Polimer kaplı mezo gözenekli silika nanoparçacık sentezi, karakterizasyonu ve enzim i̇mmobilizasyonunda kullanımı

Enzimler tepkimenin hızını ve özgüllüğünü belirleyen olan organik katalizörlerdir. Enzimlerin uygulama alanlarının her geçen gün artması, enzimlerin daha ekonomik ve etkin tekniklerle üretilmesini kaçınılmaz hale getirmiştir. Subtilisin (Alkalaz) enzimi, kozmetik ve temizlik ürünleri bileşeni olarak kullanılan bir enzimdir. Bu ürünlerin uygulamaları enzimin yüksek maliyetli olması ve operasyonel kararlılığının düşük olması sebebiyle düşük verimle gerçekleşmektedir. Yüksek sıcaklıklar ve uygun olmayan pH değerleri enzimin aktivitesini olumsuz yönde etkileyerek reaksiyon hızını düşürmektedir. İmmobilizasyon proses şartlarında esneklik sağladığı ve enzim kararlılığını arttırdığı için bu dezavantajları aşmak için kilit bir yöntemdir [1]. Mezogözenekli silika nanoparçacıklar (MSNs) biyouyumlulukları, düşük toksisiteleri, geniş yüzey alanları, yüksek gözenekli yapıları, ayarlanabilir gözenekleri, değiştirilebilir yüzey özellikleri sebebiyle biyomolekül taşıyıcısı olarak büyük bir potansiyele sahiplerdir. Kitosan toksik olmaması, kullanıcı dostu ve maliyeti düşük olması sebebiyle enzim immobilizasyonu için büyük bir potansiyele sahiptir. Kitosanın (CS) yapısında bulunan amino ve hidroksil grupları, enzim immobilizasyonu için büyük avantaj sağlar [2]. Kitosanının ve sulu ortamda şişen bir yapıya sahip olması immobilizasyon prosesinde kullanımı için bir dezavantajdır çünkü, yüksek su içeriği polimerik yapısının mekanik dayanımını yitirmesine sebep olur. Bu problemin üstesinden gelebilmek için kitosan bir polimerik karışımın bileşeni olarak kullanılmıştır [3]. Poliakrilik asit (PAA) ve kitosanın karıştırılması sonucu elde edilen polimerik yapının mekanik dayanımının ve pH kararlılığının yüksek olduğu bilinmektedir. Ayrıca, poliakrilik asit gibi lineer polimer zincirlerin MSNlerin yüzeyine kaplanmaları ile pH'a bağlı davranış gösterdikleri tespit edilmiştir [4]. Bu bilgiler doğrultusunda, kitosan ve akrilik asitin çözelti polimerizasyonu reaksiyonu ile MSNlerin yüzeyine kaplanması çalışılmıştır. Yapılan literatür taramasında, mezogözenekli silica nanoparçacıklara bu polimer karışımı ile daha önce kaplama yapılmadığı görülmüştür. Nanobiyokataliz geleneksel immobilizasyon yöntemlerinin aktiviteyi düşürücü etkisini nanoparçacıklarla enzimlerin kararlı hale getirerek yok eder. Nanoyapıdaki parçacıklar geniş yüzey alanına sahip olduklarından birim taşıyıcı başına enzim yükleme miktarı yüksektir. Bu amaçla, poliakrilik asit (PAA) ve kitosanın (CS) karıştırılmasıyla elde edilen polimer tabaka ile kaplanmış mezo gözenekli silica nanoparçacıkların (MSNs) yüzeyine subtilisin enzimi immobilize edilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda, immobilizasyon prosesi ve enzim aktivitesi için optimum koşullar 25oC sıcaklıkta: pH 7 ve 4 saat immobilizasyon süresi olarak belirlenmiştir. Optimum koşullarda immobilize edilen enzimin aktivitesi serbest enzimin aktivitesi ile farklı pH ve sıcaklıklarda karşılaştırılmıştır. Ayrıca, immobilize enzimin operasyonel ve depo kararlılığı incelenmiş ve immobilize enzimin aktivitesinin 5 kez tekrar kullanımdan sonra %40'ına ve depolama kararlılığı deneylerine göre 4 hafta sonra %60'ına düştüğü gözlemlenmiştir.