磁性二氧化钛相变材料微胶囊的制备及其在固定化脂肪酶领域中的应用
脂肪酶作为一种常见的生物酶，具有专一性和高效性，但在应用过程中由于游离的脂肪酶对温度和pH值敏感、易失活和难回收等缺点限制了其应用。传统工艺上采用固定化载体对其进行固定化来克服其缺点，但常见的固定化载体只能一定程度上提高固定化脂肪酶活性。本文设计和制备了一种新型的应用能量微系统磁性二氧化钛相变材料微胶囊(MTPCM)并将其作为具有温度调节功能固定化脂肪酶的载体材料，扩展了其在生物技术和生物工程中的应用。磁性微胶囊以结晶TiO2/Fe3O4无机材料为壁壳，既能够防止相变材料的泄露又能提高热传导率降低材料的过冷度;结晶TiO2结构紧凑不仅有利于固定化脂肪酶，而且具有无毒、抗菌、高热稳定性、高化学稳定性和良好的机械性能等特点;Fe3O4无机纳米粒子也赋予微胶囊超顺磁性，为后期固定化脂肪酶的回收利用提供便利;以正二十烷相变材料为核与脂肪酶的最适反应温度相匹配，为提高脂肪酶的热性能提供可能。 第二章首先设计了以正二十烷为核、结晶TiO2/Fe3O4无机杂化材料为壁壳的MTPCM的制备方法:第一步，通过Pickering乳液方法将Fe3O4无机纳米粒子自组装到正二十烷表面;第二步，钛酸正丁酯前驱体通过界面缩聚形成TiO2壁壳;加入NaF结晶诱导剂诱导结晶MTPCM。然后，对MTPCM羧基化处理，用琥珀酰亚胺基团进行活化后通过一系列的共价键反应将脂肪酶共价链接到MTPCM载体表面上。 第三章主要是通过控制含有引发剂的混合液的滴加速率来研究其对MTPCM载体的影响，选择最佳制备固定化脂肪酶载体的方案。发现在0.5mL·min-1、0.7mL·min-1和0.9mL·min-1混合液滴加速率分别可以形成“核—壳”结构的正八面体、类球形和类八面体混合体以及微球MTPCM，经各项表征发现0.9mL·min-1混合液滴加速率条件下形成的微球形貌的MTPCM有更好的热稳定性和比表面积，更适宜作为脂肪酶的固定化载体。 第四章则是在第三章的基础上用最佳方案制备的MTPCM载体经改性共价固定化脂肪酶(MTPCM-CRL)，并通过傅里叶红外光谱分析(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)等分析证实脂肪酶被共价固定到载体表面;用振动样品磁强计(VSM)分析表征了MTPCM-CRL磁分离性能;通过对比纯TiO2固体载体固定化脂肪酶（TiO2-CRL），本实验制备的MTPCM-CRL展现了更好的生物活性、高热稳定性、持久的储存稳定性和良好的循环稳定性，主要是因为MTPCM载体材料的温度调控性能。本实验的研究开拓了相变材料微胶囊(MEPCM)新的发展和应用领域，并为脂肪酶的广泛使用提供了可能。
磁性微胶囊;二氧化钛;相变材料;制备工艺;固定化脂肪酶
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
汪晓东
2017
中文
TB34
93
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）