海藻酸钠/SiO2复合水凝胶的制备及作为固定化纤维素酶载体的研究

论文摘要

有机无机复合材料综合了有机材料和无机材料的优点,在力学、热学、光学、电磁学和生物学等方面具有许多优异性能,因此受到了各国科学家的广泛关注。本文以海藻酸钠为有机相,γ-氨丙基三乙氧基硅烷为无机相,利用两种不同的方法制备了两种不同的海藻酸钠/二氧化硅（SiO2）复合材料,在此基础上,对这两种复合材料作为固定纤维素酶的载体进行了研究。本文主要包括以下三个部分:第一部分:共价交联海藻酸钠/SiO2复合水凝胶的制备与表征利用多肽合成中的碳二亚胺法,以1-乙基-3-（3-二甲氨基丙基）碳化二亚胺（EDC）为活化剂活化海藻酸钠上的羧基,然后在常温下与偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷上的氨基反应生成酰胺键而交联;同时,硅烷中的乙氧基发生水解缩聚反应得到了有机高分子和无机材料之间以共价键结合的杂化水凝胶。以FTIR、SEM等实验方法对产物进行了表征,并探讨了杂化水凝胶的溶胀率、剪切模量、网链平均分子量与其结构之间的关系。结果表明,杂化材料中有机无机两相相容性良好,杂化材料的密度、溶涨率及其力学性能可以通过控制无机有机二者的比例加以控制。第二部分:共价交联海藻酸钠/SiO2复合水凝胶固定化纤维素酶以第一部分的共价交联海藻酸钠/SiO2复合水凝胶作为固定化纤维素酶载体,固定后,纤维素酶的包埋率超过了86%,酶固定前后的SEM图表明纤维素酶非常均匀地分布在载体中。探讨了pH、温度对固定酶和游离酶活力的影响,研究了固定酶和游离酶的酶促反应动力学。结果表明固定酶具有对pH和温度更高的稳定性,固定酶的最适宜pH为3.6,最佳催化温度为50℃。固定酶的可重复实用性良好,连续使用10次后依然保留>50%酶活力。第三部分:基于溶胶凝胶原理海藻酸钠/SiO2复合载体固定化酶以γ-氨丙基三乙氧基硅烷为前驱体,发生溶胶凝胶反应固定包埋海藻酸钠和纤维素酶。研究并比较了两种不同的复合材料固定酶的包埋率、米氏常数、对温度和pH的稳定性、储藏稳定性能以及可循环使用性能。研究结果表明,共价交联海藻酸钠/SiO2复合水凝胶固定化纤维素酶具有更高的包埋率,更好的储藏稳定性能以及可循环使用性能;而基于Sol-Gel原理海藻酸钠/SiO2复合载体固定化酶在固定酶的相对活力和对底物的亲和力方面则更胜一筹。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 有机无机杂化材料概述
• 1.1.1 有机无机杂化材料
• 1.1.2 有机无机杂化材料的分类
• 1.1.3 有机无机杂化材料的制备方法
• 1.1.4 有机无机杂化材料的应用
• 1.2 海藻酸盐概述
• 1.2.1 海藻酸盐的来源和提取
• 1.2.2 海藻酸钠的结构
• 1.2.3 海藻酸盐的性质
• 1.2.3.1 凝胶性能
• 1.2.3.2 多孔性和生物大分子的扩散
• 1.2.3.3 海藻酸盐的生物性能
• 1.2.4 海藻酸钠在生物医药上的应用
• 1.3 酶的固定化
• 1.3.1 固定酶概述
• 1.3.2 酶的固定化方法
• 1.3.2.1 吸附法
• 1.3.2.2 包埋法
• 1.3.2.3 交联法
• 1.3.2.4 共价结合法
• 1.3.2.5 四种固定化酶方法的比较
• 1.3.3 酶固定化的载体
• 1.4 海藻酸钠作为固定化酶载体的研究进展
• 1.4.1 直接将酶化学键合在海藻酸钠羧基上
• 1.4.2 和二价阳离子以离子键交联的海藻酸钠固定酶包埋载体
• 1.4.3 共价键交联的海藻酸钠固定酶载体
• 1.4.4 海藻酸基的聚电解质复合物固定酶载体
• 2有机无机复合材料固定酶载体'>1.4.5 海藻酸钠/SiO₂有机无机复合材料固定酶载体
• 1.4.6 海藻酸钠和其它有机高分子复合物的固定酶载体
• 1.5 溶胶凝胶法固定酶和其它生物大分子
• 1.5.1 Sol- Gel 固定酶的研究进展
• 1.5.2 溶胶凝胶法的优点
• 1.5.3 溶胶凝胶法存在的问题
• 1.5.4 溶胶凝胶法的改进
• 1.6 本文构想与目的
• 2共价交联复合水凝胶的制备及其结构表征'>第二章 海藻酸钠/SiO₂共价交联复合水凝胶的制备及其结构表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验原料与仪器
• 2.2.1 主要实验原料
• 2.2.2 主要实验仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 杂化水凝胶的制备
• 2.3.2 凝胶点的测定
• 2.3.3 红外光谱测试（FT-IR）
• 2.3.4 DTA-TG 热分析
• 2.3.5 扫描电镜分析（SEM）
• 2.3.6 X 射线能谱分析（EDS）
