论文部分内容阅读
微囊作为一种独特的中空结构,已被广泛应用于医药、食品、染料等领域。传统高分子微囊具有多功能性,但机械强度较低;无机微囊机械强度较高,但囊壁表面多表现为惰性。杂化材料集成了有机材料(多功能等)与无机材料(高强度等)的优点,将其用于制备杂化微囊,同时调控有机组分与无机组分间的相互作用(氢键、共价键、配位键等),进而创建多级结构和集成多种功能,将有望获得多功能、高强度微囊。基于课题组前期工作基础,本文借鉴自然界中杂化材料的存在形式和形成过程,提出杂化微囊的仿生制备策略。通过仿生粘合与仿生矿化协同作用,设计和制备了多种杂化微囊,并成功将其应用于固定化酶研究。本文通过仿生粘合和Michael加成反应在碳酸钙模板表面生成具诱导矿化功能的粘合层,进而利用该粘合层诱导钛前驱体形成矿化层,去除模板后得到杂化微囊。通过改变矿化诱导剂种类、仿生粘合和Michael加成反应的顺序(分步反应或同时反应),制备出三种聚多巴胺-氧化钛杂化微囊。所得杂化微囊囊壁主要由有机层(粘合层)和无机层(矿化层)两部分构成。其中,粘合层的形成主要利用多巴胺的氧化自聚以及多巴胺中儿茶酚基团与诱导矿化分子之间的Michael加成反应;矿化层的形成则利用接枝到粘合层的诱导矿化分子诱导钛前驱体水解缩聚生成氧化钛。第一部分,利用仿生粘合和Michael加成反应的分步实施,在多巴胺自聚合形成的聚多巴胺层上接枝半胱胺,制备聚多巴胺-半胱胺-氧化钛杂化微囊。此杂化微囊表现良好的机械稳定性。将过氧化氢酶(CAT)包埋于微囊中,固定化酶的包埋率为93%,比活力为16U/mg,且在pH7.0-9.0表现出良好的pH稳定性。第二部分,利用仿生粘合和Michael加成反应的分步实施,在多巴胺自聚合形成的聚多巴胺层上接枝聚乙烯亚胺,制备聚多巴胺-聚乙烯亚胺-氧化钛杂化微囊。通过改变PEI的分子量和浓度等因素,实现了杂化微囊结构的调控。将CAT包埋于微囊中,固定化CAT的包埋率为94%,比活力为70U/mg,且在pH6.0-9.0表现出良好的pH稳定性。第三部分,利用仿生粘合和Michael加成反应的同步实施,即多巴胺和聚乙烯亚胺预反应后自聚合形成粘合层,制备聚多巴胺/聚乙烯亚胺-氧化钛杂化微囊。通过改变聚乙烯亚胺与多巴胺的摩尔比、聚乙烯亚胺的分子量等因素实现了杂化微囊结构的调控。将CAT包埋于微囊中,固定化CAT的包埋率为86%,比活力为211U/mg,在pH4.0-10.0表现出良好的pH稳定性。