埃洛石納米管表面改性及其固定漆酶性能研究.pdf

1、儲量豐富、綠色環(huán)保的埃洛石納米管(HNTs)具有特殊的管狀結(jié)構(gòu)、良好的生物相容性和穩(wěn)定的物化性能，因此在生物酶固定化領(lǐng)域頗具應(yīng)用潛力。HNTs在染料吸附、相變材料、生物傳感、藥物緩釋和復(fù)合材料制備等方面的研究已經(jīng)比較深入，但是在酶固定化領(lǐng)域的系統(tǒng)研究還不夠完善。國內(nèi)外的研究者普遍關(guān)注HNTs空腔結(jié)構(gòu)(Lumen)吸附固定酶，但Lumen的空間有限且HNTs容易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致固定過程中傳質(zhì)阻力增大、游離酶的固定量偏低。鑒于此，本文著重圍繞

2、改善埃洛石納米管的分散性及提高固定酶的負(fù)載量展開，首先采用兩種方法對HNTs的外表面改性，分別制備表面帶有缺陷、活性點(diǎn)位增多的埃洛石納米管(RHNTs)和表面荷正電、電荷密度增大的埃洛石納米管(PHNTs)，進(jìn)而研究這些載體的固定酶性能。為拓寬生物酶的工業(yè)化應(yīng)用，有利于固定酶的回收和批次使用，本文制備了微米級的多孔埃洛石復(fù)合微球和毫米級的多孔埃洛石復(fù)合顆粒。微球或顆粒內(nèi)部HNTs的層狀結(jié)構(gòu)和聚合物的孔道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并存，為酶蛋白分子提供傳質(zhì)

3、通道和結(jié)合位點(diǎn)，同時(shí)為后續(xù)酶促反應(yīng)提供良好的固態(tài)緩沖保護(hù)。
　　本文選取漆酶作為酶固定的研究對象，具體研究內(nèi)容如下：
　　(1)RHNTs的制備及固定酶性能研究：HNTs光滑外表面，粘附力弱，晶面缺陷較少，與氨基殘基作用的點(diǎn)位較少。受高溫活化和選擇性腐蝕的啟發(fā)，首次探索NaNO3/Na2CO3熔鹽體系對納米管表面的固態(tài)改性。熔融狀態(tài)下的Na2CO3腐蝕硅氧片層中的二氧化硅，通過調(diào)控HNTs:NaNO3:Na2CO3的比例可實(shí)

4、現(xiàn)對HNTs外表面的可控腐蝕改性，成功制備有機(jī)物含量降低、表面粗糙、活性位點(diǎn)較多的埃洛石納米管RHNTs。研究結(jié)果表明 RHNTs保持完整管狀結(jié)構(gòu)，管壁粗糙且分散性明顯改善，說明表面基團(tuán)和活性位點(diǎn)都有不同程度的增加。RHNTs的漆酶固定量為37.55 mg/g，高于HNTs的固定量21.46 mg/g；對比游離漆酶，RHNTs固定酶在pH耐受、溫度耐受、熱穩(wěn)定性方面都略有改善。說明HNTs表面基團(tuán)及粗糙程度的改變，有利于提高酶固定量和改

5、善固定酶穩(wěn)定性。
　　(2)PHNTs的制備及固定酶性能研究：聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)是一種環(huán)境友好型的陽離子聚電解質(zhì)，與 HNTs之間存在靜電引力。通過改變PDDA的濃度和反應(yīng)時(shí)間，制備表面荷正電、電荷密度增大的PHNTs。研究結(jié)果顯示PDDA通過靜電引力已經(jīng)成功覆蓋在HNTs表面，形成均勻沉積的PDDA納米膜。將PHNTs用于漆酶的固定化發(fā)現(xiàn)，PHNTs的漆酶固定量為41.28 mg/g，酶活收率為82.67％。對比

6、游離漆酶，PHNTs固定酶在pH耐受、溫度耐受、尤其是熱穩(wěn)定性方面均有明顯改善。以ABTS為底物的重復(fù)利用性研究中，循環(huán)10次后，固定化漆酶的活性保持在初始活性的一半以上。在處理2,4-DCP廢水實(shí)驗(yàn)中，PHNTs固定酶能夠在6 h內(nèi)降解81.66%的污染物。研究結(jié)果表明PDDA改性后載體表面粘附性增大，正電荷密度變大，活性基團(tuán)增多，為游離酶的固定提供足夠多的結(jié)合點(diǎn)位和較高的電荷密度，以之為載體的固定酶也在重復(fù)利用性方面有良好的表現(xiàn)。<

7、br>　　(3)多巴胺仿生復(fù)合微球的制備及固定酶性能研究：以埃洛石納米管和殼聚糖為原材料，油酸液滴為軟模板，通過靜電自組裝搭接具有3D架構(gòu)的復(fù)合微球。接著用乙醇洗去軟模板，利用多巴胺的自聚合作用加固微球結(jié)構(gòu)及改善熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明復(fù)合微球具有較大比表面積(114.6 m2/g)，表面成功接枝鄰醌、鄰苯二酚和氨基基團(tuán)，以之為載體固定酶活性較高且在載體中均勻分布。該微球的漆酶固定量高達(dá)311.2 mg/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過同類文獻(xiàn)報(bào)道的固定量。復(fù)合

8、微球固定酶的熱穩(wěn)定性、貯存穩(wěn)定性和循環(huán)利用性也得到顯著改善，固定酶貯存50天后仍能保留75%的初始酶活。在2,4-DCP廢水降解實(shí)驗(yàn)中，1h去除率即可達(dá)到62%，能夠?qū)崿F(xiàn)對有機(jī)污染物的快速有效降解。因此多巴胺仿生復(fù)合微球適合用于酶固定化，良好的操作穩(wěn)定性和重復(fù)利用性也表明該微球在工業(yè)應(yīng)用中頗具潛力。
　　(4)聚乙烯醇復(fù)合顆粒的制備及固定酶性能研究：聚乙烯醇(PVA)具有其均勻有序的孔結(jié)構(gòu)和良好的生物相容性，常被用作酶固定化載體。

9、PVA分子內(nèi)富含羥基，可與游離氨基形成氫鍵實(shí)現(xiàn)游離酶的固定化。但PVA的熱穩(wěn)定性較差，摻雜適量HNTs可以改善復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明HNTs在PVA的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用下，沿著聚合物的網(wǎng)絡(luò)有序排列，形成具有開放孔道結(jié)構(gòu)、微米孔和納米孔共存的復(fù)合顆粒。將PVA/HNTs用于漆酶的固定化發(fā)現(xiàn)，復(fù)合顆粒固定漆酶的固定量237.02 mg/g遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原始HNTs的21.46 mg/g。PVA/HNTs復(fù)合顆粒的 pH耐受性、溫度耐