漆酶是一类含铜多酚氧化酶,它以氧气作为终电子受体,催化包括酚类、芳胺类、芳香羧酸类等化合物的氧化反应。作为环境友好型生物催化剂,漆酶在制浆造纸、纺织工业、医用抗癌药物、有毒废水处理和生物传感器等多个领域具有潜在应用价值。在聚合材料制备领域,酶促反应已经得到了广泛的研究,但目前漆酶对芳香类化合物催化聚合机制尚不明晰,还处于起步和探索阶段。研究和开发漆酶催化合成聚合物方法,对漆酶催化聚合过程的影响机制进行研究,建立漆酶高效催化聚合体系,在酶促聚合应用方面具有重要意义,符合绿色环保化学的发展趋势,可大大推动聚合物材料的应用和发展。本论文基于漆酶的催化特性制备芳香类聚合物,首先设计不同的漆酶修饰法,对漆酶进行改性,提高漆酶的催化性能,采用同源建模技术对修饰前后酶的几何构象与活性中心进行模拟,分析酶修饰与催化性能的关系;然后比较不同体系下漆酶催化聚合反应过程及产物性能,借助动态模拟和分子对接技术分析酶在不同能量体系中的构象变化及酶与底物间相互作用,阐述高传质环境在酶促反应中的作用;最后建立基于漆酶的高效催化聚合体系,制备功能性聚合产物用于织物的功能改性,获得功能型纺织品。本研究将丰富漆酶的修饰及酶促聚合等相关领域的理论研究,为建立漆酶高效催化聚合体系提供必要的科学和技术基础。主要研究内容如下:(1)以漆酶为催化剂,以邻苯二酚为底物,研究聚乙二醇对漆酶的非共价修饰和化学修饰,探索漆酶分别在溶液相和凝胶相中催化聚合表现,通过分子模拟技术预测并分析聚乙二醇、酶和底物间的相互作用。结果表明,聚乙二醇对漆酶的非共价修饰和化学修饰可在溶液相中促进聚合反应正向进行,改性漆酶产物的聚合产率比原生漆酶增加2倍。分子模拟技术显示聚乙二醇可有效促进聚合反应,减缓酶的失活。(2)以环氧树脂为载体,对漆酶和改性漆酶进行固定化,研究固定化漆酶在溶液相中催化邻苯二酚聚合的表现,表征生成的聚合产物性能,推测可能的聚合产物结构。结果表明,漆酶经固定化后热稳定性提升,半衰期增加,与游离漆酶相比,固定化漆酶可实现重复使用,提高酶的使用效率。固定化改性漆酶可有效增加聚合产率,最高达到原生漆酶的1.5倍,飞行时间质谱结果显示三种固定化漆酶催化产物的聚合度分别为10、14和15,聚合物粒径分布在100-200 nm范围,分散均匀。(3)以普通水浴、超声水浴和高压均质机为反应器进行催化聚合反应,研究漆酶在不同反应体系的活性和稳定性变化,探索高传质反应体系对酶促聚合作用和酶的催化机制影响。超声水浴和高压均质两种高传质体系可有效促进酶与底物相互作用,聚合产率分别达到83.6%和86.2%,高于普通水浴聚合产率73.7%。飞行时间质谱结果表明三种反应器中生成聚合物的相对分子量分布范围分别为500-700 Da、500-1250 Da和500-2350Da。漆酶在普通水浴、高压均质机和超声水浴的稳定性依次降低,但漆酶失活速度小于其催化聚合速度,因而对反应无明显不利影响。分子动态模拟表明漆酶在低温和高温呈现的不同构象影响着底物和酶的相互作用及聚合方式。(4)以漆酶、改性漆酶和固定化漆酶为催化剂,以高压均质机为反应器进行催化聚合,研究不同酶在高传质体系的活性和稳定性。对原生漆酶、改性漆酶和固定化漆酶处理2 h后,残留酶活分别为55.0%、75.0%和73.0%,三种漆酶催化邻苯二酚聚合转化率分别为60.8%、63.0%和72.8%,催化对苯二胺聚合转化率分别为72.8%、84.8%和71.0%。与原生漆酶相比,改性漆酶和固定化漆酶具有较高的催化聚合能力,且改性漆酶的稳定性最好。(5)以邻苯二酚和对苯二胺为底物,采用聚酯、棉和羊毛为织物载体,在高压均质机中进行催化聚合反应,对生成的聚合物进行性能表征。经催化反应获得的邻苯二酚聚合物聚合度分别为8、10和13,对苯二胺聚合物的聚合度分别为9、12和13,两种聚合物的粒径水平分别在30-70 nm和400-460 nm区间,均具有较好的热稳定性和抵抗热降解能力,以及良好的抗自由基清除能力。(6)通过邻苯二酚和对苯二胺在织物载体上自聚合实现对织物的功能改性。SEM表面形貌显示聚合物在聚酯、棉和羊毛纤维表面均匀附着,酶促反应生成的有色聚合物对织物实现吸附和附着,K/S值显示羊毛表观色度最深。经多次水洗后,羊毛和棉的耐水洗牢度较好,三种织物的耐摩擦牢度均较好,可达到5级。整理后织物的导电性取决于聚合物本身的功能特性以及纤维性质,经对苯二胺聚合整理后可获得良好的导电性能。织物的抗菌性能取决于聚合物本身的抗菌抗氧化特性以及织物的组织结构特点。邻苯二酚聚合物处理后羊毛的抗菌性能最佳,对苯二胺聚合物使三种织物的抗菌水平均较高。织物的细胞毒性测试表明聚合物的逸出性质及织物的组织结构影响潜在的细胞毒性,结构紧密的聚酯无细胞毒性,降低羊毛培养基中的聚合物浓度可避免潜在的细胞毒性。