本文關(guān)鍵詞：功能化氧化石墨烯的制備及其在酶固定化中的應(yīng)用

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【摘要】：石墨烯是一種由sp2碳原子組成的二維碳層,基于石墨烯本身所具有的各種獨(dú)特的物化性質(zhì),如超高的電導(dǎo)率,優(yōu)異的機(jī)械性能和超大的比表面積,因此在催化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景,尤其是作為催化劑載體。氧化石墨烯(GO)是石墨烯的含氧衍生物,結(jié)構(gòu)與石墨烯類似,但其表面存在豐富的含氧基團(tuán)如羥基、羧基和環(huán)氧基,這些基團(tuán)為材料的功能化提供了充足的活性位點(diǎn),因此常常被用作制備石墨烯基的復(fù)合物。本文選用GO為酶的固定化載體材料,從GO的制備工藝及表面基團(tuán)的修飾開(kāi)始研究,以NADH氧化酶(NOX)和木瓜蛋白酶為研究對(duì)象,構(gòu)建一種新的納米材料固定化酶體系。從而改善游離酶在使用過(guò)程中存在分離復(fù)雜,成本昂貴,穩(wěn)定性差且無(wú)法重復(fù)利用等缺陷。本文的具體研究?jī)?nèi)容和主要結(jié)果如下:(1)以石墨粉為原料,利用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨烯,然后引入β-硫酸酯乙砜基苯胺(SESA),得到功能化的氧化石墨烯(ABSE-GO)。將ABSE-GO與NOX進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng),實(shí)現(xiàn)NOX的快速固定化。結(jié)果表明:固定化NOX的最適溫度(45 ℃)比游離NOX(35 ℃)提高了10 ℃;在45 ℃下保溫3 h后固定化酶的半衰期(㧐200 min)比游離酶的半衰期(60 min)至少提高了3倍;在4℃下儲(chǔ)存720 h后,固定化酶保留初始酶活的約50%,游離酶在200 h后剩余酶活基本降為零,固定化酶在4 ℃時(shí)半衰期是游離酶的4倍,儲(chǔ)存穩(wěn)定性明顯優(yōu)于游離酶;固定化酶在第六個(gè)周期后,仍保持約70%的剩余酶活力。(2)利用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)上的胺基能與氧化石墨烯表面含氧官能團(tuán)反應(yīng)的性質(zhì),采用共價(jià)鍵結(jié)合的方法制備了有機(jī)硅功能化的氧化石墨烯(APTES-GO)。通過(guò)FT-IR,XRD等方法進(jìn)行表征,證明APTES偶聯(lián)分子成功修飾到GO片層表面。通過(guò)XRD圖譜可以看到有機(jī)硅功能化的GO以單片層存在,分散性良好。結(jié)果表明:游離酶的最適pH值為7.0,固定化酶的最適pH值向酸性環(huán)境偏移了一個(gè)單位為6.0;且固定化NOX比游離酶具有更寬的pH適應(yīng)性和更高的熱穩(wěn)定性。動(dòng)力學(xué)參數(shù)研究結(jié)果為:游離酶和固定化酶的Vmax分別為31.53 U/mg和22.78 U/mg,相應(yīng)的Km值分別為91.4μM和74.9μM。(3)采用APTES功能化的氧化石墨烯固定化木瓜蛋白酶,最優(yōu)條件為酶載量6.75 mg/g、固定化時(shí)間為45 min、固定化溫度為35 ℃、固定化pH為8.0。動(dòng)力學(xué)參數(shù)研究結(jié)果為:游離酶的Vmax和Km值分別為0.129 g/(L·min)和7.1 g/L,固定化酶的Vmax和Km值分別為0.115 g/(L·min)和3.77 g/L。在4 ℃下將游離和固定化木瓜蛋白酶儲(chǔ)存一個(gè)月后,游離酶的半衰期為432 h,固定化酶在720 h后的剩余相對(duì)酶活仍然保持初始酶活的62.71%,因此固定化酶的穩(wěn)定性提高了1.7倍以上。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O613.71;Q814.2

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本文編號(hào)：1298603