基于金属有机配位作用酶固定化载体设计与制备

发布时间：2017-07-02 06:05

  本文关键词：基于金属有机配位作用酶固定化载体设计与制备，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：以自然界中普遍存在的金属有机配位作用为基础,耦合多酚类物质的多功能性,设计制备了多种固定化酶载体,使固定化酶保持高活性的同时具有良好的稳定性,系统考察了金属有机配位在载体形成过程中的作用以及对载体结构和性能的影响。主要研究内容如下:第一部分,基于儿茶酚与钛离子和海藻酸与钙离子两种配位作用制备了双交联凝胶球。合成的儿茶酚改性海藻酸能同时螯合Ti4+和Ca2+离子。钛离子配位提高了链间作用力,抑制了凝胶溶胀并提高了凝胶的机械强度,使固定化酶具有较好的循环和储存稳定性。第二部分,基于儿茶酚与钛离子配位作用层层组装得到杂化微囊。儿茶酚接枝率越高或组装层数越多,形成的配合物就越多,微囊囊壁越厚,同时微囊的机械性能越高,热稳定性越好。酶可包埋于囊腔内,也可共价于囊壁表面。与游离酶相比,固定化酶具有较高pH和温度稳定性。第三部分,基于海藻酸与钙离子配位作用,耦合模板介导下的界面反应,制备超薄含酶微囊,酶既是微囊的形成组分也是活性组分。利用与钙离子配位,将改性海藻酸组装于碳酸钙模板表面。考察去除模板过程中,微囊内压力变化。考察不同酶掺杂量对微囊结构和性能的影响。含酶微囊具有较高的生物活性,良好的抗pH和抗温度变化稳定性及长时间储存稳定性。第四部分,基于儿茶酚与锌离子配位作用耦合双硬模板法,制备具有粗糙表面的超薄氧化钛微囊。ZIF-8和碳酸钙为硬模板分别调控囊壁和囊腔的结构。儿茶酚与Zn2+配位作用确保了ZIF-8颗粒的组装。微囊粗糙的表面利于底物吸附,确保了固定化酶对底物的亲和性。氧化钛微囊具有较高的机械稳定性和抗菌特性,使固定化酶具有良好的循环和储存稳定性。第五部分,基于儿茶酚改性明胶构建含三种脱氢酶的微囊型多酶系统用于催化CO2转化。三种酶分别包埋于囊腔,共价接枝于改性明胶层及包埋于氧化硅层。此多酶系统实现了:①根据酶活调控负载量,实现酶的充分利用;②各酶间隔距离在纳米尺度,避免中间产物被主体溶液稀释,使反应平衡向产物方移动;③微囊适宜的孔径避免酶泄漏的同时促进底物/产物的扩散。因此,多酶系统具有较高的甲醇产率和选择性。微囊较高的机械性能赋予多酶系统良好的稳定性。
【关键词】：金属有机配位 多酚化学 层层组装 仿生矿化 固定化酶
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O641.4;Q814.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 文献综述10-44
• 1.1 固定化酶研究进展10-14
• 1.1.1 酶固定化方法与载体结构10-11
• 1.1.2 酶固定化微环境与载体材料11-14
• 1.2 金属有机配位作用14-28
• 1.2.1 金属有机配位作用研究进展15-24
• 1.2.2 金属有机配位作用与载体制备24-28
• 1.3 多酚化学与固定化酶载体制备28-43
• 1.3.1 多酚自聚机理29-35
• 1.3.2 高分子的多酚功能化35-38
• 1.3.3 多酚化学与载体制备38-43
• 1.4 本论文的选题思路及主要工作43-44
• 第二章 金属有机配位凝胶球用于固定化酶研究44-63
• 2.1 引言44
• 2.2 材料与方法44-48
• 2.2.1 实验试剂44-45
• 2.2.2 实验和表征仪器45
• 2.2.3 儿茶酚改性海藻酸的合成（AlgDA）45-46
• 2.2.4 Ca-Alg、Ca-AlgPDA和Ca-Ti(AlgDA) 凝胶球的制备46
• 2.2.5 Ca-Alg、Ca-AlgPDA和Ca-Ti(AlgDA)凝胶球固定化YADH46
• 2.2.6 凝胶球的溶胀度和机械性能46-47
• 2.2.7 凝胶球固定化酶性能评价47
• 2.2.8 合成聚合物和凝胶球的表征47-48
• 2.3 结果与讨论48-61
