of the carbonic anhydrase solution.

비교예 6. 글루타릭 디알데히드 사용 안함 Comparative Example 6. Glutaric dialdehyde not used

상기 비교예 3과 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 용액 대신 트립신 용액을 사용하여 복합체를 제조하였다.
A complex was prepared in the same manner as in Comparative Example 3 except that the trypsin solution was used instead of the carbonic anhydrase solution.

시험예 3.Test Example 3. 고정화된 트립신의 활성 및 안정성 측정Measurement of activity and stability of immobilized trypsin

도 4a는 실시예 4 내지 6 및 비교예 4 내지 6에 따라 제조된 복합체의 고정화된 트립신의 초기활성을 나타낸 그래프이며, 도 4b는 실시예 4 내지 6 및 비교예 4 내지 6에 따라 제조된 복합체의 고정화된 트립신의 안정성을 나타낸 그래프이다.4A is a graph showing the initial activity of immobilized trypsin of the complexes prepared according to Examples 4 to 6 and Comparative Examples 4 to 6, FIG. 4B is a graph showing the initial activity of the complex prepared according to Examples 4 to 6 and Comparative Examples 4 to 6. FIG. Lt; RTI ID = 0.0 &gt; immobilized trypsin. &Lt; / RTI &gt;

트립신 활성의 측정은 수용액 버퍼 내에서의 트립신의 반응 기질인 N-Benzoyl-L-arginie 4-nitroanilide ahydrochloride (BAPNA)의 반응을 통해 측정하였다. BAPNA 용액은 BAPNA를 N,N-Dimethylformamide(DMF)로 용해시킨 용액(10 mg/mL in DMF)을 100 mM 인산나트륨 버퍼(sodium phosphate buffer, pH 7.9)를 이용하여 1/100 희석하여 사용하였다. 구형 나노다공성 실리카에 고정화된 효소(enzyme)의 경우에는 실시간으로 측정이 불가능하므로 2 mL의 BAPNA 용액에 상기 복합체를 넣어 200 rpm으로 반응시킨 후, 시간별로 0.1 mL씩 샘플을 취하여 측정하는 방법을 사용하였다. 다음으로, 100 mM 인산나트륨 버퍼(sodium phosphate buffer, pH 7.9)를 이용하여 1/10로 희석한 후 생성물의 농도를 410 nm에서 분광광도계(spectrophotometer)로 흡광도를 측정하였다. 효소의 안정성 측정은 시간에 따라 상기와 같은 방법으로 활성을 측정하는 방법, 같은 샘플을 재사용하여 활성을 측정하여 초기 활성과 비교하는 방법의 두 가지 방법을 통하여 측정하였다.Measurements of trypsin activity were determined by the reaction of N-Benzoyl-L-arginine 4-nitroanilide ahydrochloride (BAPNA), the reaction substrate of trypsin in aqueous buffer. BAPNA solution was prepared by dissolving BAPNA in N, N-dimethylformamide (DMF) (10 mg / mL in DMF) diluted 1/100 with 100 mM sodium phosphate buffer (pH 7.9). In the case of enzymes immobilized on spherical nanoporous silica, it is not possible to measure in real time. Therefore, it is necessary to react the complex with 2 mL of BAPNA solution at 200 rpm and take a sample of 0.1 mL per time Respectively. Next, the diluted solution was diluted 1/10 with 100 mM sodium phosphate buffer (pH 7.9), and the absorbance of the product was measured at 410 nm using a spectrophotometer. The stability of the enzyme was measured by two methods: a method of measuring the activity by time as described above, a method of reusing the same sample to measure its activity and comparing with the initial activity.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 5 및 6에 따라 제조된 복합체가 비교예 4 내지 6의 복합체에 비하여 활성이 우수한 것을 확인하였으며, 특히 0.1% 글루타릭 디알데히드를 사용한 실시예 6의 복합체가 다른 실시예에 비하여 가장 우수한 활성을 나타낸 것을 확인하였다.As shown in FIG. 4, it was confirmed that the complexes prepared according to Examples 5 and 6 of the present invention were superior in activity to the complexes of Comparative Examples 4 to 6, and in particular, the compositions using 0.1% glutaric dialdehyde 6 showed the best activity compared to the other examples.

또한, 실시예 5 및 6의 복합체는 비교예 4 및 6의 복합체에 비하여 120일까지 우수한 안정성을 보이는 것을 확인하였다. 이러한 특성은 실시예 6이 가장 우수하였다. Further, it was confirmed that the composite of Examples 5 and 6 exhibited excellent stability up to 120 days compared with the composite of Comparative Examples 4 and 6. This property was most excellent in Example 6.

