均匀大孔材料制备及其固载葡萄糖淀粉酶研究

发布时间：2020-10-24 18:05

　　 活性酶固载化是一个非常有吸引力的研究领域。固载酶可以克服游离酶稳定性和重复使用性差、难以分离等不足。载体和酶固载方法对固载酶活力具有重要的影响作用。均匀的大孔结构可为大分子提供较佳的传质过程。本研究论文以在工业上具有广泛应用的葡萄糖淀粉酶固载化为研究模型,旨在制备具有高孔隙率、高比表面积和高机械强度的均匀大孔材料,为开发具有高传质性能、高活力和高稳定性的固载化糖苷酶提供新载体和新方法。具体研究内容如下:(1)先以PS胶晶为模板,硅溶胶为前驱物,制备了具有三维有序大孔结构的巯基功能化二氧化硅杂化材料(3DOM SiO_2-SH)。然后,以丙烯酸为功能单体,甘油1,3-二甘油醇酸二丙烯酸酯作为交联剂,在孔内通过自由基引发聚合,成功地制备了羧基功能化二氧化硅@聚合物复合材料(3DOM SiO_2-COOH)。采用FTIR、Raman、SEM、Brunauer-Emmet-Teller测量、DSC和TGA等技术手段表征孔结构和成分组成。结果表明,3DOM SiO_2-COOH具有有序相通的大孔结构,高孔隙率和高机械强度。蛋白吸附试验表明,3DOM SiO_2-COOH对溶菌酶具有较好的吸附性能,吸附过程明显受内扩散控制。粒径在65~225μm范围的颗粒最大吸附量(q_m)、吸附平衡常数(K_l)、吸附能(E)和扩散系数(D_e)相近,表明颗粒粒径小于225μm时,蛋白质分子可完全到达材料内部,吸附量不受粒径的影响。然而,对于550μm的大颗粒,这些参数与小粒径颗粒不同,原因在于蛋白质分子无法到达大颗粒粒子深部作用位点。(2)以3DOM SiO_2-COOH材料为载体,经N-(3-二甲基氨丙基)-N'-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺活化后,采用共价键合法得到固载化葡萄糖淀粉酶。荧光显微观察表明,葡萄糖淀粉酶能均匀地分布在材料内部。实验结果显示,固载酶和游离酶的最佳反应pH都为5,最佳反应温度为55℃,米氏常数分别为3.78 g·L~(-1)和3.97 g·L~(-1)。但固载酶具有更高的热稳定性、pH值稳定性、储藏稳定性和重复使用稳定性。研究结果表明,3DOM SiO_2-COOH材料可作为一种新型的固载酶载体。(3)以丙烯酰胺为单体,N,N'-亚甲基二丙烯酰胺为交联剂,N,N,N',N'-四甲基乙二胺为加速剂,过硫酸钾为引发剂,冰晶为致孔剂,采用冷冻聚合和凝胶包埋法,制备得到聚丙烯酰胺凝胶固载化葡萄糖淀粉酶。该法制备的凝胶孔隙率高,孔径大,吸水性能好,机械强度高。实验结果显示,固载酶重复使用22天后,酶活力仍保留初始活力的71%,具有较好的稳定性。结果表明,冷冻聚合法与凝胶包埋法相结合,可作为一种新型的酶固载化方法。综上所述,本论文制备了可应用于蛋白质吸附分离和酶固载化的羧基功能化3DOM材料,及采用冷冻聚合法和凝胶包埋法制备得到了具有高活性和重复使用性的聚丙烯酰胺凝胶固载化葡萄糖淀粉酶,研究结果具有较好的科学和实际应用价值。
【学位单位】：广州中医药大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R943
【部分图文】：

用羧基二咪唑活化；（AC）混合酸酐活化；（AD）亚硫酰氯活化；AF）用 N-羟基苯叠氮唑活化；（AG）用伍沃德试剂 K 活化；（A图 1-2 带有羧基载体的活化反应示意图Figure 1-2 Schematic diagram of activation of carboxyl group

iO2-SH 材料的 SEM 照片。SEM 观察均匀而光滑。从 SEM 图像测量的大地看到下一层的孔道。均匀的黑点（图 2-5 PS 模板的电镜图Figure 2-5 SEM image of PS template

致密的聚合物层有效地提高了 3DOM SiO2-COOH 材料的机械强度 40 N 的外力。然而，3DOM SiO2-SH 材料很脆弱，易碎，在 5 N 的外力下图 2-8 3DOM SiO2-COOH 材料在干和湿状态下的图Figure 2-8 Pictures of 3DOM SiO2-COOH in the dry and wet states
【参考文献】

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本文编号：2854812