多维蛋白质杂化纳米花在纳米纤维表面的形成及生长机理研究

发布时间：2017-09-24 23:30

  本文关键词：多维蛋白质杂化纳米花在纳米纤维表面的形成及生长机理研究

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【摘要】：蛋白质是构成细胞的基本有机物,也是所有生命活动的主要承担者。将蛋白质固定在基体表面,可以将蛋白质的生物功能及特性转移到基体表面,使其成为功能化的生物材料,拓展其在生物传感器,生物反应器,生物芯片,以及生物大分子分离等研究领域的应用。纳米纤维具有比较大的比表面积,较好的生物相容性及较高的吸附性能,因此本研究选择亲水性较好的PVA-co-PE纳米纤维为基体来固定蛋白质。首先利用三聚氯氰将纳米纤维表面活化,并引入亚氨基二乙酸(IDA),再通过IDA-Cu2+螯合作用将Cu2+固定在纳米纤维膜表面,最后通过Cu2+与蛋白质和PO43-之间的协同作用将蛋白质以纳米花的形态固定在PVA-co-PE纤维膜表面,形成蛋白质-无机杂化纳米花。分别选择通过SEM、FTIR-ATR以及接触角研究了不同改性阶段纳米纤维膜的表面结构及性能,并通过与PVA-co-PE平板膜、纤维素滤纸作对比分析了界面对蛋白质-无机杂化纳米花固定的影响。在此基础上,采用相同机理利用溶液法制备了游离态的蛋白质-杂化纳米花,利用SEM、TEM、XRD对比分析了固定纳米花和游离纳米花的结构。结果表明,固定在纳米纤维表面的蛋白质-杂化纳米花与游离态的纳米花具有相同结构,由于纳米纤维膜具有较高的比表面积,因此表面所固定的蛋白质-无机纳米花密度较高,结构致密且完整。为了研究蛋白质-无机纳米花的形成及调控机理,本文研究了BSA浓度、磷酸盐缓冲溶液浓度、反应时间、p H值对杂化纳米花形态结构的影响,并提出了纳米纤维膜表面蛋白质-杂化纳米花的形成机理。结果表明:蛋白质杂化纳米花的形成建立在Cu_3(PO_4)_2·3H_2O纳米花的基础之上,因此Cu2+和PBS是蛋白质杂化纳米花形成的必要条件。BSA浓度、磷酸盐缓冲溶液浓度、反应时间、p H值、蛋白质种类都会影响杂化纳米化的形态,导致纳米花的形态大小、致密性和数量发生变化。多维纳米花结构的生长遵循Ostwald熟化机理和取向生长机理,首先在纳米纤维表面形成晶核,并以此为中心形成多个晶片,晶片向四周进行生长从而形成纳米花状结构。此外,为了研究纳米纤维膜表面杂化纳米花的活性及稳定性,本文制备了表面固定有HRP-Cu_3(PO_4)_2·3H_2O杂化纳米花的纳米纤维膜。通过测量HRP催化H_2O2和愈创木酚产生的生成物,来探究其活性及稳定性。研究表明,HRP的浓度会影响纳米纤维膜表面HRP-Cu_3(PO_4)_2·3H_2O杂化纳米花的活性,当HRP浓度为0.5 g/L时,杂化纳米花的活性最高,90天之后仍能保持80%的相对活性,可以在p H5-p H7范围内使用,而90天后游离酶的相对活性只有5%,且只能在p H7下使用。
【关键词】：纳米纤维 蛋白质 纳米花 金属螯合
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 引言11
• 1.2 蛋白质固定11-13
• 1.2.1 吸附法固定蛋白质11-12
• 1.2.2 交联法固定蛋白质12
• 1.2.3 包埋法固定蛋白质12
• 1.2.4 共价键结合法固定蛋白质12-13
• 1.3 蛋白质固定技术的应用13-14
• 1.3.1 蛋白质固定技术在蛋白质芯片中的应用13-14
• 1.3.2 蛋白质固定技术在生物传感器中的应用14
• 1.4 纳米材料在蛋白质固定方面的研究14-17
• 1.4.1 聚合物纳米材料14-15
• 1.4.2 氧化物纳米材料15-16
• 1.4.3 单质纳米材料16-17
• 1.5 多维花状结构纳米材料的研究现状17-18
• 1.5.1 无机纳米花材料17