상기 도 4b에서 free TR은 유리된 효소, 예컨대 고정화 과정 없이 용매에 용해된 효소 그 자체이다. 교반조건에서 안정성을 확인하게 되면 빠르게 활성이 저하된다.
In Fig. 4B, free TR is an enzyme liberated in the solvent, for example, without an immobilization process. When stability is checked under stirring conditions, the activity rapidly decreases.

< 당산화효소> & Lt; Sugar oxidase &gt;

실시예 7. 당산화효소, 0.001% 글루타릭 디알데히드Example 7. Preparation of glucose oxidase, 0.001% glutaric dialdehyde

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 대신 당산화효소를 사용하여 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하였다.
The enzyme-porous material composite coated with chitosan was prepared in the same manner as in Example 1, except that the enzyme was replaced by a saccharide-oxidizing enzyme instead of the carbonic anhydrase.

실시예 8. 당산화효소, 0.01% 글루타릭 디알데히드Example 8. Preparation of glucose oxidase, 0.01% glutaric dialdehyde

상기 실시예 7과 동일하게 실시하되, 상기 0.001% 글루타릭 디알데히드 대신 0.01% 글루타릭 디알데히드를 사용하여 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하였다.
The procedure of Example 7 was repeated except that 0.01% glutaric dialdehyde was used instead of 0.001% glutaric dialdehyde to prepare an enzyme-porous material composite coated with chitosan.

실시예 9. 당산화효소, 0.1% 글루타릭 디알데히드Example 9. Preparation of glucose oxidase, 0.1% glutaric dialdehyde

상기 실시예 7과 동일하게 실시하되, 상기 0.001% 글루타릭 디알데히드 대신 0.1% 글루타릭 디알데히드를 사용하여 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하였다.
The procedure of Example 7 was repeated except that 0.1% glutaric dialdehyde was used instead of 0.001% glutaric dialdehyde to prepare an enzyme-porous material composite coated with chitosan.

비교예 7. 키토산 및 글루타릭 디알데히드 사용 안함 Comparative Example 7: Not using chitosan and glutaric dialdehyde

상기 비교예 1과 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 용액 대신 당산화효소 용액을 사용하여 복합체를 제조하였다.
A complex was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the saccharide-oxidizing enzyme solution was used instead of the carbonic anhydrase solution.

비교예 8. 키토산 사용 안함 Comparative Example 8. Chitosan not used

상기 비교예 2와 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 용액 대신 당산화효소 용액을 사용하여 복합체를 제조하였다.
A complex was prepared in the same manner as in Comparative Example 2 except that the saccharide-oxidizing enzyme solution was used instead of the carbonic anhydrase solution.

비교예 9. 글루타릭 디알데히드 사용 안함 Comparative Example 9. Glutaric dialdehyde not used

상기 비교예 3과 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 용액 대신 당산화효소 용액을 사용하여 복합체를 제조하였다.
The complex was prepared in the same manner as in Comparative Example 3 except that the saccharide-oxidizing enzyme solution was used instead of the carbonic anhydrase solution.

시험예 4.Test Example 4. 고정화된 당산화효소의 활성 및 안정성 측정Measurement of activity and stability of immobilized glucose oxidase

도 5a는 실시예 7 내지 9 및 비교예 7 내지 9에 따라 제조된 복합체의 고정화된 당산화효소의 초기활성을 나타낸 그래프이며, 도 5b는 실시예 7 내지 9 및 비교예 7 내지 9에 따라 제조된 복합체의 고정화된 당산화효소의 안정성을 나타낸 그래프이다.FIG. 5A is a graph showing the initial activity of the immobilized glucose oxidase of the complexes prepared according to Examples 7 to 9 and Comparative Examples 7 to 9, FIG. 5B is a graph showing the initial activity of the immobilized glucose oxidase prepared according to Examples 7 to 9 and Comparative Examples 7 to 9 Lt; RTI ID = 0.0 &gt; of &lt; / RTI &gt; immobilized glucose oxidase.

