无机有机杂化介孔材料的酶吸附行为研究

摘要

本论文以活化SBA-15和MCF以及无机有机杂化SBA-15和MCF为载体，通过设计材料表面与溶菌酶的特定的弱相互作用，考察弱相互作用对溶菌酶吸附量、吸附速率、分布状态、可逆吸附与否以及吸附后结构变化的影响。
　　 以水热合成法合成了具有大孔径、较大的比表面积和孔体积的二维六方孔道结构SBA-15和三维连通笼状孔道结构MCF硅基介孔分子筛材料，经活化处理和硅烷偶联剂(C2H5O)3Si-C3H6-X(X=H、NH2、NHCONH2和CN，-CN经过酸化处理变成COOH)对材料表面后接枝官能团化得到保持原硅基材料孔结构特性的无机有机杂化介孔分子筛材料。
　　 在一系列选定的pH值下进行溶菌酶的吸脱附实验时，材料表面官能团经过不同程度的水解电离或质子化后在表面形成不同性质的电荷密度，溶菌酶分子带有不同性质和数量的净电荷，进而研究可能衍生的材料表面与酶分子之间以及酶分子相互的非共价作用力包括静电作用、疏水作用、氢键以及π-π重叠作用对溶菌酶的异质性吸附的影响，发现相同孔结构参数无机有机杂化介孔材料，溶菌酶分子与载体材料间的静电作用力对酶分子的负载量起决定性作用，最大吸附量随着适度的静电作用而呈递增或递减变化，而不一定出现在pH值在蛋白质等电点附近。酶分子与载体材料间的作用力引力过强或者斥力过强如，因阻碍吸附过程的进行都会导致吸附量的急剧减小，表观动力学研究表明过强的引力作用确实导致酶分子在孔口的强吸附阻碍后续酶分子的进入，同样过强的分子斥力作用可以导致很难进入孔口，脱附实验同样验证了推论。同时，疏水作用，氢键和π-π重叠作用可能起到辅助作用，酶分子本身在不同pH值下的体积大小可能对吸附量产生影响。三维连通MCF缩小了孔道限制作用。材料表面与酶分子间的静电引力、疏水作用和π-π重叠作用存在下的斥力作用均导致溶菌酶分子的单层吸附，强的静电斥力作用导致吸附多发生在外表面的多层吸附。
　　 利用FTIR对吸附溶菌酶的结构分析证实了静电引力和氢键的作用，静电引力、疏水作用和氢键在溶菌酶吸附过程中不会改变溶菌酶的α-螺旋结构。而静电斥力或加上π-π重叠作用可能导致部分α-螺旋结构的转变。同时较强的静电斥力或混合π-π重叠作用将致使的平行的β-折叠结构发生变化，导致部分蛋白质的去折叠。具有三维孔道连通结构的MCF，表面曲率大于SBA-15，强化了表面与酶分子的静电作用和氢键作用。

目录

文摘

英文文摘

第一章 介孔分子筛材料的研究进展与应用展望

1.1 引言

1.2 介孔分子筛材料的合成

1.2.1 介孔分子筛材料的水热合成

1.2.2 介孔分子筛材料的合成机理

1.2.3 介孔分子筛材料的结构

1.2.4 介孔分子筛材料的组成

1.2.5 介孔分子筛材料的形貌

1.3 介孔分子筛材料的应用

1.3.1 材料合成模板

1.3.2 吸附与分离

1.3.3 分子反应器

1.3.4 生物大分子负载

1.4 介孔分子筛材料的生物大分子负载

1.4.1 形貌的影响

1.4.2 孔结构的影响

1.4.3 表面组成的影响

1.5 本论文选题目的、意义及主要研究内容

1.5.1 选题目的和意义

1.5.2 课题主要研究内容

第二章 无机有机杂化介孔材料的制备及其表征研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验药品

2.2.2 介孔材料SBA-15与MCFs的合成

2.2.3 无机有机杂化介孔材料SBA-15与MCFs的合成

2.2.4 无机有机杂化介孔材料SBA-15与MCFs的结构表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 无机有机杂化介孔材料SBA-15与MCFs的结构特征

2.3.2 无机有机杂化介孔材料SBA-15与MCFs的表面组成

2.4 小结

第三章 无机有机杂化介孔材料的酶吸附行为研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验药品

3.2.2 缓冲溶液的配制及溶菌酶吸附标准曲线的绘制

3.2.3 溶菌酶的吸附、吸附等温线及脱附实验

3.3 结果与讨论

3.3.1 无机有机杂化材料SBA-15和MCFs的溶菌酶吸附容量

3.3.2 无机有机杂化材料SBA-15和MCFs的溶菌酶表观动力学

3.3.3 无机有机杂化材料SBA-15和MCFs的溶菌酶吸附等温线

3.3.4 无机有机杂化材料SBA-15和MCFs的溶菌酶脱附率

3.3.5 吸附溶菌酶的结构变化

3.4 小结

第四章 结论

附录

参考文献

致谢

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