功能化磁性载体的制备及其固定化脂肪酶研究

摘要

从上世纪六十年代以来，酶的固定化技术发展十分迅速，作为固定化酶技术的重要组成部分，载体材料的结构及性能在很大程度上直接影响着所得固定化酶的催化活性及操作稳定性，成为固定化酶技术研究领域的重要内容。本学位论文较为系统地综述了酶的固定化方法、载体材料的国内外研究进展，着重介绍了磁性载体材料的发展，由此设计和制备了三种新型反应性固定化酶磁性载体，并将其用于脂肪酶的固定化研究。具体来说，论文主要进行了以下几个方面的研究和探索： 1.通过对纳米颗粒制备机理的分析，采用化学共沉淀法，制备了粒径约为15nm，比饱和磁化强度为58.9emu/gFe3O4，具有超顺磁性的Fe3O4纳米粒子。 2.使用正硅酸乙酯(TEOS)的水解-缩聚将Fe3O4纳米粒子包裹，得到了表面含有硅羟基的Fe3O4/SiOx复合粒子，考察了正硅酸乙酯的用量对Fe3O4/SiOx复合粒子的影响。以γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)对包裹后的复合粒子进行表面改性，从而在其表面引入氨基，制备得到了Fe3O4/SiOx-APTS载体，对载体的结构和性能进行了表征分析。该载体拥有较小的粒径(30-50nm)，较高的比饱和磁化强度(28.3emu/g载体)，表现出优越的磁响应性。然后选用戊二醛为双功能试剂，采用两种不同的策略实现了脂肪酶的固定化。优化了固定化条件，考察了固定化脂肪酶的热稳定性和重复使用性。结果表明，两种策略对脂肪酶的固定化都是有效的，得到了较高的活力回收，改善了脂肪酶的热稳定性，实现了酶的简单、快速分离回收和重复使用。相比较而言，策略FSA-2在固定化脂肪酶方面更具有优势。 3.使用油酸对Fe3O4纳米粒子进行疏水性改性，有效地改善了Fe3O4纳米粒子与有机单体的相容性。选用甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和醋酸乙烯酯(VAe)为单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)为交联剂，在有致孔剂和油酸改性的Fe3O4纳米粒子存在下进行悬浮聚合，制备了多孔磁性环氧基高分子微球。主要考察了OA-Fe3O4的加入量对微球磁性能的影响，并对微球的结构和性能进行了表征分析。所制备的磁性微球平均粒径为80μm左右，表面多孔，比饱和磁化强度为7.61emu/g微球，无剩磁和矫顽力，表现出优越的磁响应性，能快速简单地从溶液中分离。然后以磁性环氧基高分子微球为载体，实现了对脂肪酶的固定化。考察了微球醇解前后对固定化酶活力回收的影响，结果表明醇解后，微球亲水性的增加有利于酶的固定化。同时还考察了固定化脂肪酶的最佳催化条件、热稳定性、变性剂耐受性、重复使用性和动力学常数。结果表明，虽然固定化酶对底物的亲和力有所降低，但是其对热、交性剂的稳定性均优于游离酶，同时实现了酶的简单、快速分离回收和重复使用。 4.使用乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)对Fe3O4纳米粒子表面进行了化学改性，在改善了其与有机单体相容性的同时，在其表面引入了具有反应活性的乙烯基基团。通过甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(MATAC)的聚合，将改性的Fe3O4纳米粒子进行包裹，制备了磁性Fe3O4/P(GMA-MATAC)复合载体，同时赋予载体正电荷和具有反应活性的环氧基。主要考察了乙烯基三乙氧基和引发剂的用量对磁性Fe3O4/P(GMA-MATAC)复合载体的影响，并对载体的结构和性能进行了表征分析。所制备的复合载体粒径约为200-400nm，具有优异的分散性，较高的比饱和磁化强度(27.3emu/g载体)，无剩磁和矫顽力，表现出优越的磁响应性，能快速简单地从溶液中分离。以合成的磁性高分子复合载体对脂肪酶进行了固定化研究，优化了固定化条件，同时考察了固定化脂肪酶的热稳定性和重复使用性。结果表明，以此载体制备的固定化酶拥有较高的活力回收，优异的热稳定性，同时实现了酶的简单、快速分离回收和重复使用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述及论文选题指导思想

1.1固定化酶研究概述

1.1.1固定化酶原理及方法

1.1.2固定化酶技术国内外研究进展

1.2固定化酶载体材料及其研究进展

1.2.1无机载体材料

1.2.2天然高分子载体材料

1.2.3合成高分子载体材料

1.2.4新型载体材料

1.3磁性载体材料的研究进展

1.3.1直接功能化的磁性粒子

1.3.2磁性高分子微球

1.4选题指导思想与研究意义

参考文献

第二章磁性Fe3O4/SiOx-APTS载体的合成、表征及其固定化脂肪酶的研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1原料、试剂及测试仪器

2.2.2 Fe3O4纳米粒子的制备

2.2.3 Fe3O4/SiOx复合粒子的制备

2.2.4 APTS对Fe3O4/SiOx复合粒子的表面改性

2.2.5 Fe3O4/SiOx-APTS载体固定化脂肪酶的制备

2.2.6 Fe3O4/SiOx-APTS载体固定化脂肪酶的性质测定

2.3结果与讨论

2.3.1 Fe3O4纳米粒子及Fe3O4/SiOx-APTS载体的制备

2.3.2 Fe3O4纳米粒子及Fe3O4/SiOx-APTS载体的表征分析

2.3.3 Fe3O4/SiOx-APTS载体固定化脂肪酶条件的优化

2.3.4 Fe3O4/SiOx-APTS载体固定化脂肪酶的制备

2.3.5 Fe3O/4SiOx-APTS载体固定化脂肪酶的性质研究

2.4小结

参考文献

第三章磁性环氧基高分子微球的合成、表征及其固定化脂肪酶的研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1原料、试剂及测试仪器

3.2.2单体及试剂的精制

3.2.3油酸改性Fe3O4(OA-Fe3O4)纳米粒子的制备

3.2.4磁性环氧基高分子微球的合成

3.2.5磁性微球固定化脂肪酶的制备

3.2.6磁性微球固定化脂肪酶的性质研究

3.3结果与讨论

3.3.1磁性微球的制备与表征分析

3.3.2磁性微球固定化脂肪酶的制备

3.3.3磁性微球固定化脂肪酶的性质

3.4小结

参考文献

第四章磁性Fe304/P(GMA-MATAC)复合载体的合成、表征及其固定化脂肪酶的研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1原料、试剂及测试仪器

4.2.2 Fe3O4纳米粒子的制备

4.2.3 VTES对Fe3O4纳米粒子的化学改性

4.2.4磁性Fe3O4/P(GMA-MATAC)复合载体的合成

4.2.5 Fe3O4/P(GMA-MATAC)复合载体固定化脂肪酶的制备

4.2.6 Fe3O4/P(GMA-MATAC)复合载体固定化脂肪酶的性质研究

4.3结果与讨论

4.3.1 Fe3O4/P(GMA-MATAC)复合载体的制备与表征分析

4.3.2 Fe3O4/P(GMA-MATAC)复合载体固定化脂肪酶条件的优化

4.3.3 Fe3O4/P(GMA-MATAC)复合载体固定化脂肪酶的制备

4.3.4 Fe3O4/P(GMA-MATAC)复合载体固定化脂肪酶的性质

4.4小结

参考文献

主要结论

展望

学习期间发表论文情况

致谢