杨功兵任务书20150115最终

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1、毕业设计（论文）说明书学院化工学院专业工业催化年级2011级姓名杨功兵指导教师姜忠义年月日毕业设计（论文）任务书题目：两亲性ZIF-8颗粒的制备及其固定化脂肪酶的研究学生姓名杨功兵学院名称化工学院专业工业催化学号3011207117指导教师姜忠义职称教授1、题目一般不宜超过25字，原始依据不得少于200字。2、参考文献应包含外文文献。3、设计（研究）内容和要求不得少于200字，包括设计（研究）内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求，设计内容和任务有明确要求，工作量安排适中。学生准备开题报告注意事项：1、开题报告要求不少于2000字。2、开题报告

2、与任务书内容不能雷同。3、参考文献数目应多于任务书中所列数目。4、进度安排要明确具体。一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。）工作基础：酶是一种生物催化剂，可以催化细胞代谢涉及的大部分反应。酶促反应具有催化效率高、对底物专一性强、反应条件温和等优点，被广泛应用于食品、酿造、医药等领域[1]。酶的固定化是指通过某些方式将酶和载体相结合，酶被载体材料束缚或限制于一定区域内进行其特有的催化反应。与游离酶相比，固定化酶具有分离回收容易、可多次重复使用、贮存稳定性高、对极端环境耐受能力强等优点。酶的固定化方法主要包括吸附法、交联法、共价结合

3、法和包埋法[2]，其中包埋法能很好的保持酶的活性，是温和的酶固定方法[3]。固定化酶的催化性能不仅取决于固定化方法，也取决于固定化载体的物理和化学性质，良好的载体可以明显提高酶分子稳定性[4]。脂肪酶可以催化甘油三酯水解生成甘油和脂肪酸，还可以催化转酯反应用于生产生物柴油。谭天伟等人[5]采用自制的固定化脂肪酶生产生物柴油，固定化脂肪酶的使用半衰期达到200h以上，其中1万吨/年生物柴油生产线已经投入使用。此外固定化酶也可以用来制备燃料电池，将化学能转化为电能[6]。脂肪酶在两相界面处催化酯的水解或者发生酯化反应。所以要求其固定化的载体在两相中能稳定存在且具有一定

4、的亲疏水性。近年来，金属-有机框架材料（metal–organicframeworks,MOFs）作为一类新型的有机-无机杂化材料，吸引了大量的研究兴趣。MOFs中有机配体与金属离子间配位作用赋予其优异的机械性能（弹性模数可达10GPa,硬度可达1.1GPa）[7,8]；MOFs材料发达的内连通孔道结构、高比表面积及高孔隙率赋予其良好的传递特性[9-11]；MOFs材料的孔径调控窗口大（2.0-31.0nm）从而可实现大分子（如底物、产物及酶分子）在孔内高效传递的可能性[12-14]。ZIF-8是研究最为广泛的MOF材料之一，且可以通过调控合成条件制备出不同粒径大

5、小的颗粒，其结构表面裸露有Zn粒子，可以通过金属有机配位作用，容易的利用含有儿茶酚基团的物质对ZIF-8颗粒表面进行亲水改性，从而容易的获得一半亲疏及一半亲水的多面体ZIF-8颗粒。同时，儿茶酚还能与酶分子表面的伯氨基发生迈克尔加成和席夫碱反应，从而将酶固定上。研究条件：本课题组在固定化酶方面具有一定研究基础。在仿生矿化及仿生粘合固定化酶方面亦进行了较多的研究，取得了一系列的成果。例如，基于仿生矿化与仿生粘合，构建杂化微囊型多酶催化系统[15]，基于仿生矿化与层层自组装，制备杂化微囊型酶催化系统[16]，基于仿生矿化和离子迁移凝胶，制备杂化微米花颗粒型酶催化系统[

6、17]。本实验室有紫外-可见分光光度计、冷冻干燥器、高速离心机、细胞破损仪、接触角仪等设备。所在单位能够提供扫描电子显微镜（SEM）、透射射电镜（TEM）、氮气吸附-脱附仪（BET）等分析测试仪器设备。可以满足酶的催化特性研究及固定化载体表征的要求。因此预期本实验可以顺利进行。应用环境及工作目的：本课题主要研究两亲性ZIF-8颗粒的制备及其固定化脂肪酶的研究。期望利用皮克林乳化法将疏水的ZIF-8组装在两相界面处（采用固体石蜡作为油相），采用亲水性分子多巴胺对裸露在水相中的ZIF-8改性，从而得到两亲性的ZIF-8颗粒，同时利用多巴胺上儿茶酚基团与脂肪酶表面氨基之

7、间的迈克尔加成和席夫碱反应将脂肪酶共价固定上。利用两亲性的载体完成两相的反应，脂肪酶的活力能够最大限度的保持。二、参考文献[1]CaoLQ.Immobilizedenzymes:scienceorart?[J].CurrentOpinioninChemicalBiology,2005,9(2):217-226.[2]SheldonRA.Enzymeimmobilization:Thequestforoptimumperformance[J].AdvancedSynthesisandCatalysis,2007,349(8-9):1289-1307.[3]GillI

8、.Bio-