石墨烯基纳米组装体构建及其固定化酶研究

摘要

石墨烯优异的物理化学性质使其适用于固定化酶领域。石墨烯纳米片可为生物酶提供大量附着位点，作为固定化酶载体构建高性能酶催化系统。然而，石墨烯纳米片尺寸较小，循环使用较难。仿生粘合与仿生矿化是常用的固定化酶制备方法。在常温常压及中性pH条件下，仿生粘合、仿生矿化法可在纳米片表面形成不同结构的纳米涂层。本研究基于仿生粘合、仿生矿化等仿生方法，将石墨烯纳米片组装形成纳米组装体，其高比表可实现酶分子高负载，大尺寸利于固定化酶回用，涂层与酶间的强相互作用可提高固定化酶稳定性。 本文主要研究内容如下： （1）利用仿生粘合，在氧化石墨烯（GO）表面修饰多巴胺制备还原石墨烯纳米片（P-rGO）。脂肪酶通过物理吸附及共价作用结合在P-rGO表面。该石墨烯纳米片具备较高的比表面积，且聚多巴胺（PDA）表面儿茶酚基团与脂肪酶上氨基形成共价键，酶负载量高达642.5mg g-1。P-rGO还具有优于GO的循环、温度和pH稳定性，脂肪酶表面氨基与PDA上儿茶酚基团的共价作用可减少脂肪酶脱落及构象改变。 （2）利用沸石咪唑骨架材料（ZIF-8）调控P-rGO表面润湿性，利用Pickering乳化技术将P-rGO/ZIF-8纳米片在油水界面组装形成稳定的微囊型石墨烯基纳米组装体。脂肪酶与ZIF-8的物理吸附作用及酶表面氨基与PDA上儿茶酚基团的共价作用可有效提高固定化效率（65.0~68.1%）。酶负载量340.3~487.6mg g-1。形成的Pickering乳液可在油水体系中稳定存在，循环6次仍然保留50%的初始酶活力。 （3）利用聚乙烯亚胺（PEI）将GO组装成泡沫型石墨烯基纳米组装体。吸附脂肪酶后，利用仿生矿化将脂肪酶包埋在ZIF-8纳米涂层中。脂肪酶负载量最高可达656.0mg g-1，酶活回收率40.0%。ZIF-8纳米涂层可有效阻止酶的泄露，并抑制酶构象改变。因此该纳米组装体具备良好的溶剂及温度稳定性，在50%二甲基甲酰胺（DMF）及甲醇中处理1h,可保留＞68%的初始酶活力，70℃下处理2h仍可保留40%的初始酶活力，循环6次可保留高达92.1%的初始酶活力。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 脂肪酶的固定化

1.1.1 脂肪酶的结构及催化特性

1.1.2 脂肪酶固定化的研究进展

1.2 石墨烯及固定化酶载体制备

1.2.1 石墨烯结构与性质

1.2.2 石墨烯基材料用于固定化酶

1.3 仿生方法与固定化酶

1.3.1 仿生粘合

1.3.2 仿生矿化

1.4 本论文的选题思路及主要工作

第2章 P-rGO纳米片制备及其固定化酶研究

2.1 引言

2.2 材料与试剂

2.2.1 实验试剂

2.2.2 实验和表征仪器

2.2.3 实验方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 P-rGO纳米片的制备与表征

2.3.2 P-rGO纳米片固定化脂肪酶的催化性能

2.4 小结

第3章 微囊型石墨烯基纳米组装体构建及其固定化酶研究

3.1 引言

3.2 材料与试剂

3.2.1 实验试剂

3.2.2 实验和表征仪器

3.2.3 实验方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 P-rGO/ZIF-8/CRL纳米组装体的制备与表征

3.3.2 微囊型石墨烯基纳米组装体固定化脂肪酶的催化性能

3.4 小结

第4章 泡沫型石墨烯基纳米组装体构建及其固定化酶研究

4.1 引言

4.2 材料与试剂

4.2.1 实验试剂

4.2.2 实验和表征仪器

4.2.3 实验方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 rGO/PEI/CRL/ZIF-8纳米组装体的制备与表征

4.3.2 泡沫型石墨烯基纳米组装体固定化脂肪酶的催化性能

4.4 小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 主要创新点

5.3 研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