• 2.3.1 儿茶酚改性海藻酸的合成和表征（AlgDA）48-51
• 2.3.2 Ca-Alg、Ca-AlgPDA和Ca-Ti(AlgDA)凝胶球的制备和表征51-57
• 2.3.3 Ca-Alg、Ca-AlgPDA和Ca-Ti(AlgDA)固定化YADH57-61
• 2.4 小结61-63
• 第三章 金属有机配位层层组装杂化微囊用于固定化酶研究63-80
• 3.1 引言63
• 3.2 材料与方法63-67
• 3.2.1 实验试剂63-64
• 3.2.2 实验和表征仪器64-65
• 3.2.3 改性海藻酸的合成（AlgDA）65
• 3.2.4 Ti(IV)-AlgDA杂化微囊制备65
• 3.2.5 Ti(IV)-AlgDA杂化微囊固定化CAT65-66
• 3.2.6 Ti(IV)-AlgDA杂化微囊固定化CAT性能评价66-67
• 3.2.7 Ti(IV)-AlgDA杂化微囊的表征67
• 3.3 结果与讨论67-79
• 3.3.1 不同接枝率改性海藻酸的合成和表征67-68
• 3.3.2 Ti(IV)-AlgDA杂化微囊的制备和表征68-75
• 3.3.3 Ti(IV)-AlgDA微囊固定化CAT75-79
• 3.4 小结79-80
• 第四章 金属有机配位及模板介导制备含酶微囊及其性能研究80-100
• 4.1 引言80
• 4.2 材料与方法80-84
• 4.2.1 实验试剂80-81
• 4.2.2 实验和表征仪器81-82
• 4.2.3 含酶微囊的制备82
• 4.2.4 共沉淀效率、固定化效率和负载量82-83
• 4.2.5 酶活性、动力学参数（Km和Vmax）和稳定性83
• 4.2.6 含酶微囊的表征83-84
• 4.3 结果与讨论84-98
• 4.3.1 含酶微囊的制备和表征84-94
• 4.3.2 含酶微囊的催化性能评价94-98
• 4.4 小结98-100
• 第五章 双模板法制备超薄杂化微囊用于固定化酶研究100-122
• 5.1 引言100
• 5.2 材料与方法100-105
• 5.2.1 实验试剂100-101
• 5.2.2 实验和表征仪器101-102
• 5.2.3 ZIF-8 纳米颗粒的制备102
• 5.2.4 Z-TiO_2微囊的制备102-103
• 5.2.5 Z-TiO_2微囊固定化PGA103
• 5.2.6 固定化PGA性能评价103-104
• 5.2.7 微囊的表征104-105
• 5.3 结果与讨论105-121
• 5.3.1 ZIF-8 纳米颗粒的制备和表征105-107
• 5.3.2 Z-TiO_2微囊的合成和表征107-116
• 5.3.3 Z-TiO_2微囊固定化PGA的性能评价116-121
• 5.4 小结121-122
• 第六章 介孔超薄杂化微囊用于固定化多酶研究122-142
• 6.1 引言122
• 6.2 材料与方法122-127
• 6.2.1 实验试剂122-123
• 6.2.2 实验和表征仪器123-124
• 6.2.3 儿茶酚改性明胶的合成（GelC）124-125
• 6.2.4 GelCSi杂化微囊的制备125
• 6.2.5 基于GelCSi微囊构建多酶系统125
• 6.2.6 多酶催化转化CO_2为甲醇125-127
• 6.2.7 GelC和GelCSi微囊的表征127
• 6.3 结果与讨论127-141
• 6.3.1 儿茶酚改性明胶（GelC）的合成和表征127-130
• 6.3.2 GelCSi杂化微囊的合成和表征130-136
• 6.3.3 多酶系统的催化效率和稳定性136-141
• 6.4 小结141-142
• 第七章 结论与展望142-145
• 7.1 结论142-143
• 7.2 主要创新点143-144
• 7.3 展望144-145
• 参考文献145-161
• 发表论文和科研情况说明161-163
• 致谢163-164

  本文关键词：基于金属有机配位作用酶固定化载体设计与制备，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：508734