基本信息
- 项目名称：
- 磁性微球的表面特性对BSA及脂肪酶固载影响的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 酶的固定化研究是当今酶工程领域研究的重点。作为固定化酶的重要组成部分，载体材料的研究更成为重中之重。磁性微球除具备高分子性能外，还对外加磁场表现出很强的磁响应性，易与反应体系分离。本实验首先制备出了聚（苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸）磁性高分子微球并用来做对BSA的固定化研究；又制备出了聚（乙酸乙烯酯-丙烯酰胺-丙烯酸）磁性微球用来做脂肪酶的固定化研究，并研究了反应条件条件对制得的固定化酶的酶活的影响。
- 详细介绍：
- 游离酶在反应过程中易失活，且很难实现底物和产物分离，因而很难实现生产工艺的连续化和自动化。而将其固定于合适的载体上形成固定化酶，正是解决上述不足和进一步提高酶稳定性的有效途径。磁性高分子微球兼备了易于分离的磁性材料和有很好的生物特性的高分子材料两者共同的优点，在药物释放、生物大分子分离、生物传感和固定化酶等方面应用有非常好的应用前景。以磁性高分子微球为载体制备的固定化酶可在外加磁场的作用下方便地分离，磁场消失后，又能均匀的分散在分散剂中，这对提高生产效率，降低生产成本具有积极意义。 本课题工作主要围绕磁性高分微球的制备、表征以及对酶的固定化研究。课题研究分为两个阶段，前一阶段采用共沉淀法制备了Fe3O4磁流体，以其作为磁性高分子微球的磁核，选用苯乙烯（St）为疏水性单体，丙烯酰胺（AM）为亲水性单体，丙烯酸（AA）为功能单体，采用分散聚合法，制备了P(St/AA/AM)磁性高分子微球,并利用扫描电子显微镜（SEM)、红外扫描仪（FTIR)对其进行表征。考查了具有不同表面特性的微球对牛血清蛋白（BSA)固定化率的影响。实验的后一阶段，采用共沉淀法制备了油酸稳定的Fe3O4磁流体，通过悬浮聚合法制备出聚（乙酸乙烯酯-丙烯酸-丙烯酰胺）磁性高分子微球，同样用SEM和FTIR对其进行表征。将制得的磁性高分子微球作为固定化脂肪酶的载体，考查不同表面特性的磁性高分子微球对脂肪酶固定化率以及酶活的影响。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本作品主要分为两个部分。第一部分采用分散聚合法，制备出了聚（苯乙烯-丙烯酰胺-丙烯酸）磁性高分子微球并用来做对BSA的固定化研究；第二部分采用悬浮聚合法，制备出了聚（乙酸乙烯酯-丙烯酰胺-丙烯酸）磁性高分子微球用来做脂肪酶的固定化研究，并研究了反应条件条件对制得的固定化酶的酶活的影响。
科学性、先进性及独特之处
- 磁性高分子微球兼备了易于分离的磁性材料和有很好的生物特性的高分子材料两者共同的优点，在药物释放、生物大分子分离、生物传感和固定化酶等方面应用有非常好的应用前景。本作品的独特之处在于通过改变亲水单体与疏水单体的比例制备出了具有不同亲疏水性的磁性高分子微球。并探究了微球表面不同亲疏水性对BSA和脂肪酶固定化率的影响以及对固定化脂肪酶活性的影响。
应用价值和现实意义
- 游离酶在反应过程中易失活，且很难实现底物和产物分离，因而很难实现生产工艺的连续化和自动化。而将其固定于合适的载体上形成固定化酶，正是解决上述不足和进一步提高酶稳定性的有效途径。以磁性高分子微球为载体制备的固定化酶可在外加磁场的作用下方便地分离，磁场消失后，又能均匀的分散在分散剂中，这对提高生产效率，降低生产成本具有积极意义。
学术论文摘要
- 本文的工作主要围绕磁性高分微球的制备、表征以及对酶的固定化研究。本文的工作分为两部分，前一部分采用共沉淀法制备了Fe3O4磁流体，以其作为磁性高分子微球的磁核，选用苯乙烯（St）为疏水性单体，丙烯酰胺（AM）为亲水性单体，丙烯酸（AA）为功能单体，采用分散聚合法，制备了P(St/AA/AM)磁性高分子微球,并利用扫描电子显微镜（SEM)、红外扫描仪（FTIR)对其进行表征。进而，通过改变亲水单体与疏水单体的比例得到一系列亲/疏水性能不同的微球。考查了不同性能的微球对牛血清蛋白（BSA)固定化率的影响。实验的后一部分，采用共沉淀法制备了油酸稳定的Fe3O4磁流体，通过悬浮聚合法制备出聚（乙酸乙烯酯-丙烯酸-丙烯酰胺）磁性高分子微球，同样用SEM和FTIR对其进行表征。将制得的磁性高分子微球作为固定化脂肪酶的载体，考查不同性能的磁性高分子微球对脂肪酶固定化率和酶活的影响。
