| 题名 | 纳米纤维酶催化剂的研制及其在生物过程工程中的应用 |
| 作者 | 柳春霞 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011-03-04 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 王平 |
| 关键词 | 聚氨酯纳米纤维 静电纺丝 氯化锂 酶固定化 生物过程工程 |
| 其他题名 | Preparation of Nanofibrous Enzymes for Applications in Bioprocess Engineering |
| 学位专业 | 生物化工 |
| 中文摘要 | 高性能生物催化剂的制备及使用是工业生物技术领域的重要组成部分。纳米纤维由于具有载酶量高、传质阻力小、制备方法简单而且表面改性容易、无纺布膜的形式使生物反应器的构建和操作非常容易等优势，已经被广泛用作固定化酶的载体，并在生物过程工程中展现出良好的应用前景。材料中的无机盐对蛋白质分子与材料之间相互作用的影响是一个非常重要但被长期忽略的研究领域。深入理解固定化酶载体所含的无机盐在酶固定化过程中发挥的作用对于制备高性能的酶催化剂将具有重要的指导意义。本论文利用纳米纤维中添加氯化锂对纳米纤维酶的制备和催化性能的调控作用，制备出了高性能的纳米纤维固定化酶，并在生物过程工程中得到了成功的应用。具体研究内容包括如下几个方面：（1）利用静电纺丝技术制备出了具有不同LiCl含量的直径在100-200 nm的聚氨酯纳米纤维，以a-胰凝乳蛋白酶为模型蛋白，研究了LiCl含量对吸附蛋白行为的影响。发现纤维中的氯化锂能显著提高纤维对蛋白的吸附能力，负载量可达640 mg/g-纤维，为不添加氯化锂纤维的9倍，但是大部分蛋白为无活性的聚集体。（2）利用LiCl诱导的纳米纤维与蛋白之间的不可逆吸附作用，提出了一种新颖的多层固定化酶方法：首先采用一些低成本蛋白（如牛血清白蛋白、鱼精蛋白）在纤维上的大量吸附来对纤维表面进行改性，然后通过交联剂（戊二醛）把酶交联到吸附的蛋白上制备出多层固定化酶。这种多层固定化酶的稳定性和有机相催化能力显著提高，并具有独特的活性再生能力。纳米纤维固定化a-胰凝乳蛋白酶在4 oC下保存8个月无任何活性损失；在异辛烷中催化酯交换反应的活性提高为自由酶的20万倍，纳米纤维固定化脂肪酶在无水甲醇中浸泡2 h后投入缓冲液浸泡2 h，活性可以从46%恢复到87% 。（3）这种多层固定化酶技术制备纳米纤维脂肪酶并用于催化生物柴油的合成，发现纤维中LiCl的含量对纳米纤维脂肪酶的活性和稳定性具有重要的影响，当聚氨酯纳米纤维中LiCl含量为5％时，其催化效率是商品化固定化脂肪酶Novozymes 435的110倍，自由酶的2100倍，并且可以连续使用42次没有明显的活性损失。此方法制备的纳米纤维氯过氧化物酶用于催化苯乙烯氧化反应的催化效率为自由酶的5.5－7.5倍；重复使用5次后活性保留50%以上。 |
| 英文摘要 | Preparation and application of high-performance biocatalysts are one of the most important aspects of industrial biochemical technology. One-dimensional nanostructure electrospun nanofiber has exhibited promising prospect on the preparation of high-performance immobilized biocatalysts due to the following well recognized advantages: high enzyme loading capacity, low diffusional resistance, easy preparation and surface tailoring, and non-woven appearance makes the construction and operation of bioreactor more convenient. Influences of simple inorganic salts incorporated in materials on the interactions between matetial and protein has been an important but long been ignored reseach field in previous studies. In depth studies on the manipulating mechanism of inorganic salt on enzyme immobilization process will provide a useful guide for the development of high-performance biocatalyst. |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-09-24 |
| 页码 | 149 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1749]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 柳春霞. 纳米纤维酶催化剂的研制及其在生物过程工程中的应用[D]. 中国科学院研究生院. 2011. |
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