• 2.3.7 X 射线衍射分析（XRD）
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 交联反应条件的探讨
• 2.4.2 凝胶点分析
• 2.4.3 DTA-TG 分析
• 2.4.4 红外光谱分析（FT-IR）
• 2.4.5 扫描电镜测试（SEM）
• 2.4.6 X 射线能谱分析（EDS）
• 2.4.7 X 射线衍射测试（XRD）
• 2.5 本章小结
• 2复合水凝胶的力学性能研究'>第三章 海藻酸钠/ SiO₂复合水凝胶的力学性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验原料与仪器
• 3.2.1 主要实验原料
• 3.2.2 主要实验仪器
• 3.3 实验方法
• 2复合水凝胶的制备'>3.3.1 海藻酸钠/ SiO₂复合水凝胶的制备
• 3.3.2 交联效率的测定
• 3.3.3 力学性能测试
• 3.3.4 凝胶密度的测定
• 3.3.5 溶涨率测定
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 交联效率
• 3.4.2 复合水凝胶中水的状态
• 2含量对复合凝胶力学性能的影响'>3.4.3 无机SiO₂含量对复合凝胶力学性能的影响
• 3.4.4 海藻酸钠溶度对复合凝胶力学性能的影响
• 3.4.5 溶胀时间对复合凝胶力学性能的影响
• 3.4.6 复合凝胶的交联网结构表征的几个参数
• 3.5 本章小结
• 2复合凝胶作为固定化纤维素酶载体的研究'>第四章 海藻酸钠/SiO₂复合凝胶作为固定化纤维素酶载体的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验原料与仪器
• 4.2.1 主要实验原料
• 4.2.2 主要实验仪器
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 固定化酶的制备
• 4.3.2 葡萄糖标准工作曲线的绘制
• 4.3.3 牛血清标准工作曲线的绘制
• 4.3.4 纤维素酶包埋率的测定
• 4.3.5 酶活力的测定
• 4.3.5.1 游离酶活力的测定
• 4.3.5.2 固定酶活力的测定
• 4.3.6 交联剂用量对固化酶活力的影响
• 4.3.7 pH 对酶活力的影响
• 4.3.8 温度对酶活力的影响
• 4.3.9 酶促反应动力学
• 4.3.10 固化酶可循环性能研究
• 4.3.11 SEM 分析
• 4.3.12 溶涨纤维素固定酶的EDS 分析
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 葡萄糖标准工作曲线
• 4.4.2 牛血清标准工作曲线
• 4.4.3 纤维素酶的包埋率
• 4.4.4 交联剂用量对固化酶活力的影响
• 4.4.5 pH 对游离酶和固化酶酶活力的影响
• 4.4.6 温度对游离酶和固化酶酶活力的影响
• 4.4.7 游离酶和固化酶酶促反应动力学
• 4.4.8 固化酶可循环性能
• 4.4.9 纤维素酶固定化前后的扫描电镜图
• 4.4.10 溶涨纤维素固定酶的 EDS 图
• 4.5 本章小结
• 2固定纤维素酶的研究'>第五章 基于溶胶-凝胶原理海藻酸钠/SiO₂固定纤维素酶的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验原料与仪器
• 5.2.1 主要实验原料
• 5.2.2 实验仪器
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 硅溶胶的制备
• 2固定酶的制备'>5.3.2 基于溶胶凝胶原理海藻酸钠/SiO₂固定酶的制备
• 5.3.3 海藻酸钙固定酶的制备
• 2复合材料固定酶的制备'>5.3.4 共价键海藻酸钠/SiO₂复合材料固定酶的制备
• 5.3.5 固定酶活力的测定
• 5.3.6 纤维素酶的包埋率的测定
• 5.3.7 固定化酶的酶促反应动力学
• 5.3.8 固定酶的储藏稳定性
• 5.3.9 固定化酶可循环性能研究
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 纤维素酶的包埋率
• 5.4.2 两种不同固定化酶的pH 值稳定性比较
• 5.4.3 两种不同固定化酶的温度稳定性比较
• 5.4.4 两种不同固定化酶的酶促反应动力学
• 5.4.5 两种不同固定化酶储藏稳定性
• 5.4.6 两种不同固定化酶可循环性能研究
• 5.4.7 两种不同固定化酶酶活力的比较
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文
• 致谢