磁性介孔氧化硅微球孔径调控、官能化修饰与酶固定化

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liusheng123321
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酶的固定化技术是提高酶稳定性的有效途径,介孔氧化硅材料因具有高的比表面积,可调的孔径以及可修饰的表面硅羟基等独特的性能使其成为固定化酶的理想载体。近年来,越来越多的研究者以介孔氧化硅材料为载体进行酶的固定化研究工作,但是酶在催化的过程中回收比较困难,难以再次利用,这个问题很大程度上限制了酶的应用。磁性介孔材料同时具备介孔材料和磁性材料的性能,在外加磁场作用下可以实现快速的分离,作为一种酶固定化的潜在载体在近年来备受关注。本文以磁性介孔氧化硅中空微球的可控合成为基础,采用扩孔剂(癸烷和1,3,5三甲基苯)对磁性介孔氧化硅中空微球的介孔孔径进行调节,采用有机官能团(3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷和氨丙基三甲氧基硅烷)对介孔氧化硅微球的孔壁进行了孔壁修饰,最后对不同孔径和有机基团修饰的磁性介孔中空微球的漆酶固定化效果以及漆酶固定后的稳定性进行了研究。主要研究结果如下:  在酸性条件下,以自制的β-FeOOH空心微球为核心,以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,1,3,5三甲基苯(TMB)和癸烷为扩孔剂,经过水解缩聚、模板焙烧以及氢气还原焙烧制备出具有不同孔径的磁性介孔SiO2/Fe3O4中空微球。通过控制扩孔剂的添加量和添加顺序,可以实现磁性介孔氧化硅微球孔径的可控调节。单独加入癸烷合成的中空微球的孔径在2.68nm~3.02nm的范围内调控。当加入扩孔剂的摩尔总量一定时,加入两种扩孔剂合成的磁性介孔氧化硅中空微球的扩孔效果更好,孔径最大达到了3.11nm。当加入扩孔剂的种类相同时,扩孔剂不同的加入顺序合成出的中空微球的孔结构参数相差很大,其中先加入癸烷后加入TMB合成的磁性介孔氧化硅中空微球的孔结构参数最好,当n(TMB+Decane)/n(CT AB)=2,n(TMB)/n(CTAB)=1时,介孔SiO2/Fe3O4中空微球的比表面积为855.9m2·g-1,孔体积为1.23cm3·g-1,平均孔径为5.72nm。先加入TMB后加入癸烷的扩孔效果与单独加入TMB时接近。  以制备得到的不同孔径的磁性介孔氧化硅中空微球对漆酶进行固定化研究,添加扩孔剂的介孔中空微球对漆酶的固定量都有所增加,其中最可几孔径为3.11nm的样品H1获得最大的漆酶固定量276.2mg·g-1。与游离酶活性的稳定性相比,扩孔后的磁性介孔SiO2/Fe3O4中空微球固定化漆酶活性的温度和pH稳定性都有提高,在50℃时,仍能保持50%以上的相对活性,在pH酸性范围内时,相对活性仍可以保持80%以上。  磁性介孔中空微球的饱和磁化强度可以达到39.4emu·g-1,矫顽力为90.4Oe,大的饱和磁化强度保证了在外加的磁场中显示较好的响应度,而较小的矫顽力有利于微球在液体中的再分散。将制备得到的磁性介孔SiO2/Fe3O4中空微球分散于去离子水中,在旁边放置一个永磁铁,介孔磁性微球可以在10s之内完全富集,而当撤掉磁铁后,轻摇容器,介孔磁性微球又迅速重新分散开。  通过原位法成功的将含有氨基基团和环氧基基团的有机官能团修饰到了磁性介孔SiO2/Fe3O4中空微球介孔孔道内。氨基修饰的磁性介孔中空微球比表面大幅下降,从654.8m2·g-1降到375.1m2·g-1,而最可几孔径比未修饰(2.82nm)的偏大,随着氨基官能团添加量的增加,最可几孔径有增加的趋势,最大达到了3.76nm。环氧基修饰的磁性介孔中空微球,比表面和孔容有下降的趋势,分别从654.8m2·g-1降到479.2m2·g-1,从0.70cm3·g-1降到0.52cm3·g-1,与未修饰的样品相比,最可几孔径变小,并且随着环氧基基团添加量的增加,最可几孔径有先增后减的趋势。官能化的磁性介孔SiO2/Fe3O4中空微球对漆酶固定化的研究表明,10%氨基修饰量的介孔中空微球对漆酶的固定量可以达到282.6mg·g-1,10%环氧基修饰量的介孔中空微球对漆酶的固定量可以达到283.6mg·g-1。官能化后的介孔中空微球固定化漆酶活性的pH和温度稳定性有所增加。
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