SiO2基复合大孔材料的制备及其在固定化脂肪酶中的应用

摘要

脂肪酶（EC3.1.1.3）是一类特殊的酰基水解酶，作为一种高活性生物催化剂，可以在油-水界面上催化酯水解或醇解、酯合成、酯交换、内酯合成、多肽合成、高聚物合成及手性拆分等有机反应，是目前用途最广泛的酶催化剂之一。将酶与载体通过物理或化学方法结合在一起形成固定化酶，能够克服游离酶稳定性低、无法循环使用和产物不便分离提纯等缺点，既保留了游离酶高活性和高选择性的特点，又提高了酶的各种稳定性，便于工业化放大生产使用。我们制备了一种由纳米薄膜构筑的大尺寸SiO2大孔材料，具有孔道连续贯通、孔径均一（300～500nm）、比表面积大、孔隙率高以及机械强度高和水热稳定性好等特点。SiO2大孔材料较大的孔径可为通过不同方法对其进行表面功能化修饰提供足够的空间。与介孔材料相比还具有制备成本低、传质效率高、易于从反应体系中分离出来的优势。本文采用不同方法将聚合物负载于SiO2大孔材料的孔壁上，在纳米尺度上形成聚合物/SiO2/聚合物三层夹心结构，制备了多种复合大孔材料，用于褶皱假丝酵母脂肪酶（CRL）的固定化，并对材料结构和固定化酶的条件和性质进行了研究。具体如下：
　　1.通过硅酸乙酯在具有三维（3D）骨架结构的聚合物模板的孔壁上的原位水解和聚合物/SiO2复合材料的程序升温煅烧制备出大尺寸SiO2大孔材料。采用溶液浸渍法将壳聚糖涂敷在SiO2大孔材料表面形成CS/SiO2复合大孔材料，用SEM、EDS、FTIR对复合材料进行表征；其固定化脂肪酶的最佳条件是：以pH为7.5的缓冲溶液配制0.6mg/mL的脂肪酶溶液，于30℃恒温水浴的摇床中固定化10h，比酶活为3472.1U/g；固定化酶表现出良好的热稳定性、pH稳定性和操作稳定性，重复操作8次后，剩余酶活率为51.8％。
　　2.以戊二醛为交联剂对CS/SiO2复合大孔材料进行醛基功能化修饰。以醛基修饰的CS/SiO2复合大孔材料固定化脂肪酶的最佳条件是：在pH为7.5的0.6mg/mL的脂肪酶溶液中于恒温水浴摇床中30℃固定化6h，比酶活为2147.3U/g；与游离酶相比，固定化酶的热稳定性、pH稳定性和操作稳定性有所提高，重复操作8次后，剩余酶活率为41.3%。
　　3.以块体SiO2大孔材料为基质，甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）和甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）为功能单体，通过溶液浸渍、原位聚合和溶剂蒸发制备P(GMA-co-HEMA)/SiO2复合大孔材料，用SEM、EDS、BET、FTIR、TG-DTA对样品进行表征，并将其用于固定CRL。结果表明：SiO2大孔材料特有的毛细管作用使共聚物均匀地涂敷在其孔壁上，形成P(GMA-co-HEMA)/SiO2复合纳米薄膜。共聚物的负载量和亲疏水性可分别通过改变单体浓度和配比进行调控，当单体浓度为10%、GMA和HEMA的体积比为9:1时复合大孔材料固定化脂肪酶的效果最好，比酶活为3886.9U/g，重复操作8批次后剩余酶活率为68.7%。
　　4.通过控制多巴胺（DA）在大孔SiO2的微通道中的原位聚合,制备大孔多巴胺/SiO2（PDA/SiO2）复合材料，并用于固定CRL。制备的大孔材料样品通过SEM、TEM、EDS、MIP、BET、FTIR和TG-DTA进行表征。固定化脂肪酶的最佳条件是：在pH为7.5的0.6mg/mL的脂肪酶溶液中于恒温水浴摇床中30℃固定8h，比酶活为4109.3U/g；与自由酶相比，固定化酶表现出良好的热稳定性、pH稳定性和操作稳定性，重复操作8次后，剩余酶活率为76.1%。

目录

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引言

1绪论

1.1大孔材料的简介

1.2 SiO2基复合大孔材料的制备

1.3脂肪酶简介

1.4脂肪酶的固定化方法

1.5本课题选题意义和研究内容

2实验试剂及表征方法

2.1试剂

2.2实验仪器

2.3常用溶液的配置

2.4表征方法

3 CS/SiO2复合大孔材料的制备及其在固定化脂肪酶中的应用

3.1实验部分

3.2结果与讨论

3.3本章小结

4醛基化CS/SiO2复合大孔材料及其在固定化脂肪酶中的应用

4.1实验部分

4.2结果与讨论

4.3本章小结

5 P(GMA-co-HEMA)/SiO2复合大孔材料的制备及其在固定化脂肪酶中的应用

5.1实验部分

5.2结果与讨论

5.3本章小结

6 PDA/SiO2复合大孔材料的制备及其在固定化脂肪酶中的应用

6.1实验部分

6.2结果与讨论

6.3不同载体固定化CRL的性质比较

6.4本章小结

7结论

参考文献

在学研究成果

致谢