당산화효소 활성의 측정은 수용액 버퍼 내에서의 당산화효소의 반응 기질인 글루코스(glucose)의 반응을 통해 측정하였다. 먼저 0.96 mg 3,3,5,5-tetramethylbenzidine (TMB)를 1 mL의 dimethyl sulfoxide (DMSO)에 녹인 후 19 mL의 100 mM 인산나트륨 버퍼(sodium phosphate buffer, PB, pH 7.0)로 희석시켜 TMB 용액을 제조하였다. 상기 제조된 TMB 용액 12 mL에 2.5 mL의 글루코스 용액(110.3 w/v% in PB)을 섞어 반응 기질 용액을 만들었다. Peroxidase (POD)는 PB에 녹여 3.79 mg/mL이 되도록 제조하였다. 상기와 같이 제조된 두 가지 용액을 가지고 효소의 활성을 측정하였다. 효소의 활성을 측정하기 위해 890 uL 반응 기질 용액, 10 uL POD 용액, 그리고 100 uL의 당산화효소가 고정화된 용액을 섞어 655 nm에서 분광광도계(spectrophotometer)에서 흡광도를 측정하였다. 효소의 안정성 측정은 시간에 따라 상기와 같은 방법으로 활성을 측정하는 방법, 같은 샘플을 재사용하여 활성을 측정하여 초기 활성과 비교하는 방법의 두 가지 방법을 통하여 측정하였다.Measurement of glucose oxidase activity was measured through the reaction of glucose, which is a reaction substrate of glucose oxidase, in an aqueous buffer. First, 0.96 mg of 3,3,5,5-tetramethylbenzidine (TMB) was dissolved in 1 mL of dimethyl sulfoxide (DMSO) and diluted with 19 mL of 100 mM sodium phosphate buffer (PB, pH 7.0) . 2.5 mL of glucose solution (110.3 w / v% in PB) was mixed with 12 mL of the prepared TMB solution to prepare a reaction substrate solution. Peroxidase (POD) was dissolved in PB to make 3.79 mg / mL. The enzyme activity was measured with the two solutions prepared as described above. In order to measure the activity of the enzyme, 890 uL reaction substrate solution, 10 uL POD solution, and 100 uL of glucose oxidase immobilized solution were mixed and the absorbance was measured at 655 nm by a spectrophotometer. The stability of the enzyme was measured by two methods: a method of measuring the activity by time as described above, a method of reusing the same sample to measure its activity and comparing with the initial activity.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 8 및 9에 따라 제조된 복합체는 비교예 7 내지 9의 복합체에 비하여 활성이 우수한 것을 확인하였으며, 특히 0.1% 글루타릭 디알데히드를 사용한 실시예 9의 복합체가 다른 실시예에 비하여 가장 우수한 활성을 나타낸 것을 확인하였다.As shown in FIG. 5, the composites prepared according to Examples 8 and 9 of the present invention were found to be superior in activity to the composites of Comparative Examples 7 to 9, and in particular, the compositions using 0.1% glutaric dialdehyde 9 showed the best activity compared to the other examples.

또한, 실시예 8 및 9의 복합체는 비교예 1 및 3의 복합체에 비하여 120일까지 우수한 안정성을 보이는 것을 확인하였다. 이러한 특성은 실시예 9가 가장 우수하였다.
Further, it was confirmed that the composite of Examples 8 and 9 exhibited excellent stability up to 120 days compared with the composite of Comparative Examples 1 and 3. This property was most excellent in Example 9.

< 알코올탈수소효소> < Alcohol dehydrogenase >

실시예 10. 알코올탈수소효소, 0.01% 글루타릭 디알데히드Example 10. Alcohol dehydrogenase, 0.01% glutaric dialdehyde

상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 대신 알코올탈수소효소를 사용하여 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하였다.
The enzyme-porous material composite coated with chitosan was prepared in the same manner as in Example 2 except that the alcohol dehydrogenase was used instead of the carbonic anhydrase.

실시예 11. 알코올탈수소효소, 0.05% 글루타릭 디알데히드Example 11. Alcohol dehydrogenase, 0.05% glutaric dialdehyde

상기 실시예 10과 동일하게 실시하되, 상기 0.01% 글루타릭 디알데히드 대신 0.05% 글루타릭 디알데히드를 사용하여 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하였다.
The procedure of Example 10 was repeated except that 0.05% glutaric dialdehyde was used instead of the 0.01% glutaric dialdehyde to prepare an enzyme-porous material composite coated with chitosan.

실시예 12. 알코올탈수소효소, 0.1% 글루타릭 디알데히드Example 12. Alcohol dehydrogenase, 0.1% glutaric dialdehyde

상기 실시예 10과 동일하게 실시하되, 상기 0.01% 글루타릭 디알데히드 대신 0.1% 글루타릭 디알데히드를 사용하여 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하였다.
The procedure of Example 10 was repeated except that 0.1% glutaric dialdehyde was used instead of the 0.01% glutaric dialdehyde to prepare an enzyme-porous material composite coated with chitosan.

비교예 10. 키토산 및 글루타릭 디알데히드 사용 안함 Comparative Example 10. Chitosan and glutaric dialdehyde not used

상기 비교예 1과 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 용액 대신 알코올탈수소효소 용액을 사용하여 복합체를 제조하였다.
A complex was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that the alcohol dehydrogenase solution was used instead of the carbonic anhydrase solution.

비교예 11. 키토산 사용 안함 Comparative Example 11. Chitosan not used

상기 비교예 2와 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 용액 대신 알코올탈수소효소 용액을 사용하여 복합체를 제조하였다.
A complex was prepared in the same manner as in Comparative Example 2 except that the alcohol dehydrogenase solution was used instead of the carbonic anhydrase solution.

