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含糖聚合物纳米纤维膜的制备及其在酶固定化中的应用
作 者: 李艳
导 师: 朱利民
学 校: 东华大学
专 业: 应用化学
关键词: 含糖聚合物 静电纺丝 生物相容性 酶固定化 多壁碳纳米管
分类号: TB383.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
含糖聚合物(glyco polymer)是指将糖组分通过不同的化学反应途径引入到聚合物分子链中形成的功能高分子。由于糖基可以改善聚合物的亲水性、生物相容性及生物降解性,从而制备出在生物、医药等诸多方面具有各种特殊用途的功能材料,含糖聚合物的合成研究引起各国学者的重视。前期研究结果表明,通过共聚、共混的方法将含糖单体引入到聚丙烯腈超滤膜中,能够显著地提高聚丙烯腈膜的内在亲水性和生物相容性,从而延伸其在生物医学领域的应用前景。本论文选择葡萄糖为模型,发展了一种简单便捷的制备含糖聚合物纳米纤维膜方法。实验首先应用水相沉淀聚合制备了含糖均聚物Poly-OVSEG和含糖共聚物Poly(AN-co-OVAG),通过各种表征手段确认其结构,并应用静电纺丝手段将相关聚合物制备成复合纳米纤维膜。研究了含糖纳米纤维膜形态结构;通过亲水性测试、BSA吸附、巨噬细胞黏附等实验检测纳米纤维膜的生物相容性;在此基础上,系统考察了含糖纳米纤维膜酶的固定化的行为。研究主要内容包括以下几个方面:(1)含糖聚合物的制备通过化学合成法和酶促合成法分别合成了可聚合的葡萄糖单体,并利用水相沉淀聚合法制备了共聚物Poly (AN-co-OVAG)和均聚物Poly-OVSEG.研究了引发剂浓度、单体浓度、反应温度、反应时间等因素对聚合反应的影响,并对聚合反应条件进行了优化。产物经红外光谱(FT-IR)和核磁共振(1H NMR,13CNMR)表征手段及乌是粘度计法,确认其结构和分子量。(2)纳米纤维膜的制备应用静电纺丝的方法,将PAN/Poly-OVSEG、Poly (AN-co-OVAG)、Poly(AN-co-OVAG)/MWCNTs、制备成纤维膜。通过纺丝条件的优化,SEM结果表明纤维直径处于100~500m级别。(3)生物相容性检测应用接触角测试、吸水性测试、蛋白质吸附、巨噬细胞粘附等实验证实含糖聚合的引入使丙烯腈共聚物(AN-co-Polymer)膜的亲水性及生物相容性得到提高。实验研究表明:随着葡萄糖乙烯酯含量的增加膜材料的接触角从PAN纳米纤维膜的65.5°降到42°(葡萄糖乙烯酯的含量达到30.0%);吸水能力由2.3 mg/g提高到到3.10 mg/g;BSA吸附性能时,BSA吸附量由原来的0.31 g/m2降到0.1g/m2;而且巨噬细胞黏附量也大量的减少。通过以上实验证明了丙烯腈共聚物(AN-co-Polymer)的生物相容性在一定程度上得到改善。(4)酶的固定化研究以羟基为活性位点进行酶固定化的过程与羧基类似,同样是与酶分子上的氨基偶联,达到共价固定的目的。以环氧氯丙烷为偶联剂,将过氧化氢酶固定到PAN/Poly-OVSEG、Poly (AN-co-OVAG)/MWCNTs、Poly (AN-co-OVAG)纳米纤维膜上。研究了载酶量以及活性、固定化酶的稳定性等并与游离酶做对比。碳纳米管具有良好的导电性,作为电子转移介质能有效促进电子转移。将多壁碳纳米管(MWCNT)与Poly (AN-co-OVAG)共混电纺,得到的复合纳米纤维膜过氧化氢酶等氧化还原酶良好的载体。通过实验研究表明,固定化酶的稳定性明显高于游离酶。
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全文目录
摘要 6-8 ABSTRACT 8-14 第一章 前言 14-35 1.1 糖基化膜的制备与应用 14-18 1.1.1 糖的功能 14-15 1.1.2 糖基化膜的制备 15-16 1.1.3 糖基化膜的性质 16-18 1.1.4 糖基化膜的应用 18 1.2 静电纺丝 18-24 1.2.1 静电纺丝概述 18-19 1.2.2 静电纺丝装置 19-20 1.2.3 静电纺丝的主要工艺参数 20-22 1.2.4 电纺纤维膜的应用 22-24 1.3 酶的固定化技术 24-30 1.3.1 载体结构的影响 24-25 1.3.2 酶固定化方法的影响 25-30 1.4 过氧化氢酶简介 30-32 1.4.1 过氧化氢酶的结构特点和功能 30-31 1.4.2 过氧化氢酶的研究现状 31-32 1.5 研究目的和内容 32-33 1.6 本论文研究创新点 33-35 第二章 实验部分 35-50 2.1 实验试剂 35 2.2 实验仪器 35 2.3 二酸二乙烯酯合成 35-38 2.4 酶促合成OVAG、OVSEG 38 2.5 含糖聚合物的合成 