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基于双功能高分子设计制备有机-无机杂化固定化酶载体

李健  
【摘要】: 设计和制备有机-无机杂化载体是包括酶工程在内的诸多领域的研究热点和前沿。本文借鉴生物矿化思想,以充分发掘和合理拓展高分子材料的功能为出发点,筛选、设计并制备了同时具有成型功能和诱导矿化功能的高分子,基于双功能高分子制备不同结构的有机-无机杂化载体,并用于固定化酶研究。 利用吸附-包埋相结合的方法制备碳酸钙-海藻酸杂化凝胶用于葡萄糖醛酸苷酶(GUS)的固定。将吸附GUS的碳酸钙颗粒包埋于海藻酸凝胶中,可有效抑制酶泄漏。同时海藻酸可调控无机组分碳酸钙的形貌,抑制其晶型转变,使之维持中孔结构和较强的吸附能力。固定于碳酸钙-海藻酸杂化凝胶的GUS显示出良好的循环使用稳定性和储存稳定性。 选择生物高分子精蛋白(Pro),模拟硅藻细胞的细胞膜(高分子)-细胞壁(无机)结构,构建精蛋白-聚苯乙烯磺酸钠-氧化硅((PSS/Pro)n-1/Pro/Silica)杂化微囊用于固定化过氧化氢酶(CAT)。Pro在杂化微囊构建过程中实现两种功能:在CaCO3颗粒表面与PSS通过层层自组装(LbL)形成高分子囊膜;诱导仿生硅化,在最外层形成氧化硅外壳。研究发现,将LbL自组装与仿生硅化相结合制备的杂化微囊机械强度高,酶泄漏率低,是理想的固定化载体。 通过氧化-氨化-还原系列反应对海藻酸进行氨化改性,合成双功能高分子Ⅰ型胺化海藻酸(NH2-Alg(Ⅰ))并诱导仿生硅化,制备Ⅰ型胺化海藻酸/氧化硅(NH2-Alg(Ⅰ)/silica)杂化凝胶固定化CAT。NH2-Alg(Ⅰ)在水溶液中自发形成胶束,改变合成条件(氧化剂比例、氨化剂类型)可调控胶束直径,并最终决定杂化凝胶的尺寸和形貌。通过改变pH值、NH2-Alg(Ⅰ)浓度、前驱体浓度、离子强度等条件可调控NH2-Alg(Ⅰ)/silica的生成量。包埋于杂化凝胶中的CAT对高温和极端酸碱环境的耐受能力提高,同时储存稳定性也增强。 通过碳二亚胺接枝反应对海藻酸进行氨化改性,合成双功能高分子Ⅱ型胺化海藻酸(NH2-Alg(Ⅱ))并诱导仿生硅化,制备Ⅱ型胺化海藻酸/氧化硅(NH2-Alg(Ⅱ)/silica)杂化凝胶固定化醇脱氢酶(YADH)。通过在高分子主链上接枝多胺支链使NH2-Alg(Ⅱ)具备诱导仿生硅化的功能,加速前驱体的缩聚。氨化改性使海藻酸的凝胶化功能增强,NH2-Alg(Ⅱ)/silica杂化凝胶在磷酸盐缓冲液中的溶胀度从268%降低到50%。固定化酶的温度、pH、重复使用和储存稳定性得到全面提高。


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