비교예 12. 글루타릭 디알데히드 사용 안함 Comparative Example 12. Glutaric dialdehyde not used

상기 비교예 3과 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 용액 대신 알코올탈수소효소 용액을 사용하여 복합체를 제조하였다.
The complex was prepared in the same manner as in Comparative Example 3 except that an alcohol dehydrogenase solution was used instead of the carbonic anhydrase solution.

시험예 5.Test Example 5 고정화된 알코올탈수소효소의 활성 및 안정성 측정Measurement of activity and stability of immobilized alcohol dehydrogenase

도 6a는 실시예 10 내지 12 및 비교예 10 내지 12에 따라 제조된 복합체의 고정화된 알코올탈수소효소의 초기활성을 나타낸 그래프이며, 도 6b는 실시예 10 내지 12 및 비교예 10 내지 12에 따라 제조된 복합체의 고정화된 알코올탈수소효소의 안정성을 나타낸 그래프이다.FIG. 6A is a graph showing the initial activities of the immobilized alcohol dehydrogenase of the complex prepared according to Examples 10 to 12 and Comparative Examples 10 to 12, FIG. 6B is a graph showing the initial activity of the immobilized alcohol dehydrogenase prepared according to Examples 10 to 12 and Comparative Examples 10 to 12 Lt; / RTI &gt; of the immobilized alcohol dehydrogenase.

알코올탈수소효소 활성의 측정은 수용액 버퍼 내에서의 알코올탈수소효소의 반응 기질인 에탄올의 반응을 통해 측정하였다. 먼저 10 mg β-Nicotinamide adenine dinucleotide hydrate (NAD+)를 1 mL의 증류수에 녹인다. 그 후 99.8% 에탄올 0.2 mL, NAD+수용액 0.8 mL 100 mM과 인산나트륨 버퍼(sodium phosphate buffer, PB, pH 7.6) 1.6 mL을 섞어 반응 기질 용액을 만든다. 구형 나노다공성 실리카에 고정화된 효소(enzyme)의 경우에는 실시간으로 측정이 불가능하므로 2 mL의 반응 기질 용액에 상기 복합체를 넣어 200 rpm으로 반응시킨 후, 시간별로 0.1 mL씩 샘플을 취하여 측정하는 방법을 사용하였다. 다음으로, 100 mM 인산나트륨 버퍼(sodium phosphate buffer, pH 7.6)을 이용해 1/10로 희석한 후 생성물의 농도를 340 nm에서 분광광도계(spectrophotometer)로 흡광도를 측정하였다. 효소의 안정성 측정은 시간에 따라 상기와 같은 방법으로 활성을 측정하는 방법, 같은 샘플을 재사용하여 활성을 측정하여 초기 활성과 비교하는 방법의 두 가지 방법을 통하여 측정하였다.Measurement of alcohol dehydrogenase activity was measured by the reaction of ethanol as a reaction substrate of alcohol dehydrogenase in aqueous buffer. First, dissolve 10 mg of β-nicotinamide adenine dinucleotide hydrate (NAD + ) in 1 mL of distilled water. Subsequently, 0.2 mL of 99.8% ethanol, 0.8 mL of NAD + aqueous solution, and 1.6 mL of sodium phosphate buffer (PB, pH 7.6) are mixed to prepare a reaction substrate solution. In the case of an enzyme immobilized on spherical nanoporous silica, it is impossible to measure in real time. Therefore, the above complex is put into 2 mL of a reaction substrate solution, reacted at 200 rpm, and a sample is taken at 0.1 mL per time Respectively. Next, the solution was diluted 1/10 with 100 mM sodium phosphate buffer (pH 7.6), and the concentration of the product was measured at 340 nm using a spectrophotometer. The stability of the enzyme was measured by two methods: a method of measuring the activity by time as described above, a method of reusing the same sample to measure its activity and comparing with the initial activity.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 10 내지 12에 따라 제조된 복합체는 비교예 10 내지 12의 복합체에 비하여 활성이 우수한 것을 확인하였으며, 특히 0.01% 글루타릭 디알데히드를 사용한 실시예 10의 복합체가 다른 실시예에 비하여 가장 우수한 활성을 나타낸 것을 확인하였다.As shown in FIG. 6, the composites prepared according to Examples 10 to 12 of the present invention were found to be superior in activity to those of the composites of Comparative Examples 10 to 12, and in particular, Examples using 0.01% glutaric dialdehyde 10 showed the best activity compared to the other examples.