38-42 2.5.1 Poly(AN-co-OVAG)合成 38-39 2.5.2 Poly-OVSEG的合成 39-40 2.5.3 特性粘数的测定 40-41 2.5.4 傅里叶红外光谱仪(FT-IR)分析 41 2.5.5 ~1H NMR核磁分析 41 2.5.6 元素分析 41-42 2.6 含糖纳米纤维膜的制备 42 2.6.1 纺丝液配置 42 2.6.2 静电纺丝方法 42 2.7 酶固定化的研究 42-48 2.7.1 酶固定 42-43 2.7.2 BSA标准曲线的测定 43-44 2.7.3 酶固定量计算 44-45 2.7.4 酶活性测定 45-46 2.7.5 过氧化氢酶稳定性测定 46-48 2.8 表面生物相容性评价 48-50 2.8.1 接触角测试 48 2.8.2 蛋白质吸附 48-49 2.8.3 巨噬细胞粘附 49-50 第三章 含糖聚合物的制备及表征 50-65 3.1 引言 50 3.2 含糖聚合物的制备 50-52 3.2.1 含糖均聚物Poly-OVSEG的制备 50-51 3.2.2 含糖共聚物Poly(AN-co-OVAG)的制备 51-52 3.3 引发剂对聚合反应的影响 52-56 3.3.1 引发剂浓度的影响 52-53 3.3.2 单体浓度的影响 53-54 3.3.3 反应温度的影响 54-55 3.3.4 反应时间的影响 55-56 3.4 含糖聚合物的表征 56-58 3.4.1 OVSEG 56-57 3.4.2 OVAG 57 3.4.3 均聚物Poly-OVSEG 57 3.4.4 共聚物Poly(AN-co-OVAG) 57-58 3.5 含糖聚合物的分析 58-63 3.5.1 含糖均聚物Poly-OVSEG 58-61 3.5.2 含糖共聚物Poly(AN-co-OVAG) 61-63 3.6 小结 63-65 第四章 含糖纳米纤维膜的制备及性质研究 65-81 4.1 引言 65-66 4.2 含糖均聚物Poly-OVSEG复合纤维膜的制备 66-68 4.2.1 纺丝溶液浓度对纺丝结果的影响 66-67 4.2.2 Poly-OVSEG含量对纺丝结果的影响 67-68 4.2.3 复合纤维膜红外分析 68 4.3 含糖共聚物Poly(AN-co-OVAG)纳米纤维膜的制备 68-72 4.3.1 纺丝液的制备 68-69 4.3.2 纺丝溶液浓度对纺丝结果的影响 69 4.3.3 OVAG含量对纺丝结果的影响 69-72 4.4 Poly(AN-co-OVAG)/MWCNTs复合纤维膜的制备 72-73 4.4.1 多壁碳纳米管的纯化及表面修饰 72-73 4.4.2 复合纤维膜的制备 73 4.5 含糖均聚物Poly-OVSEG复合纤维膜的性质 73-74 4.6 含糖共聚物Poly(AN-co-OVAG)纳米纤维膜的性质 74-80 4.6.1 亲水性测试 74-76 4.6.2 BSA吸附 76-78 4.6.3 巨噬细胞黏附 78-80 4.7 小结 80-81 第五章 含糖纳米纤维膜在酶固定化中的应用 81-102 5.1 引言 81-82 5.2 蛋白质浓度及活性的测定 82-84 5.2.1 蛋白浓度的测定 82-83 5.2.2 过氧化氢酶活性的测定 83-84 5.3 PAN/Poly-OVSEG复合纤维膜在酶固定化中的应用 84-88 5.3.1 载酶量及固定化酶的活性 84-85 5.3.2 pH稳定性 85-86 5.3.3 温度稳定性 86 5.3.4 热稳定性 86-87 5.3.5 储存稳定性 87-88 5.4 Poly(AN-co-OVAG)纳米纤维膜在酶固定化中的应用 88-93 5.4.1 过氧化氢酶固定化时间的影响 88-89 5.4.2 固定化过氧化氢酶的反应动力学参数 89-91 5.4.3 操作稳定性 91 5.4.4 热稳定性 91-92 5.4.5 储存稳定性 92-93 5.5 Poly(AN-co-OVAG)/MWCNTs复合纤维膜及其在酶固定化中的应用 93-100 5.5.1 固定化酶活性及载酶量和动力学参数 93-96 5.5.2 热稳定性 96-97 5.5.3 反应的最适温度 97-98 5.5.4 反应pH敏感性 98 5.5.5 储存稳定性 98-100 5.6 小结 100-102 第六章 总结与展望 102-107 参考文献 107-115 硕士期间发表的论文和专利 115-116 致谢 116
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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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