论文题目: 海藻酸—二氧化硅杂化凝胶固定化脱氢酶研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工艺
作者: 许松伟
导师: 姜忠义
关键词: 海藻酸,二氧化硅,杂化,微环境,脱氢酶,包埋,二氧化碳,甲醇
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 包埋法作为非常有效的酶固定化方法之一,目前在生物工程和技术领域应用广泛,且倍受众多研究者的关注。酶包埋过程的关键因素是酶固定化载体设计和制备,为酶创造出适宜的微环境。论文首先分析并提出了影响固定化酶所处载体微环境的主要因素,包括载体的亲疏水性、结构形态和刚柔性以及反应活性。设计并制备出三类海藻酸-二氧化硅杂化凝胶用于三种脱氢酶的分别固定化和共固定化,系统考察了有机-无机杂化载体对酶活性和稳定性的影响。由海藻酸和二氧化硅以不同的杂化方式制备出的三类凝胶分别为:(1)在海藻酸凝胶中掺杂二氧化硅胶体颗粒和二氧化硅纳米管的I型ALG-SiO2杂化凝胶;(2)二氧化硅前驱体水解缩聚和海藻酸交联同时进行的双交联法制备的II型海藻酸-二氧化硅杂化凝胶;(3)将二氧化硅涂覆于海藻酸凝胶颗粒表面得到的III型海藻酸-二氧化硅杂化凝胶。采用FTIR、SEM、TEM、DMA以及BET等多种手段对杂化凝胶进行表征,比较不同的制备方式对所得杂化材料的结构及物理化学性质的影响。以辅酶NADH为探针分子,考察了杂化凝胶的扩散性质。以酵母醇脱氢酶为模型蛋白,分别考察了空白海藻酸凝胶以海藻酸-二氧化硅杂化凝胶固定化酶时的包埋率、酶活性、稳定性以及固定化酶酶促反应的动力学性质等。结果表明,醇脱氢酶在空白海藻酸凝胶中的包埋率仅为68.4±3.9%,在三类海藻酸-二氧化硅杂化凝胶中的包埋率都有不同程度的提高,尤其在II型海藻酸-二氧化硅杂化凝胶中,醇脱氢酶的包埋率最高,达到了93.3±1.6%。并且由于杂化凝胶能够为酶创造出更为适宜的微环境,酶的活性和稳定性因而得到了显著提高。相比之下,以II型ALG-SiO2杂化凝胶提供的微环境最为适宜,所以II型ALG-SiO2杂化凝胶包埋酶的活性和稳定性最高。本论文还对二氧化碳的酶法转化进行了研究,采用II型ALG-SiO2杂化凝胶将三种脱氢酶(酸脱氢酶、醛脱氢酶、醇脱氢酶)共同包埋,在常温常压下,通过三步酶促连串反应催化二氧化碳转化为甲醇,以NADH为基准的甲醇收率高达97.2%。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
前言
第一章 文献综述
1.1 酶所处载体微环境的影响因素
1.1.1 载体的亲疏水性
1.1.2 载体的结构形态
1.1.3 载体的反应活性
1.2 海藻酸凝胶固定化酶研究
1.2.1 海藻酸性质
1.2.2 海藻酸凝胶化机理
1.2.3 海藻酸凝胶固定化酶过程
1.2.4 海藻酸凝胶固定化酶的优缺点
1.2.5 提高海藻酸凝胶酶包埋率的方法
1.3 Sol-gel二氧化硅固定化酶研究
1.3.1 Sol-gel二氧化硅凝胶化过程
1.3.2 Sol-gel二氧化硅固定化酶优缺点
1.4 高分子-二氧化硅杂化凝胶固定化酶
1.4.1 高分子中掺杂二氧化硅
1.4.2 二氧化硅中掺杂高分子
1.4.3 高分子-二氧化硅涂覆型微胶囊
1.5 酶在载体中的活性
1.5.1 酶在载体中的分布
1.5.2 酶在载体中的构象稳定性
1.5.3 酶在载体中的活性
1.6 CO_2转化为甲醇
1.6.1 传统化学方法CO_2转化为甲醇
1.6.2 生物法催化CO_2转化为甲醇
1.7 本论文的主要研究内容
第二章 I型ALG-SiO_2杂化凝胶固定化醇脱氢酶
2.1 实验过程
2.1.1 实验试剂及仪器
2.1.2 海藻酸凝胶固定化醇脱氢酶
2.1.3 ALG-SG杂化凝胶固定化醇脱氢酶
2.1.4 ALG-SiNTs杂化凝胶固定化醇脱氢酶
2.1.5 醇脱氢酶泄漏率测定
2.1.6 NADH在凝胶中的有效扩散系数测定
2.1.7 固定化醇脱氢酶酶活测定
2.1.8 凝胶物理化学性质表征
2.2 结果讨论
2.2.1 凝胶物理化学性质
2.2.2 NADH在凝胶中的有效扩散系数
2.2.3 醇脱氢酶泄漏率
2.2.4 固定化醇脱氢酶活性
2.3 小结
第三章 II型ALG-SiO_2杂化凝胶固定化醇脱氢酶
3.1 实验过程
3.1.1 实验试剂及仪器
3.1.2 II型ALG-SiO_2杂化凝胶固定化醇脱氢酶
3.1.3 醇脱氢酶泄漏率
3.1.4 NADH在凝胶中的有效扩散系数测定
3.1.5 固定化醇脱氢酶酶活测定
3.1.6 凝胶形成机理和物理化学性质表征
3.2 结果讨论
3.2.1 凝胶形成机理和物理化学性质
3.2.2 醇脱氢酶泄漏率
3.2.3 固定化醇脱氢酶活性
3.3 小结
第四章 III型ALG-SiO_2杂化凝胶固定化醇脱氢酶
4.1 实验过程
4.1.1 实验试剂及仪器
4.1.2 III型ALG-SiO_2杂化凝胶固定化醇脱氢酶
4.1.3 醇脱氢酶泄漏率测定
4.1.4 III型ALG-SiO_2杂化凝胶的抗溶胀性能测定
4.1.5 NADH在凝胶中的有效扩散系数测定
4.1.6 固定化酶酶活测定
4.1.7 凝胶物理化学性质表征
4.2 结果讨论
4.2.1 凝胶物理化学性质
4.2.2 III型ALG-SiO_2杂化凝胶的抗溶胀性能
4.2.3 NADH在凝胶中的有效扩散系数
4.2.4 醇脱氢酶泄漏率
4.2.5 固定化醇脱氢酶稳定性
4.3 固定化酶在海藻酸-二氧化硅杂化凝胶中的微环境比较
4.3.1 载体的亲疏水性
4.3.2 载体的结构形态
4.3.3 载体的反应活性
4.4 小结
第五章 II型ALG-SiO_2杂化凝胶固定化多酶催化二氧化碳转化
5.1 实验过程
5.1.1 实验试剂及仪器
5.1.2 共包埋三种脱氢酶催化二氧化碳转化为甲醇
5.2 结果讨论
5.2.1 三种脱氢酶的泄漏率
5.2.2 二氧化碳转化为甲醇的热力学分析
5.2.3 不同包埋方式对甲醇收率的影响
5.2.4 不同固定化载体对甲醇收率的影响
5.2.5 固定化酶最适反应条件
5.3 小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 本文贡献和创新之处
6.3 展望
参考文献
发表论文和科研情况说明
致谢
发布时间: 2007-07-10
参考文献
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