또한, 실시예 11 및 12의 복합체는 비교예 10 및 12의 복합체에 비하여 50일까지 우수한 안정성을 보이는 것을 확인하였다. 이러한 특성은 실시예 12가 가장 우수하였다.Further, it was confirmed that the composite of Examples 11 and 12 exhibited excellent stability up to 50 days compared with the composite of Comparative Examples 10 and 12. This property was most excellent in Example 12.

비교예 11은 상기 비교예 2, 5 및 8과 달리 효소간의 가교결합에 의하여 효소의 구조적 변성이 발생하여 활성을 확인할 수 없었다. 알코올탈수소효소의 경우에는 활성부위 내부에 반응에 참여하는 아미노기가 존재하기 때문에 가교제에 의해 쉽게 활성을 잃을 수 있다.
In Comparative Example 11, unlike Comparative Examples 2, 5 and 8, structural modification of the enzyme occurred due to cross-linking between the enzymes and the activity could not be confirmed. In the case of the alcohol dehydrogenase, since the amino group participating in the reaction exists in the active site, the activity can be easily lost by the cross-linking agent.

< 포름산탈수소효소> < Formate dehydrogenase >

실시예 13. 포름산탈수소효소, 0.001% 글루타릭 디알데히드Example 13. Formate dehydrogenase, 0.001% glutaric dialdehyde

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 대신 포름산탈수소효소를 사용하여 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하였다.
The enzyme-porous material composite coated with chitosan was prepared in the same manner as in Example 1 except that formic acid dehydrogenase was used instead of the carbonic anhydrase.

실시예 14. 포름산탈수소효소, 0.005% 글루타릭 디알데히드Example 14. Formate dehydrogenase, 0.005% glutaric dialdehyde

상기 실시예 13과 동일하게 실시하되, 상기 0.001% 글루타릭 디알데히드 대신 0.005% 글루타릭 디알데히드를 사용하여 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하였다.
Except that 0.005% glutaric dialdehyde was used in place of the 0.001% glutaric dialdehyde to prepare an enzyme-porous material composite coated with chitosan.

실시예Example 15.  15. 포름산탈수소효소Formic acid dehydrogenase , 0.01% , 0.01% 글루타릭Glutaric 디알데히드Dialdehyde

상기 실시예 10과 동일하게 실시하되, 상기 0.001% 글루타릭 디알데히드 대신 0.01% 글루타릭 디알데히드를 사용하여 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하였다.
The procedure of Example 10 was repeated except that 0.001% glutaric dialdehyde was replaced with 0.01% glutaric dialdehyde to prepare an enzyme-porous material composite coated with chitosan.

실시예Example 16.  16. 포름산탈수소효소Formic acid dehydrogenase , 0.02% , 0.02% 글루타릭Glutaric 디알데히드Dialdehyde

상기 실시예 10과 동일하게 실시하되, 상기 0.001% 글루타릭 디알데히드 대신 0.02% 글루타릭 디알데히드를 사용하여 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하였다.
The procedure of Example 10 was repeated except that 0.002% glutaric dialdehyde was used instead of 0.001% glutaric dialdehyde to prepare an enzyme-porous material composite coated with chitosan.

비교예 13. 키토산 및 글루타릭 디알데히드 사용 안함 Comparative Example 13. Chitosan and glutaric dialdehyde not used

상기 비교예 1과 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 용액 대신 포름산탈수소효소 용액을 사용하여 복합체를 제조하였다.
A complex was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that a solution of formic acid dehydrogenase was used instead of the solution of carbonic anhydrase.

비교예 14. 글루타릭 디알데히드 사용 안함 Comparative Example 14. Glutaric dialdehyde not used

상기 비교예 3과 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 용액 대신 포름산탈수소효소 용액을 사용하여 복합체를 제조하였다.
A complex was prepared in the same manner as in Comparative Example 3 except that a solution of formic acid dehydrogenase was used in place of the solution of carbonic anhydrase.

시험예 6.Test Example 6. 고정화된 포름산탈수소효소의 활성 및 안정성 측정Measurement of activity and stability of immobilized formate dehydrogenase

도 7a는 실시예 13 내지 16 및 비교예 13 및 14에 따라 제조된 복합체의 고정화된 포름산탈수소효소의 초기활성을 나타낸 그래프이며, 도 7b는 실시예 13 내지 16 및 비교예 13 및 14에 따라 제조된 복합체의 고정화된 포름산탈수소효소의 안정성을 나타낸 그래프이다.FIG. 7A is a graph showing the initial activity of the immobilized formate dehydrogenase of the complex prepared according to Examples 13 to 16 and Comparative Examples 13 and 14, and FIG. 7B is a graph showing the initial activity of the immobilized formate dehydrogenase prepared according to Examples 13 to 16 and Comparative Examples 13 and 14 Lt; RTI ID = 0.0 &gt; formate &lt; / RTI &gt; dehydrogenase.

