结合磁性纳米颗粒的酶固定化及其应用研究

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1,2,3-三氯丙烷(TCP)是一种对人类具有威胁的工业生产污染物,长期接触具有癌变风险,经过长期研究发现通过生物酶降解该类化合物既符合绿色理念又能减少成本,所以成为了新的研究热点。生物降解途径中需要使用卤代烷烃脱卤酶、卤醇脱卤酶及环氧化物水解酶三种关键酶,但是普通游离酶在使用过程中容易失活,而且相对于固定化酶,游离酶的稳定性较低。更为关键的缺点是游离酶难以从体系中分离出来实现重复利用,这限制了生物酶的工业应用,造成使用成本的升高。固定化酶不仅可以提高酶的稳定性与可操作性也可以重复利用,很好地解决了游离酶的弊端。为了便于回收,本文采用交联酶聚集体(CLEAs)连接到表面修饰的磁性纳米颗粒上的固定化策略,并将该策略应用到降解TCP生物途径中的三种关键酶,通过优化后将其用于降解TCP的应用中。首先对磁性纳米颗粒进行表面修饰氨基,修饰原理主要依赖于硅烷化试剂APTES在酸性环境下水解后与磁性纳米颗粒表面羟基进行反应,并通过傅里叶红外光谱以及透射电镜表征确定修饰成功。然后结合文献中的CLEAs固定化技术,通过磁性纳米颗粒粒径大小、用量、牛血清蛋白用量、硫酸铵浓度、戊二醛浓度、交联时间等条件优化,最终得到固定化环氧化物水解酶活保留55%以上,固定化卤代烷烃脱卤酶保留80%以上酶活,固定化卤醇脱卤酶保留90%以上的酶活。经过性能检测后,发现磁性纳米颗粒结合CLEAs技术固定化酶具有比游离酶更高的热稳定性、储存稳定性与有机耐受性等,证明该方法技术具有广阔的应用前景,后续将固定化酶应用于TCP降解途径。将固定化后的三种酶用于降解TCP的应用中,通过气相检测TCP剩余浓度来验证磁性纳米-CLEAs对TCP降解效率。通过改变酶的添加间隔时间和添加比例等条件对生物降解TCP的效率进行了优化。最终优化反应体系为:分别间隔十分钟添加酶,酶总质量为20 mg,酶质量比为:Dha A:HheC:EchA=2:2:1,共固定化后对TCP进行降解,最终5h后TCP可降解90%以上。且在使用6次以后仍能保留78%的酶活,证明该体系具有较好的降解TCP的效率。
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