酶基三维有序大孔生物催化剂的制备及催化性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文酶基三维有序大孔生物催化剂的制备及催化性能研究论文作者：王亚屏学生类别：全日制学科门类：工科学科专业：生物化工指导教师：姜艳军职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金（No.21006020,21276060,21276062）；河北省应用基础研究计划重点基础研究项目（11965150D）；天津自然科学基金（13JCYBJC18500）。DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeo

2、fBiochemicalEngineeringTHEPREPARATIONOFENZYME-BASEDTHREE-DIMENSIONALLYORDEREDMACROPOROUSBIOCATALYSTANDRESEARCHOFTHECATALYTICPERFORMANCEByWangYapingSupervisor:Prof.JiangYanjunMay2016ThisworkwassupportedbytheNationalNatureScienceFoundationofChina(No.21006020,21276060

3、,and21276062),theApplicationBasicResearchPlanKeyBasicResearchProjectofHebeiProvince(11965150D)andtheNaturalScienceFoundationofTianjin(13JCYBJC18500).ThisworkwasalsosupportedbytheOpenFundingProjectoftheNationalKeyLaboratoryofBiochemicalEngineering(China).摘要三维有序大孔材料因

4、其具有开放、连通、可调的大孔及孔窗结构，逐渐受到研究者的关注。本研究将生物催化剂的优势与三维有序大孔结构相结合，制备出具有三维有序大孔结构的酶基生物催化剂。主要研究内容如下：（1）三维有序大孔交联酶聚集体的制备及催化性能研究。以聚苯乙烯（PS）胶体晶体为模板，向其孔隙中注入青霉素酰化酶（PGA）并交联，去除模板后即得到三维有序大孔结构的PGA交联酶聚集体（3DOM-PGA）。通过优化固定化过程，确定交联剂戊二醛的质量分数为0.2%、交联时间为2h时获得的3DOM-PGA活性最优，约为560U/g固定化酶。3DOM-PGA相对

5、于游离PGA具有更好的热稳定性和酸碱耐受性，55oC环境下半衰期为3h，pH4.0和pH11.0环境下半衰期分别为4h和7.5h，对应游离酶的半衰期分别为0.33h、0.1h和3h；将其重复使用9次之后，仍能保持初始活性的62%。（2）三维有序大孔氧化硅-酶杂化生物催化剂的制备及催化性能研究。以PS胶体晶体为模板，正硅酸甲酯(TMOS)为硅前驱体，制备氧化硅-酶杂化三维有序大孔生物催化剂（3DOM-Si-PGA）。SEM结果表明，制备的3DOM-Si-PGA具有有序的大孔结构，孔径约为200nm；对固定化过程进行优化，结果表

6、明戊二醛质量分数为0.5%、交联时间为45min时所得的3DOM-Si-PGA活性最优，约为60U/g固定化酶。3DOM-Si-PGA相对于游离PGA具有更好的热稳定性和酸碱耐受性，55oC环境下半衰期为4h，pH4.0和pH11.0环境下的半衰期为6h和9h，对应游离酶的半衰期分别为0.33h、0.1h和3h；将其重复使用9次之后，仍能保持初始活性的71%。（3）三维有序大孔蛋白材料固定化PGA及催化性能研究。以PS胶体晶体为模板，向其孔隙中注入牛血清白蛋白（BSA）溶液，交联后去除模板得到反蛋白石结构（IO）的3DOM蛋

7、白材料，用该材料共价结合固定化PGA。对所得生物催化剂（PGA@IO）进行激光共聚焦显微镜（CLSM）表征，绿色荧光的存在证明酶分子已经被成功地固定在蛋白IO材料上；优化了固定化条件，结果表明PGA初始浓度为27mg/mL、固定化时间为4h时，得到的PGA@IO活性最优，约为1400U/g固定化酶；PGA@IO相对于游离PGA具有更好的热稳定性和酸碱耐受性，55oC环境下半衰期为2h，pH4.0和pH11.0环境下的半衰期为4.5h和7h，对应游离酶的半衰期分别为0.33h、0.1h和3h；将其应用于连续催化反应体系中，15

8、d后仍能保持初始活性的50%。I关键词：三维有序大孔，仿生硅化，反蛋白石结构，青霉素酰化酶IIABSTRACTThree-dimensionallyorderedmacroporousmaterials,whichpossesstheopen,inter-connected,adjusta