• 1.5.2 有机-无机杂化纳米花材料17-18
• 1.6 本课题研究的意义和主要研究内容18-20
• 2 蛋白质杂化纳米花在PVA-co-PE纳米纤维膜表面的构筑20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 实验部分20-23
• 2.2.1 实验原料20-21
• 2.2.2 实验仪器及设备21
• 2.2.3 样品的制备21-22
• 2.2.3.1 纳米纤维膜表面杂化纳米花的固定21-22
• 2.2.3.2. 游离态杂化纳米花的制备22
• 2.2.4 样品的表征22-23
• 2.2.4.1 红外测试22-23
• 2.2.4.2 SEM测试23
• 2.2.4.3 XRD测试23
• 2.2.4.4 TEM测试23
• 2.3 结果与讨论23-30
• 2.3.1 PVA-co-PE纳米纤维膜的改性及结构性能表征分析23-25
• 2.3.2 纳米纤维膜表面蛋白质-无机杂化纳米花的形态结构分析25-27
• 2.3.3 游离态蛋白质-杂化纳米花的形态结构分析27-29
• 2.3.4 蛋白质-无机杂化纳米花的结晶结构分析29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 3 蛋白质-无机杂化纳米花的形成机理及其影响因素32-46
• 3.1 引言32
• 3.2 实验部分32-35
• 3.2.1 实验原料32-33
• 3.2.2 实验仪器及设备33
• 3.2.3 样品的制备33-34
• 3.2.3.1 吸附不同浓度的蛋白质33
• 3.2.3.2 吸附不同时间的蛋白质33
• 3.2.3.3 吸附不同浓度强度的PBS溶液33-34
• 3.2.3.4 吸附不同pH的缓冲溶液34
• 3.2.4 样品的表征34-35
• 3.2.4.1 红外测试34
• 3.2.4.2 SEM测试34
• 3.2.4.3 表面元素分析34-35
• 3.3 结果与讨论35-44
• 3.3.1 纳米纤维膜表面结构对蛋白质固定的影响35-37
• 3.3.2 蛋白质浓度对杂化纳米花形态结构的影响37-40
• 3.3.4 吸附时间对杂化纳米花形态结构的影响40-41
• 3.3.5 磷酸盐缓冲液对杂化纳米花形态结构的影响41-43
• 3.3.6 pH值对杂化纳米花形态结构的影响43-44
• 3.3.7 杂化纳米花的形成机理44
• 3.4 本章小结44-46
• 4 HRP-Cu_3(PO_4)_2·3H_2O杂化纳米花的活性及稳定性研究46-54
• 4.1 引言46
• 4.2 实验部分46-49
• 4.2.1 实验原料46-47
• 4.2.2 实验仪器及设备47
• 4.2.3 样品的制备47
• 4.2.4 表面固定HRP杂化纳米花的纳米纤维膜活性测试47-49
• 4.2.4.1 表面固定不同浓度HRP的纳米纤维膜的活性测试48
• 4.2.4.2 检测不同浓度H_2O2测试48
• 4.2.4.3 时间稳定性测试48
• 4.2.4.4 pH值稳定性测试48-49
• 4.3 结果与讨论49-53
• 4.3.1 纳米纤维膜表面HRP-Cu_3(PO_4)_2·3H_2O杂化纳米花催化活性49-50
• 4.3.2 HRP浓度对纳米纤维膜表面杂化纳米花催化活性的影响50-51
• 4.3.3 HRP-Cu_3(PO_4)_2·3H_2O杂化纳米花的pH值稳定性分析51-52
• 4.3.4 HRP-Cu_3(PO_4)_2·3H_2O杂化纳米花的时间稳定性分析52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 总结54-55
• 参考文献55-60
• 附录60-61
• 致谢61

【参考文献】

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本文编号：914083