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石墨烯是一种由sp2碳原子组成的二维碳层,基于石墨烯本身所具有的各种独特的物化性质,如超高的电导率,优异的机械性能和超大的比表面积,因此在催化领域具有广泛的应用前景,尤其是作为催化剂载体。氧化石墨烯(GO)是石墨烯的含氧衍生物,结构与石墨烯类似,但其表面存在丰富的含氧基团如羟基、羧基和环氧基,这些基团为材料的功能化提供了充足的活性位点,因此常常被用作制备石墨烯基的复合物。本文选用GO为酶的固定化载体材料,从GO的制备工艺及表面基团的修饰开始研究,以NADH氧化酶(NOX)和木瓜蛋白酶为研究对象,构建一种新的纳米材料固定化酶体系。从而改善游离酶在使用过程中存在分离复杂,成本昂贵,稳定性差且无法重复利用等缺陷。本文的具体研究内容和主要结果如下:(1)以石墨粉为原料,利用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,然后引入β-硫酸酯乙砜基苯胺(SESA),得到功能化的氧化石墨烯(ABSE-GO)。将ABSE-GO与NOX进行偶联反应,实现NOX的快速固定化。结果表明:固定化NOX的最适温度(45 ℃)比游离NOX(35 ℃)提高了10 ℃;在45 ℃下保温3 h后固定化酶的半衰期(﹥200 min)比游离酶的半衰期(60 min)至少提高了3倍;在4℃下储存720 h后,固定化酶保留初始酶活的约50%,游离酶在200 h后剩余酶活基本降为零,固定化酶在4 ℃时半衰期是游离酶的4倍,储存稳定性明显优于游离酶;固定化酶在第六个周期后,仍保持约70%的剩余酶活力。(2)利用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)上的胺基能与氧化石墨烯表面含氧官能团反应的性质,采用共价键结合的方法制备了有机硅功能化的氧化石墨烯(APTES-GO)。通过FT-IR,XRD等方法进行表征,证明APTES偶联分子成功修饰到GO片层表面。通过XRD图谱可以看到有机硅功能化的GO以单片层存在,分散性良好。结果表明:游离酶的最适pH值为7.0,固定化酶的最适pH值向酸性环境偏移了一个单位为6.0;且固定化NOX比游离酶具有更宽的pH适应性和更高的热稳定性。动力学参数研究结果为:游离酶和固定化酶的Vmax分别为31.53 U/mg和22.78 U/mg,相应的Km值分别为91.4μM和74.9μM。(3)采用APTES功能化的氧化石墨烯固定化木瓜蛋白酶,最优条件为酶载量6.75 mg/g、固定化时间为45 min、固定化温度为35 ℃、固定化pH为8.0。动力学参数研究结果为:游离酶的Vmax和Km值分别为0.129 g/(L·min)和7.1 g/L,固定化酶的Vmax和Km值分别为0.115 g/(L·min)和3.77 g/L。在4 ℃下将游离和固定化木瓜蛋白酶储存一个月后,游离酶的半衰期为432 h,固定化酶在720 h后的剩余相对酶活仍然保持初始酶活的62.71%,因此固定化酶的稳定性提高了1.7倍以上。