新型多级孔聚合物的制备及其固定磷脂酶的催化应用

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多级孔聚合物材料由于其特有的物理化学性质,大的比表面积以及可调的介孔结构,在酶的固定化中表现出极大的应用前景。多级孔聚合物具有多尺度孔道,其中介孔可以实现酶分子的有效固载,而大孔可以为快速传质提供通道,因而可以显著提高酶分子的固载效率以及固定化酶的生物催化活性。本论文发明了制备多级孔聚合物的新方法,无需模板,简单、快捷,并探究其在酶固定化中的应用研究,开展以下研究工作:(1)环氧树脂基多级孔聚合物的制备在不使用模板的前提下,仅用一种结晶性化合物作为唯一的分散体系和致孔剂,利用聚合反应诱导与快速冷冻诱导相结合的方法实现介孔与大孔及超大孔的同步形成,待聚合反应完成后用水浸泡的简单环保处理方法除去该水溶性化合物,经过常温常压下干燥,获得全孔道三维贯通、孔壁连续性佳、机械稳定性好的大尺寸多级孔聚合物。其孔径范围为50μm~10nm。该多级孔聚合物的孔隙率和比表面积可分别达到91.2-82.5%和225-156 m2/g。因其具有比表面积高,孔道结构有序,孔径多样,热稳定性好等优点,因而它可以作为生物大分子催化反应的场所。(2)环氧树脂基多级孔聚合物固定磷脂酶D的催化性能通过物理吸附有效地使用多级孔聚合物作为载体固定磷脂酶D(PLD)。由于载体的高孔隙率和传质速率的增加,PLD的负载量高达223 mg/g载体,相应的比活度高达3.75×103U/g载体。在最佳条件下,在45°C下40分钟内磷脂酰丝氨酸(PS)的产率达到95.5%固定化PLD不仅比游离PLD表现出更好的储存稳定性,而且还具有p H稳定性和抗热失活的能力。12次重复使用后保留了73.5%的PS产率。(3)环氧树脂基多级孔聚合物固定磷脂酶A1的催化性能为了进一步研究所制备的多级孔聚合物材料在固定其他磷脂酶时的催化性能,故将磷脂酶A1(PLA1)通过物理吸附固定在多级孔聚合物上。研究结果表明,PLA1的负载量和比活性分别高达188 mg/g载体和3550 U/g载体。在最佳条件下,30 mg固定化PLA1,底物质量比(PC/乙酯)=1:6,反应温度50℃,加水量0.75%(相对于底物总质量)反应13小时。此时,二十二碳六烯酸(DHA)/二十碳五烯酸(EPA)的总取代率达到53.7 mol%,磷脂酰胆碱(PC)的产率为65.8%。固定化的PLA1具有良好的可重复使用性,12次循环重复使用后保留了85.2%的活性。
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