功能化TiO2微球表面共价固定化酶及催化活性和稳定性研究

摘要

二氧化钛(TiO2)具有无毒、制备成本低、机械强度高、抗微生物降解、热稳定性和化学稳定性高等优点。此外,TiO2可与儿茶酚及其衍生物发生螯合作用而牢固相连。研究表明,利用螯合作用可以有效地对金属氧化物进行表面修饰。该方法具有反应迅速、完全、便捷等优点。受此启发,本研究利用TiO2与儿茶酚基团之间的螯合作用对TiO2微球进行表面修饰,并利用共价法在修饰的TiO2微球上固定化酶。
　　本论文的研究内容主要包括以下几个方面:
　　(1)首先采用溶胶-凝胶法制备出粒径在500-600 nm的TiO2微球,然后利用TiO2与3,4-二羟基苯基丙酸(儿茶酚衍生物)之间的螯合作用对TiO2微球进行表面修饰,制得羧基化的TiO2微球(TiO2-COOH)。最后采用EDC/NHS化学方法在TiO2-COOH微球表面分别固定过氧化氢酶和脂肪酶。红外光谱图证明TiO2微球表面成功地修饰上了3,4-二羟基苯基丙酸,同时其表面成功地共价固定上了过氧化氢酶和脂肪酶。本论文还对两种固定化酶的催化活性和稳定性进行系统的研究。研究结果表明,两种固定化酶的稳定性得到了显著提高。固定化过氧化氢酶和脂肪酶分别保持了65％和60%的相对酶活力,其负载率分别为150mg/g support和200mg/g support。两种酶的米氏常数在固定后没有明显变化。
　　(2)首先利用TiO2与多巴胺(儿茶酚衍生物)之间的螯合作用对TiO2微球进行表面修饰,制得氨基化的TiO2微球(TiO2-NH2)。然后利用戊二醛将TiO2-NH2微球活化并在其表面分别固定过氧化氢酶和脂肪酶。红外光谱图证明了载体与酶分子间共价键的形成。固定化酶表现出了较高的活力和稳定性,固定化过氧化氢酶和脂肪酶分别保持了66.7%和65%的相对酶活力,其负载率分别为150mg/g support和230mg/g support。两种酶米氏常数在固定后也没有明显变化。
　　(3)首先采用EDC/NHS化学方法在过氧化氢酶分子上接枝3,4-二羟基苯基丙酸,然后利用儿茶酚基团与 TiO2微球的螯合作用将改性后的过氧化氢酶固定于TiO2微球上。研究发现,利用该方法制备的固定化酶的负载率高达500mg/g support,相对酶活力为60%。为了验证该方法的普适性,利用该法在TiO2微球上固定化醇脱氢酶,并对其催化活性和稳定性进行系统研究。研究结果显示,固定化醇脱氢酶的相对酶活力高达90%。红外光谱图证明两种酶均成功地共价固定在TiO2微球表面。
　　(4)对以上不同方法制备的固定化酶的负载率、相对酶活力、动力学常数、热稳定性、循环稳定性和储存稳定性进行比较。通过比较总结出以上不同方法固定化酶的优点和不足。

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第一章 文献综述

1.1. 固定化酶的应用

1.2 固定化酶研究进展

1.3 共价结合法固定化酶

1.4 载体表面修饰

1.5 本论文的选题思路及主要工作

第二章 羧基化的TiO2微球用于固定化酶的研究

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.3 结果与讨论

2.4小结

第三章 氨基化的TiO2微球用于固定化酶的研究

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第四章 酶经修饰后通过螯合作用固定于TiO2表面的研究

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.3 结果与讨论

4.4 小结

第五章 不同的固定化酶方法比较

5.1 引言

5.2相对酶活力和负载率

5.3 动力学常数

5.4 稳定性

5.5 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