포름산탈수소효소 활성의 측정은 수용액 버퍼 내에서의 포름산탈수소효소의 반응 기질인 포름산의 반응을 통해 측정하였다. 먼저 51.0 mg sodium formate (SF)와 1.5 mg β-Nicotinamide adenine dinucleotide hydrate (NAD+)를 각각 1 mL의 증류수에 녹인다. 그 후 SF 수용액과 NAD+ 수용액 각각 0.2 mL과 100 mM 인산나트륨 버퍼(sodium phosphate buffer, PB, pH 7.6) 1.6 mL을 섞어 반응 기질 용액을 만든다. 구형 나노다공성 실리카에 고정화된 효소(enzyme)의 경우에는 실시간으로 측정이 불가능하므로 2 mL의 반응 기질 용액에 상기 복합체를 넣어 200 rpm으로 반응시킨 후, 시간별로 0.1 mL씩 샘플을 취하여 측정하는 방법을 사용하였다. 그 후, 100 mM 인산나트륨 버퍼(sodium phosphate buffer, pH 7.6)을 이용해 1/10로 희석한 후 생성물의 농도를 340 nm에서 분광광도계(spectrophotometer)로 흡광도를 측정하였다. 효소의 안정성 측정은 시간에 따라 상기와 같은 방법으로 활성을 측정하는 방법, 같은 샘플을 재사용하여 활성을 측정하여 초기 활성과 비교하는 방법의 두 가지 방법을 통하여 측정하였다.Measurement of formate dehydrogenase activity was measured by the reaction of formic acid, the reaction substrate of formic acid dehydrogenase in aqueous buffer. First, dissolve 51.0 mg sodium formate (SF) and 1.5 mg β-nicotinamide adenine dinucleotide hydrate (NAD + ) in 1 mL of distilled water, respectively. Subsequently, 0.2 mL of each of SF solution and NAD + aqueous solution and 1.6 mL of 100 mM sodium phosphate buffer (PB, pH 7.6) are mixed to prepare a reaction substrate solution. In the case of an enzyme immobilized on spherical nanoporous silica, it is impossible to measure in real time. Therefore, the above complex is put into 2 mL of a reaction substrate solution, reacted at 200 rpm, and a sample is taken at 0.1 mL per time Respectively. After that, it was diluted 1/10 with 100 mM sodium phosphate buffer (pH 7.6), and the concentration of the product was measured by a spectrophotometer at 340 nm. The stability of the enzyme was measured by two methods: a method of measuring the activity by time as described above, a method of reusing the same sample to measure its activity and comparing with the initial activity.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 13 내지 16에 따라 제조된 복합체는 비교예 13 및 14의 복합체에 비하여 활성이 우수한 것을 확인하였으며, 특히 0.01% 글루타릭 디알데히드를 사용한 실시예 15의 복합체가 다른 실시예에 비하여 가장 우수한 활성을 나타낸 것을 확인하였다.As shown in FIG. 7, the composites prepared according to Examples 13 to 16 of the present invention were found to be superior in activity to those of the composites of Comparative Examples 13 and 14, and in particular, the compositions using 0.01% glutaric dialdehyde 15 showed the best activity compared to the other examples.

또한, 실시예 13 내지 16의 복합체는 비교예 13 및 14의 복합체에 비하여 25일까지 우수한 안정성을 보이는 것을 확인하였다.
In addition, it was confirmed that the composite of Examples 13 to 16 exhibited excellent stability up to 25 days compared with the composite of Comparative Examples 13 and 14.

< 포름알데하이드탈수소효소> < Formaldehyde dehydrogenase >

실시예 17. 포름알데하이드탈수소효소, 0.01% 글루타릭 디알데히드Example 17. Formaldehyde dehydrogenase, 0.01% glutaric dialdehyde

상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 대신 포름알데하이드탈수소효소를 사용하여 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체를 제조하였다.
The enzyme-porous material composite coated with chitosan was prepared in the same manner as in Example 2 except that formaldehyde dehydrogenase was used instead of the carbonic anhydrase.

비교예 15. 키토산 및 글루타릭 디알데히드 사용 안함 Comparative Example 15. Chitosan and glutaric dialdehyde not used

상기 비교예 1과 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 용액 대신 포름알데하이드탈수소효소 용액을 사용하여 복합체를 제조하였다.
The complex was prepared in the same manner as in Comparative Example 1 except that a formaldehyde dehydrogenase solution was used instead of the carbonic anhydrase solution.

비교예 16. 키토산 사용 안함 Comparative Example 16. Chitosan not used

상기 비교예 2와 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 용액 대신 포름알데하이드탈수소효소 용액을 사용하여 복합체를 제조하였다.
A complex was prepared in the same manner as in Comparative Example 2 except that a formaldehyde dehydrogenase solution was used instead of the carbonic anhydrase solution.

