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基于聚丙烯腈的分离膜制备与酶固定化研究

王振刚  
【摘要】: 鉴于它们在生物反应器和生物传感器等领域的良好应用前景,高分子分离膜的制备及其酶固定化研究在近几十年来备受关注。膜材料的形态结构和化学组成对于改善固定化酶的性能具有重要的意义。本论文旨在探索丙烯腈共聚物分离膜形态结构和化学组成的调控方法,以期得到理想的固定化酶膜,并研究影响固定化酶性能的内在因素。 分别使用浸没沉淀相转化和静电纺丝法制备了丙烯腈/丙烯酸共聚物不对称膜和纤维膜,采用场发射扫描电镜(FESEM)研究膜的形态结构,纯水通量和牛血清白蛋白截留实验研究膜的渗透、分离性能。结果表明:就不对称膜而言,以水作为制膜液添加剂可显著改善膜的形态结构和渗透性能,并维持其分离特性;水和PEG或丙三醇组合则具有协同效应;就纤维膜而言,纺丝液浓度和组成显著影响纤维的形态和直径。 选取纤维膜作为酶固定化载体,分别通过掺杂碳纳米管和蛋白质仿生修饰对膜进行改性,并用FESEM、透射电镜、激光共聚焦显微镜和紫外-可见光谱进行表征。研究发现掺杂碳纳米管和仿生修饰都可提高固定化酶的活性。此外,碳纳米管掺杂可提高酶的储存稳定性。仿生修饰可提高酶的热稳定性,牛血清清蛋白与胶原蛋白的修饰对酶热稳定性和储存稳定性影响迥异。结合原子力显微镜、水接触角、荧光光谱、圆二色谱和紫外-可见光谱分析,发现酶-蛋白质和酶-碳纳米管相互作用可在很大程度上影响固定化酶的构象和活性中心。将纤维膜应用于葡萄糖传感器的制备,使用计时电流法研究传感器响应时间、响应强度、灵敏度、线性检测范围、动力学参数和使用稳定性,发现掺杂碳纳米管可显著提高传感器的响应强度和灵敏度。 本论文为高分子分离膜形态结构和化学性质的调控提供了可行的方案,并为固定化酶膜在生物传感器中的应用打下了基础;载体与酶相互作用的研究在一定程度上促进了酶固定化研究的深入。


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