19480.分隔式多酶系統(tǒng)的仿生構(gòu)建及性能強(qiáng)化研究

1、分隔式多酶系統(tǒng)的仿生構(gòu)建及性能強(qiáng)化分隔式多酶系統(tǒng)的仿生構(gòu)建及性能強(qiáng)化研究研究BiomimeticConstructionofSpatiallyIsolatedMultienzymeSystemsPerfmanceIntensification一級(jí)學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工藝研究生：石家福指導(dǎo)教師：姜忠義教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一二年十二月摘要多酶催化被認(rèn)為是下一代的生物催化技術(shù)。而多酶系統(tǒng)的理性設(shè)計(jì)及可控構(gòu)建是多酶催化領(lǐng)域的研

2、究熱點(diǎn)和前沿。如何實(shí)現(xiàn)1）多酶間的高效協(xié)同、2）底物產(chǎn)物的快速傳遞以及3）多酶的簡便回用一直是多酶系統(tǒng)研究中的關(guān)鍵問題。本文圍繞上述關(guān)鍵問題，借鑒生物體內(nèi)的多酶存在形式及協(xié)同催化行為，提出了構(gòu)建分隔式多酶系統(tǒng)的策略。通過耦合仿生礦化與其他仿生方法（如仿生粘合、Pickering乳化、表面偏析及層層自組裝等），設(shè)計(jì)和制備了多種雜化微球或微囊，構(gòu)建了含有酸脫氫酶和醛脫氫酶的分隔式多酶系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了CO2酶法轉(zhuǎn)化過程的高效強(qiáng)化。主要研究內(nèi)容總結(jié)

3、如下：第一部分，基于仿生礦化與仿生粘合制備了尺寸可控的活性氧化鈦納米微球。礦化過程負(fù)責(zé)微球的形成及生長，粘合劑（低聚多巴）的加入則負(fù)責(zé)終止礦化且賦予微球表面多功能特性。通過改變誘導(dǎo)劑類型、濃度以及粘合劑加入時(shí)間等因素實(shí)現(xiàn)了納米微球化學(xué)組成及尺寸等結(jié)構(gòu)特性的調(diào)控，進(jìn)而從機(jī)理層面對礦化終止過程進(jìn)行了闡述。此外，微球表面形成的低聚多巴薄層可與含氨基或巰基的分子進(jìn)行二次反應(yīng)，賦予微球多功能特性。第二部分，基于仿生礦化和仿生粘合構(gòu)建了分隔式多酶系

4、統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多酶催化過程的高效強(qiáng)化。通過精氨酸誘導(dǎo)鈦化形成氧化鈦納米微球，并于此過程中原位包埋第一種酶；通過加入低聚多巴終止礦化過程并賦予微球表面功能薄層；利用低聚多巴的茶酚基團(tuán)與酶分子的氨基加成反應(yīng)特性，共價(jià)接枝第二種酶，成功的構(gòu)建了分隔式多酶系統(tǒng)。多酶系統(tǒng)應(yīng)用于CO2轉(zhuǎn)化過程，甲醛收率達(dá)60.0%以上。此外，該多酶系統(tǒng)的催化活性及穩(wěn)定性還表現(xiàn)出尺寸依賴性：即小尺寸多酶系統(tǒng)表現(xiàn)出更高的催化活性，而循環(huán)使用過程的活性回收率較低。第三部分，

5、基于仿生礦化和Pickering乳化構(gòu)建了分隔式多酶系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多酶催化過程的高效強(qiáng)化。通過Pickering乳化過程將含第一種酶的活性氧化鈦納米微球單分散鋪展于油滴表面，維持納米微球的結(jié)構(gòu)特性；通過溶膠凝膠過程形成凝膠型氧化鈦將納米微球間交聯(lián)，獲得穩(wěn)定的微囊殼層；利用殼層中納米微球表面的低聚多巴與酶分子反應(yīng)，接枝第二種酶，成功的構(gòu)建了分隔式多酶系統(tǒng)。構(gòu)建過程中，溶膠凝膠過程鈦酸丁酯的水解所釋放的丁醇可介導(dǎo)納米微球在油滴表面的自組裝。多