获奖情况
- 作品前期成果撰写为论文《Effect of hydrophobic/hydrophilic characteristics of magnetic microspheres on the immobilization of BSA》发表在《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》（SCI），文章影响因子为2.6。
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]薛 屏,刘海峰 等，亲水性环氧聚合物磁性微球的制备及其固定化青霉素酰化酶.化工学报 2008;59(2):443-449 [2]Yang Yong,Yong-Xiao Bai etal, Characterization of Candida rugosa lipase immobilized onto magnetic microspheres with hydrophilicity.Process Biochemistry 2008;43:1179-1185 [3]李秀涛,黄军生 等,含氨基和环氧基双功能基的聚合物刷磁性微球的制备及对青霉素G酰化酶的固定化.高分子学报 2008;7:697-702 [4]Bin Hu,Jiang Pan etal, Immobilization of Serratia marcescens lipase onto amino-functionalized magnetic nanoparticles for repeated use in enzymatic synthesis of Diltiazem intermediate.Process Biochemistry 2009;44:1019-1024 [5]Siliang Gao,Yujun Wang etal, Enhancing performance of lipase immobilized on methyl-modified silica aerogels at the adsorption and catalysis processes: Effect of cosolvents.Journal of Molecular Catalysis B:Enzymatic 2010;62:218-224 [6]Yan Li,Fei Gao etal, Pore size of macroporous polystyrene microspheres affects lipase immobilization.Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic2010;66:182-189
同类课题研究水平概述
- 目前，磁性高分子微球的制备主要有共混包埋法，界面沉积法，单体聚合法，原位法，逐层自组装法等。磁性复合微球的制备过程中存在很多不尽人意的地方，最主要的就是无机磁性粒子在油相单体中的分散问题。由于无机粒子多为亲水性的物质，很难均匀稳定地分散于有机油相单体。为了解决上述问题许多科研工作者致力于此方面的研究，从目前的研究工作来看大致可以分成两大类:一是对无机磁性粒子表面改性，增加无机磁性粒子与油相单体的亲和力;二是借鉴比较新颖的制备技术，提出更加科学的制备磁性复合微球的新方法。 磁性微球在固定化酶方面的应用相对成熟，但各种不同的固定方法都有自己的不足，如包埋法中高分子凝胶或半透膜的分子尺寸选择性不利于大分子底物与产物的扩散。吸附法中由于离子键、氢键、偶极键及疏水键固定的酶易受反应介质pH、离子强度等的影响而从载体上脱落。交联法与共价结合法因为较激烈的共价反应而使酶活力损失较大。这些不足限制了固定化酶的广泛应用，成为急待解决的主要问题。因此，开发简便、温和、适用的固定化方法，设计合成性能优异且可控的载体，以及应用工艺的优化等研究，使固定化酶研究至今方兴未艾，仍是目前研究热点之一。
