대규모 산업공정을 위한 효소 고정화 담체로서 나노세공 실리카의 상용화 가능성을 조사하였다. 정량반응 시스템을 이용하여 1차 입자의 생성조건을 변화시킴으로써 여러 세공크기를 갖는 나노세공 실리카를 만들었으며, 비표면적, 세공 용적, 공극 크기 등의 물성 제어를 하였다. 실리카와 효소 사이의 원활한 공유결합을 유도하기 위해, 실리카의 표면을 알데하이드기로 개질하였으며, Lucifer yellow라는 형광 dye를 이용하여 표면 개질을 확인하였다. 실리카 위에 목적 효소인 트립신을 각 조건에 따라 고정화 시킨 결과 충분한 고정화를 위해서는 50 nm 정도의 공극 크기가 필요함을 알았고, 표면 차이에 따른 고정화 차이를 통해 고정화에 있어 표면개질의 중요성을 볼 수 있었다. 또 재사용 시 고정화된 트립신의 활성 변화를 관찰, 활성이 90%까지 유지되는 동안 10회 이상의 반복 사용이 가능함을 확인하였다. 이를 통하여 고정화 효소 시스템의 산업적 이용을 위한 가능성을 확인하였다. 실리카의 상용화 가능성을 평가하기 위하여 현재 상용화 되고 있는 지지체와 유사한 조건에서 실험 후 결과를 비교해 본 결과 나노세공 실리카의 효소 고정화용 지지체로서의 상용화 가능성을 발견할 수 있었다.
The objectives of this study were to develop nano-pore silica particles and to modify its surface for use as an enzyme immobilization matrix. Sol-gel reaction was used to produce silica particles of various nano pore sizes with hydroxyl groups on their surfaces. The surface was modified with aldehyde that was confirmed by fluorescence imaging. Trypsin was covalently immobilized by reductive amination. Surface density of the immobilized trypsin was ca. $350{mu}g/m^2$, which was approximately 17- and 35-fold higher than those from the surfaces with hydroxyl and amine group, respectively. About 90% of the initial enzyme activity was maintained after the 12th use of repeated use. When compared with the commercial matrices, the nano-pore silica particle was superior in terms of immobilization yield and specific activity. This study suggests the nano porous silica particles can be used as enzyme immobilization matrix for industrial applications.
