基于天然高分子多孔微球的制备及固定化酶性能研究

摘要

载体的温和制备、底物/产物快速传递、酶的易回用是酶催化的三个问题，本文采用生物相容性好的天然高分子作为固定化酶载体材料，在温和条件下成功制备出多孔微球，并应用于固定化乙醇脱氢酶研究。多孔结构促进底物产物的快速传递，提高了酶的催化活性；载体良好的生物相容性提高了酶的稳定性。
　　本文的主要研究内容如下：
　　（1）以生物相容性好的多巴胺和 Fe3O4为原料，通过模板反相复制法制备了多孔磁性微球。制备过程包括Fe3O4@CaCO3模板的合成、多巴胺的渗透、自聚合和模板的去除三个步骤。多孔磁性微球的粒径、表面形貌和孔结构（平均孔径、孔体积、比表面积）可通过模板进行调控。制得的多孔磁性多巴胺微球被应用于共价固定乙醇脱氢酶（催化甲醛转化为甲醇）。与载酶的PDA-Fe3O4纳米粒子相比，酶固定于多孔磁性微球上具有显著增强的催化活性（绝对酶活162.3 U/mg YADH、甲醇收率95.5％、初始反应速率0.15%/s）和理想的稳定性（温度、pH、循环和储存稳定性）。其中，该固定化酶可通过磁性分离手段轻松实现回收。
　　（2）以甲壳素和多酚为原料，通过热诱导相分离法和多酚配位自组装法制备了功能化多孔微球。首先，通过热诱导相分离法制备了平均粒径为111.5μm的多孔甲壳素微球。随后，利用TA和Ti-BALDH的强配位作用在多孔微球表面形成功能性涂层。TA和甲壳素的氢键作用使得TA-Ti涂层牢固吸附于微球表面。鉴于功能性多孔微球的生物相容性、多孔性和表面活性，功能性多孔微球被应用为固定化酶载体。载酶的功能性多孔微球具有高的催化性能（102.8 U/mg YADH）。此外，功能性多孔微球还被应用于催化还原和重金属离子吸附领域。
　　（3）以甲壳素和虫胶为原料，通过一步法制备了复合天然高分子多孔微球。首先，甲壳素和虫胶分子在特点条件下共同溶解，随后通过热诱导相分离法得到复合多孔微球。考察了虫胶的添加量对微球形成和多孔性的影响。制得的多孔微球应用于固定化酶研究发现，固定化酶的稳定性和催化活性均得到显著增强。其中，相比于纯甲壳素微球固定化酶（54.5 U/mg YADH），复合多孔微球固定化酶的绝对酶活性可达128.2 U/mg YADH。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1天然高分子

1.2高分子多孔微球的制备

1.3本论文的选题思路及主要工作

第二章 多孔磁性多巴胺微球的制备及固定化酶研究

2.1引言

2.2材料和方法

2.3结果与讨论

2.4小结

第三章 功能性多孔甲壳素微球的制备及固定化酶研究

3.1引言

3.2材料和方法

3.3结果与讨论

3.4小结

第四章 多孔复合甲壳素微球的一步法制备及固定化酶研究

4.1引言

4.2材料和方法

4.3结果与讨论

4.4小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2主要创新点

5.3展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