磁性载体在固定化酶及连续式生物反应器中的应用研究

作     者：姜达海 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵元弟

授予年度：2011年

学科分类：08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 081701[工学-化学工程] 

主      题：磁性载体 介孔硅 海藻酸钙凝胶微球 固定化酶 连续式生物反应器 

摘      要：近些年来,各种有关磁性载体和固定化酶的研究均取得了较大的成果。FeO纳米颗粒因其优异的磁性能和良好的生物相容性成为学者们广泛研究的磁性载体之一。磁性载体固定化酶即通过物理或者化学的方法将酶固定在磁性载体上,使其既可以保持较高的酶活性又便于回收和重复利用。 介孔硅材料和磁性纳米颗粒的结合,即磁性介孔硅载体,可以通过对其表面改性而引入多种反应功能基团使其成为优良的载体。它既具有较大的比表面积可以负载更多的目标分子或颗粒,同时也便于回收和重复利用。海藻酸钙凝胶颗粒与磁性纳米颗粒结合,即磁性海藻酸钙凝胶微球载体,通过包埋法可以将生物大分子、酶甚至完整的微生物包埋到凝胶微球中使其固定化,因为它不需要对酶进行化学修饰且反应条件温和,很少改变酶的物理结构和化学性质,因而具有广泛的应用。 本文介绍了一种新型的磁性介孔硅固定化酶和磁性海藻酸钙凝胶微球固定化酶的制备,最后对适用于磁性催化剂的生物反应器进行了研究。首先分别用微波法和化学共沉淀法合成了FeO纳米颗粒,在比较优劣后分别用于制备磁性介孔硅载体和磁性海藻酸钙凝胶微球载体。利用APTES对磁性介孔硅载体表面进行修饰,然后用偶联剂PDC将其与碱性蛋白酶偶联,酶活力实验结果表明其酶活回收率为15.1%。对磁性海藻酸钙凝胶微球载体,在制备时直接将碱性蛋白酶包埋在其中,酶活力实验结果表明其酶活回收率为54 %。最后设计了一种适用于磁性纳米催化剂的生物反应器,该反应器具有提高催化剂的使用效率和减少污染的优点,且对不同的工艺有较高的适应性,为磁性催化剂的连续使用提供了一条可行的路径。