钛酸盐纳米管固定化酶的研究

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随着纳米技术的快速发展,纳米载体逐渐成为固定化酶领域的研究热点。作为酶固定化载体,纳米结构材料显示出优良特性,如较高的比表面积增加酶的负载率,较低的传质阻力提高固定化酶的相对活性等。钛酸盐纳米管制备简单,材料廉价易得,生物相容性好,温度与机械稳定性强,且易于修饰,是固定化酶载体的良好选择。本研究以钛酸盐纳米管为酶固定化载体,采用共价结合法对过氧化氢酶(CAT)进行固定,并对固定化CAT的活性及稳定性进行实验研究。本论文的研究内容主要包括以下三个方面:(1)采用水热法制备形貌规则的钛酸盐纳米管作为固定化酶的载体。然后,利用EDC/NHS方法对过氧化氢酶进行3,4-二羟基苯基丙酸(3,4-diHPP)的修饰,然后利用3,4-diHPP的儿茶酚基团与钛酸盐纳米管表面Ti4+的螯合作用将过氧化氢酶分子共价固定于钛酸盐纳米管表面(TNTs-CAT)。此法共价固定化酶得到较高的负载率,820mg g of support-1,且浸泡72h几乎无泄漏,相对活性可达游离酶的60%。同时,TNTs-CAT显示了较高的储存稳定性及循环稳定性,储存60d后仍保留初始活性的92%,而游离酶仅残留初始活性的44%;连续循环使用9次后TNTs-CAT保留一半的初始活性。(2)利用仿生粘合思想,在弱碱性条件下多巴胺(DA)在钛酸盐纳米管表面进行自聚,形成聚多巴胺层(PDA),然后利用PDA层可以与蛋白分子上的氨基或者巯基进行化学反应的特性,将过氧化氢酶固定于钛酸盐纳米管表面(TNTs-PDA-CAT)。此法固定化酶,方法简便,温和。固定化CAT负载率为311.7mg g of support-1,相对活性为52%,动力学常数实验结果显示TNTs-PDA-CAT与底物的亲和性较游离酶有所提高。同时,TNTs-PDA-CAT的储存和循环稳定性得到一定的提高。(3)去甲基肾上腺素(NE)具有与多巴胺分子类似的儿茶酚胺结构,在碱性条件下NE也可以发生自聚反应,在钛酸盐纳米管表面形成聚去甲基肾上腺素(PNE)层,形成的PNE层也具有与蛋白分子的氨基或者巯基发生化学反应的特性。与PDA的粗糙表面不同,PNE层表面均匀平滑。经PNE修饰固定化CAT的酶负载率为245.6mg g of support-1,相对活性为56%,固定化后的CAT与底物的亲和性增强,储存稳定性和循环稳定性得到增强。与DA相比,NE自聚过程可控,形成的聚合物表面形貌均一,显示了更优良的应用潜能。
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