氧化硅介孔泡沫材料的制备及其木瓜蛋白酶固定化

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1、摘要摘要氧化硅介孔泡沫材料(SiliceousMesocellularFoams，MCF)是一种具有超大介孔和三维热稳定性的新型材料，是目前所合成的硅基介孑L材料中孔径最大的一类材料，因其较大的孔径、孔容及特殊的窗口连接的三维结构，在对酶分子的固定方面具有较大的应用前景。本文对氧化硅介孔泡沫材料进行了制备和结构表征，并且以此为载体对木瓜蛋白酶进行了固定化，考察了载体的微环境和固定化条件对酶固定化效率的影响，深入研究了固定化木瓜蛋白酶的性质和稳定性。本文以三嵌段共聚物PE020PP070PE020(P123)为模板剂、正硅酸乙脂(TEOS

2、)为前驱体在酸性条件下通过水热法合成大孔径的氧化硅介孔泡沫材料。一方面，引入1，3，5一三甲苯(TMB)和氟化铵来实现孔径和窗口尺寸的调变，成功地合成了孔径从12．4到30．1眦、窗口尺寸从3．2到18．5nln的氧化硅介孔泡沫材料；另一方面，利用接枝法以丫一氨丙基三甲氧基硅烷为有机修饰源合成了氨基修饰的氧化硅介孔泡沫材料。木瓜蛋白酶在不同窗口尺寸及氨基修饰的氧化硅介孔泡沫材料载体上的固定化研究表明，酶固定化效果与载体的窗口尺寸相关，当载体的窗口尺寸与酶分子的大小接近时，酶固定量和活力最大；氨基修饰后的载体对木瓜蛋白酶的固定具有更大的固

3、定化效率。酶的固定化条件优化结果显示，在pH7．0、温度37℃、固定化时间6h、给酶浓度0．67．mg／ml的条件下，酶的固定化效果最佳。与游离酶相比，在最佳固定化条件下制备的固定化木瓜蛋白酶，其最适反应温度提高了10℃，最适pH向碱性方向偏移O．5个单位。固定化木瓜蛋白酶的米氏常数Km为6．99x10dmol／L。在4℃条件下放置60d后，固定化酶的剩余活力仍保持75％以上，操作八批次后，酶活保留60．3％。与游离酶相比，固定化木瓜蛋白酶的pH稳定性、热稳定性、操作稳定性和储藏稳定性都有了较大改善，有利于酶的重复使用和储存。氧化硅介孔

4、泡沫材料是一种良好的固定木瓜蛋白酶的载体，显示了较好的工业应用前景。关键词氧化硅介孔泡沫材料；固定化酶；微环境：木瓜蛋白酶：稳定性ABSTRACTABSTRACTSiliceousmesocellularfoam(MCF)，anewmaterial谢t11continuous3Dporestructureconnectedbywindow,thelargestporesizecomparedtoothermesoporousmaterialsandhi曲hydrothermalstability,maybeoneofthemostpro

5、misingsupponSforenzymeimmobilization．Asanenvironmentlyfriendlybiocatalyst,immobilizedenzymecancatalyzesomechemicalreactionshighlyselectivelyandefficientlyundergentlereactionconditions．ThisdissertationfocusesonthepreparationandstmcturecharacterizationofMCFmaterials，theimm

6、obilizationofpapainonMCF,andthepropertiesandthestabilitiesofimmobilizedpapain．Siliceousmesocellularfoam研tllporesizerangingfrom12．4to30．1nlTl，andwindowsizefrom3．2to18．5nnl，wassuccessfullysynthesizedbytheacidcatalyzedsol-gelreactionoftetraethoxysilane(TEOS)inthepresenceoft

7、riblockcopolymerP123asastmcture·directingagent，trimethylbenzene(TMB)asaswellingagentandammoniumfluoride(NI-14F)asawindowsizeregulator．111eamino-functionalizedMCF(NH2-MCF)，preparedviapost-graRingmethod诵maminopropyltrimethoxyl—silane(APTMS)assilaneadditive，hadbeendemonstra

8、tedtopossessadesirablemesoporousmucnlrebymeansofXRD，TEM，FT-IRandN2adsorption．BothMCFandNH2·MCFmaterialw