智能可控层次中空二氧化硅载体的设计、合成及其应用

摘要

酶催化一直是现代催化研究最重要的课题之一。设计出具有高附载量、高活性保持以及快速响应时间的酶反应器一直是材料学工作者所追求的目标。而发挥这一功能的决定性因素——载体与酶的相互作用机制以及酶反应器与催化底物的相互调制机理还需进一步研究。基于同行大量的前期研究工作和我们的预研结果，我们利用一种新型的层次结构的中空二氧化硅为载体，以葡萄糖氧化酶(GOx)为模型酶，系统地研究其酶的固定化行为。研究表明，与传统单层中空二氧化硅相比，双层中空二氧化硅载体能实现高效GOx的固定化行为如更高的酶固定化量、更高的机械和热稳定性、更好的活性保持以及更低的酶的漏液等优点。
　　设计智能材料一直是高分子学科研究重点之一。为了克服传统的以聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）等为代表的负温敏性智能反应器的缺点，如，有着较慢的响应动力学和较低的催化活性等，本论文也在此基础上，进一步以中空二氧化硅为载体，通过引入分子自组装和分子“拉链”技术，以N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）和聚4-烯丙基苯酚(4-AP)构筑“拉链”的两枝，在中空二氧化硅表面构建一个智能网络壳层，成功制备出了新一代正温敏性银纳米反应器。研究表明，所制备的反应器展现了良好的正温敏性效应以及相变时更高的活性突变量等优点。
　　受本研究中的双层中空二氧化硅对生物酶的高效固定化行为以及分子自组装和分子“拉链”技术带来的正温敏性效应等启发，如果把双层中空二氧化硅和N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）以及聚4-烯丙基苯酚(4-AP)的智能“拉链”壳层网络相结合，将期待着能为反应器带来极好的性能。通过把金属银纳米粒子固定在双层中空二氧化硅的内外壳层之间，再在双层中空二氧化硅的外壳层接技智能PNIPAM/PAP网络，成功同时实现了限域催化以及可控催化等效应。实现结果表明，所制备的双层中空二氧化硅智能纳米反应器不但展现了正温敏性效应，而且还取得了相变时更高的活性突变量以及高的选择性催化等优点。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 中空二氧化硅微球的制备方法

1．1．1 模板法

1．1．2 低温合成法

1．1．3 微乳液法

1．1．4 其它方法

1．2 中空二氧化硅微球的表征

1．2．1 偏光显微镜测试

1．2．2 扫描电镜(SEM)测试

1．2．3 透射电镜(TEM)测试

1．2．4 红外光谱(FTIR)测试

1．2．5 核磁共振谱图(NMR)测试

1．2．6 粒径分布测试

1．3 中空二氧化硅微球的应用

1．3．1 生物医学材料

1．3．2 催化方面的应用

1．3．3 环境科学方面的应用

1．3．4 其他方面

1．4 中空二氧化硅微球的研究进展

1．4．1 智能可控复合材料

1．4．2 磁性中空二氧化硅微球

1．4．3 光响应纳米二氧化硅微球

1．5 本论文提出的背景、意义、创新性以及主要研究内容

1．5．1 本论文的选题背景及意义

1．5．2 创新性

1．5．3 主要研究内容

第二章 中空二氧化硅层次结构在酶的固定化方面研究

2．1 引言

2．2 实验原料及设备

2．2．1 实验药品

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验检测设备

2．3 实验方法

2．3．1 阳离子聚苯乙烯的制备

2．3．2 双层中空二氧化硅的制备

2．3．3 双层中空二氧化硅微球对GOx固定与解吸

2．4 结果与讨论

2．4．1 测试与表征

2．4．2 层次结构的中空二氧化硅微球对GOx的有效固定

2．4．3 等温线的分析

2．4．4 酶的活性测试

2．4．5 解吸实验

2．5 本章小结

第三章 单层硅智能纳米反应器的设计、合成及应用

3．1 引言

3．2 实验原料及仪器

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 试验检测设备

3．3 实验方案

3．3．1 单层硅智能纳米反应器的制备

3．2．2 单层硅智能纳米反应器的催化实验

3．4 结果与讨论

3．4．1 单层硅智能纳米反应器表征

3．4．2 单层硅智能纳米反应器催化性能研究

3．5 本章小结

第四章 双层中空硅智能纳米反应器的设计、合成及应用

4．1 引言

4．2 实验原料及仪器

4．2．1 实验药品

4．2．2 实验仪器

4．2．3 试验检测设备

4．3 实验方案

4．3．1 附载Ag+的双层二氧化硅的制备

4．3．2 双层硅智能纳米反应器的设计合成

4．3．3 双层硅智能反应器的催化实验

4．4 结果与讨论

4．4．1 双层硅智能纳米反应器的表征

4．4．2 双层硅智能纳米反应器的催化性能研究

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

硕士期间发表的学术成果