비교예 17. 글루타릭 디알데히드Comparative Example 17. Glutaric dialdehyde 사용 안함 not used

상기 비교예 3과 동일하게 실시하되, 상기 탄산무수화효소 용액 대신 포름알데하이드탈수소효소 용액을 사용하여 복합체를 제조하였다.
The complex was prepared in the same manner as in Comparative Example 3 except that a solution of formaldehyde dehydrogenase was used instead of the solution of carbonic anhydrase.

시험예 7.Test Example 7. 고정화된 포름알데하이드탈수소효소의 활성 및 안정성 측정Measurement of activity and stability of immobilized formaldehyde dehydrogenase

도 8a는 실시예 17 및 비교예 15 내지 17에 따라 제조된 복합체의 고정화된 포름알데하이드탈수소효소의 초기활성을 나타낸 그래프이며, 도 8b는 실시예 17 및 비교예 15 내지 17에 따라 제조된 복합체의 고정화된 포름알데하이드탈수소효소의 안정성을 나타낸 그래프이다.FIG. 8A is a graph showing the initial activity of the immobilized formaldehyde dehydrogenase of the complex prepared according to Example 17 and Comparative Examples 15 to 17, and FIG. 8B is a graph showing the initial activity of the complex prepared according to Example 17 and Comparative Examples 15 to 17 FIG. 5 is a graph showing the stability of immobilized formaldehyde dehydrogenase. FIG.

포름알데하이드탈수소효소 활성의 측정은 수용액 버퍼 내에서의 포름알데하이드탈수소효소의 반응 기질인 포름알데하이드의 반응을 통해 측정하였다. 먼저 0.057 mL 포름알데하이드와 1.5 mg β-Nicotinamide adenine dinucleotide hydrate (NAD+)를 각각 1 mL의 증류수에 녹인다. 그 후 포름알데하이드 수용액과 NAD+ 수용액 각각 0.2 mL과 100 mM 인산나트륨 버퍼(sodium phosphate buffer, PB, pH 7.6) 1.6 mL을 섞어 반응 기질 용액을 만든다. 구형 나노다공성 실리카에 고정화된 효소(enzyme)의 경우에는 실시간으로 측정이 불가능하므로 2 mL의 반응 기질 용액에 상기 복합체를 넣어 200 rpm으로 반응시킨 후, 시간별로 0.1 mL씩 샘플을 취하여 측정하는 방법을 사용하였다. 그 후, 100 mM 인산나트륨 버퍼(sodium phosphate buffer, pH 7.6)을 이용해 1/10로 희석한 후 생성물의 농도를 340 nm에서 분광광도계(spectrophotometer)로 흡광도를 측정하였다. 효소의 안정성 측정은 시간에 따라 상기와 같은 방법으로 활성을 측정하는 방법, 같은 샘플을 재사용하여 활성을 측정하여 초기 활성과 비교하는 방법의 두 가지 방법을 통하여 측정하였다.Measurement of formaldehyde dehydrogenase activity was measured by the reaction of formaldehyde, the reaction substrate of formaldehyde dehydrogenase, in aqueous buffer. First, 0.057 mL of formaldehyde and 1.5 mg of β-nicotinamide adenine dinucleotide hydrate (NAD + ) are dissolved in 1 mL of distilled water, respectively. Then, 0.2 mL of formaldehyde aqueous solution and 0.2 mL of NAD + aqueous solution, and 1.6 mL of 100 mM sodium phosphate buffer (PB, pH 7.6) are mixed to prepare a reaction substrate solution. In the case of an enzyme immobilized on spherical nanoporous silica, it is impossible to measure in real time. Therefore, the above complex is put into 2 mL of a reaction substrate solution, reacted at 200 rpm, and a sample is taken at 0.1 mL per time Respectively. After that, it was diluted 1/10 with 100 mM sodium phosphate buffer (pH 7.6), and the concentration of the product was measured by a spectrophotometer at 340 nm. The stability of the enzyme was measured by two methods: a method of measuring the activity by time as described above, a method of reusing the same sample to measure its activity and comparing with the initial activity.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 17에 따라 제조된 복합체는 비교예 15 내지 17의 복합체에 비하여 활성이 우수한 것을 확인하였다.As shown in FIG. 8, the composite prepared according to Example 17 of the present invention was superior to the composite of Comparative Examples 15 to 17 in activity.

비교예 16은 효소간의 가교결합에 의하여 효소의 구조적 변성이 발생하였다.In Comparative Example 16, structural modification of the enzyme occurred due to crosslinking between the enzymes.

