基于仿生硅化/钙化设计制备杂化凝胶微球及固定化酶研究

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仿生矿化过程可在常温、中性pH等温和条件下,利用天然高分子或合成高分子诱导无机矿物的形成,并可调控无机矿物的大小和形貌,在制备有机-无机杂化材料方面具有显著优势。本文基于仿生矿化思想,采用兼具成型与矿化能力的天然高分子,明胶和壳聚糖为固定化酶载体基质材料,以硅酸钠或氯化钙为无机前驱体,制备核壳型有机-无机杂化凝胶载体,并用于醇脱氢酶的固定化。本文的主要研究内容如下:(1)利用明胶低温胶凝成型和诱导硅化的特性,以硅酸钠为前驱体,制备了具有核壳结构的明胶-氧化硅杂化凝胶微球载体,并将醇脱氢酶包埋于明胶核内。考察了不同pH、硅酸钠浓度及戊二醛浓度对明胶诱导生成氧化硅的影响。在优化条件下,仿生矿化法生成的氧化硅壳层均匀、完整覆盖于明胶凝胶微球表面。氧化硅无机壳层的形成显著提高了明胶内核的抗溶胀性能,固定化酶的泄漏率显著降低。明胶内核为固定化酶提供了良好的微环境,其温度稳定性、pH稳定性及储存稳定性均显著提高。(2)利用壳聚糖离子交联胶凝成型和诱导钙化的特性,以氯化钙为前驱体,采用一锅法制备了核壳型壳聚糖-磷酸钙杂化凝胶微球载体,并将醇脱氢酶包埋于壳聚糖核内。壳聚糖与三聚磷酸钠离子交联成凝胶微球,磷酸钙原位沉积于壳聚糖凝胶微球的表面。考察了不同氯化钙浓度对壳聚糖诱导钙化过程及所形成的杂化凝胶的形貌和溶胀性能的影响。磷酸钙无机壳层可有效抑制内部壳聚糖凝胶的溶胀,溶胀度可降至5%,固定化酶的泄漏率显著降低。固定化酶的温度稳定性、pH稳定性、重复使用稳定性和储存稳定性全面提高。储存50天后,固定化酶仍可维持80%的相对酶活力。(3)利用壳聚糖易于胶凝成型和明胶可诱导硅化的特性,以硅酸钠为前驱体,制备了核壳型壳聚糖/明胶-氧化硅杂化凝胶微球载体,并用于包埋醇脱氢酶。其中壳聚糖组分与三聚磷酸钠离子交联成凝胶微球,明胶组分诱导生成的氧化硅均匀包覆于凝胶微球的表面。考察了不同硅酸钠浓度对明胶诱导硅化过程及所形成的杂化凝胶的形貌和溶胀性能的影响。氧化硅壳层的形成使杂化凝胶微球的抗溶胀性能显著提高,酶泄漏率显著降低。固定化酶的温度稳定性、pH稳定性和储存稳定性均显著提高。包埋于杂化凝胶载体内的醇脱氢酶循环使用8次后仍能保持60%的初始酶活力。
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