또한, 실시예 17의 복합체는 비교예 15 내지 17의 복합체에 비하여 50일까지 우수한 안정성을 보이는 것을 확인하였다.
In addition, it was confirmed that the composite of Example 17 exhibited excellent stability up to 50 days as compared with the composite of Comparative Examples 15 to 17.

Claims (12)

(A) 다공성 담체의 기공 내부에 효소를 흡착시키는 단계;
(B) 상기 효소가 흡착된 다공성 담체의 표면에 키토산을 흡착시키는 단계; 및
(C) 상기 키토산과 가교제를 반응시켜 상기 키토산의 아민기 간의 가교결합을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체의 제조방법.
(A) adsorbing an enzyme in pores of a porous carrier;
(B) adsorbing chitosan on the surface of the porous support on which the enzyme is adsorbed; And
(C) reacting the chitosan with a cross-linking agent to perform cross-linking between the amine groups of the chitosan, thereby producing a chitosan-coated enzyme-porous material composite.
제1항에 있어서, 상기 가교제는 글루타릭 디알데히드, 디이소시아네이트, 디안히드라이드, 디에폭사이드, 디알데하이드, 디이미드, 비스(이미도 에스테르), 비스(석신이미딜 에스테르) 및 디애시드 클로라이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the crosslinking agent is selected from the group consisting of glutaric dialdehyde, diisocyanate, dianhydride, diepoxide, dialdehyde, diimide, bis (imidoester), bis (succinimidyl ester) Wherein the chitosan-coated enzyme-porous material composite is coated with a chitosan-coated enzyme-porous material composite. 제1항에 있어서, 상기 가교제는 0.0001 내지 10.0% (w/w) 글루타릭 디알데히드 용액인 것을 특징으로 하는 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체의 제조방법. The method of claim 1, wherein the cross-linking agent is a 0.0001 to 10.0% (w / w) glutaric dialdehyde solution. 제1항에 있어서, 상기 가교제는 0.001 내지 1.0% (w/w) 글루타릭 디알데히드 용액인 것을 특징으로 하는 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the cross-linking agent is a 0.001 to 1.0% (w / w) glutaric dialdehyde solution. 제1항에 있어서, 상기 키토산의 농도가 0.01 내지 10.0 mg/mL인 것을 특징으로 하는 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체의 제조방법. The method of claim 1, wherein the concentration of the chitosan is 0.01 to 10.0 mg / mL. 제1항에 있어서, 상기 키토산의 농도가 0.1 내지 1.0 mg/mL인 것을 특징으로 하는 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체의 제조방법. The method of claim 1, wherein the concentration of the chitosan is 0.1 to 1.0 mg / mL. 제1항에 있어서, 상기 효소는 탄산무수화효소, 트립신, 당산화효소, 알코올탈수소효소, 포름산탈수소효소 및 포름알데하이드탈수소효소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체의 제조방법. 2. The chitosan-coated enzyme-coated product according to claim 1, wherein the enzyme is at least one selected from the group consisting of carbonic anhydrase, trypsin, saccharide oxidase, alcohol dehydrogenase, formate dehydrogenase and formaldehyde dehydrogenase. A method for manufacturing a porous material composite. 제1항에 있어서, 상기 다공성 담체의 기공 내부에 코펙터(cofactor)가 추가로 흡착되는 것을 특징으로 하는 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체의 제조방법. The method of claim 1, wherein a cofactor is additionally adsorbed in the pores of the porous carrier. 제8항에 있어서, 상기 코펙터는 수소전이 조효소 및 기전이 조효소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체의 제조방법. [Claim 9] The method of claim 8, wherein the cofectors are at least one selected from the group consisting of hydrogen transfer coenzyme and enzyme coenzyme. 제1항에 있어서, 상기 다공성 담체는 다공성 실리카담체, 다공성 탄소담체 및 고분자 담체로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체의 제조방법. The method according to claim 1, wherein the porous carrier is one selected from the group consisting of a porous silica carrier, a porous carbon carrier, and a polymer carrier. 제1항 내지 제10항 중에서 선택된 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조된 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체.A chitosan-coated enzyme-porous material composite prepared according to any one of claims 1 to 10. 제11항에 있어서, 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체는 바이오전환 소재, 바이오정화 소재, 오염방지(Antifouling)용 도료, 세제용 생촉매 소재, 효소기반 컬럼, 이산화탄소 전환용 패킹 소재, 바이오센서 또는 바이오연료전지에 사용하기 위한 것인 키토산이 코팅된 효소-다공성물질 복합체.12. The method of claim 11, wherein the chitosan-coated enzyme-porous material composite comprises at least one of a bio-converting material, a biocompatible material, an antifouling coating material, a biocatalyst material for detergents, an enzyme- Or a biofuel cell, the chitosan-coated enzyme-porous material composite.
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