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摘 要

酶催化法在制药、燃料生产和食品加工等化工领域有巨大的应用潜力，然而，酶工程由于其操作稳定性比较低，且难以重复使用的原因而受到严重阻碍。固定化酶是一种很好的解决方法，酶与载体的材质有着密不可分的关系，介孔氧化硅材料SBA-15可作为固定化酶的理想载体。

本文主要介绍了介孔氧化硅材料的发展状况和以及对酶活性调节的探究历程。在此，我们开发了一种介孔氧化硅材料SBA-15对酶的活性进行调节的光响应材料，并合理设计了用于对于酶活性的调节，重点对酶活性调节有进一步的提升。首先，通过偶氮苯的衍生物合成出光响应的前驱体，合成了具有光响应性质的介孔氧化硅材料AZO/SBA-15；其次，通过将细胞色素C酶固定在介孔氧化硅载体AZO/SBA-15上，（即 Cyt C/AZO/SBA-15）。最终通过各种实验验证这种材料在紫外灯照射下对酶的活性起到抑制的作用。

关键词:光响应 固定化酶 偶氮苯衍生物 介孔氧化硅

Based on the regulation of enzyme activity of azobenzene derivatives

ABSTRACT

Enzyme catalysis has great application potential in pharmaceutical, fuel production, food processing and other chemical fields. However, enzyme engineering is seriously hindered due to its low operational stability and difficult to reuse. Immobilized enzyme is a good solution. Enzyme is closely related to the material of carrier. Mesoporous silica SBA-15 can be used as an ideal carrier of immobilized enzyme.

In this paper, the development of mesoporous silica and the regulation of enzyme activity were introduced. In this paper, we developed a kind of mesoporous silica material SBA-15 to regulate the activity of enzyme, and designed it reasonably for the regulation of enzyme activity, focusing on the further improvement of enzyme activity regulation. Firstly, azobenzene derivatives were used to synthesize photoresponsive precursors, and azo / SBA-15 was synthesized. Secondly, cytochrome c enzyme was immobilized on azo / SBA-15 (Cyt C / AZO / SBA-15). Finally, various experiments were carried out to verify that this material can inhibit the activity of enzyme under UV irradiation.

Key Words: photoresponse; immobilized enzyme; azobenzene; mesoporous silica

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 介绍 1

1.1.1 介孔氧化硅的研究进展 1

1.1.2 酶活性的调节方法 2

1.1.3 设计酶活性调节系统的因素 4

1.1.4 智能光响应材料的研究进展 4

1.1.5 本文的研究意义和内容 5

第二章 实验研究 7

2.1 引言 7

2.2 实验材料部分 7

2.2.1 实验原料及所用试剂 7

2.3 样品制备 8

2.3.1 光响应前驱体TSUV 8

2.3.2 载体AZO/SBA-15 8

2.3.3 试剂配制 9

2.3.4 细胞色素C的固定化 9

2.3.5 细胞色素C的活性测试 9

第三章 样品测试与分析 11

3.1 X射线衍射 11

3.2 比表面积和孔结构分析 11

3.3 核磁共振 11

3.4 标准曲线的测定 11

3.5 结果与讨论 12

3.5.1 光响应前驱体TSUV的表征 12

3.5.2 AZO/SBA-15 XRD分析 13

3.5.3 N₂吸附/脱附和孔径分布分析 14

3.5.4 样品的光线测试 15

第四章 结论与展望 17

4.1 结论 17

4.2 展望 17

参考文献 18

致 谢 23

第一章 文献综述

1.1 介绍

1.1.1 介孔氧化硅的研究进展

介孔氧化硅相比于传统沸石筛具有比较大的比表面积、非常明确孔道结构、无毒性、可调控的孔径的优势，使其在介孔科研学者的这方面相关的研究的方向备受欢迎，并且可以用于众多领域的研究，开拓了分子筛的范围，创造出新的里程碑。在上世纪90年代末期，由美国埃克森美孚公司的研究人员以阳离子活性剂为模板成功制备出了一种新型分子筛—介孔氧化硅，埃克森美孚把它们命名为M41S介孔材料，其中包括三个成员：二维六方结构的MCM-41（p6mm）、双连续立方结构的MCM-48（la3d）和层状结构的MCM-50^[1]。为了解释合成的机理，研究者们提出了两种可能的机理：液晶模板机理和协同作用机理^[2]。直到现在，主要应用的合成介孔氧化硅材料的方法有文献所述的^[3]。本文中主要应用溶胶-凝胶法。

在1992年，首次报道发现了属于M41家族的介孔材料^[1,2]。其中，有两种材料被强调，通过在基本介质途径中制备得到的MCM-41，通过在酸性介质中制备得到的SBA-15。

SBA系列(Santa Barbara Amorphous)这种介孔氧化硅，最早由D.Zhao等人在1998年在美国在酸性介质中合成得到的^[4]，包括SBA-1、SBA-2、SBA-3、SBA-7、SBA-11、SBA-12、SBA-14、SBA-15、SBA-16等。发现SBA-15这种材料其具有相同的六边形的孔道，由于其大的表面积、明确的孔结构、惰性骨架、无毒性、高生物相容性^[5]以及热稳定性和水热稳定性^[6]的特点，使其可用于催化^[7]、吸附^[8-10]、化学传感^[11]、固定化^[12]、药物传递系统^[13,14] 等领域的研究，以及可以通过色谱技术如高效液相色谱（HPLC）进行分离^[15–16]使其具有非常广泛的应用前景。

SBA-15是在三嵌段共聚物表面活性剂普朗尼克P123 (PEO₂₀P PO₇₀PEO₂₀)^[4]存在的酸性介质中合成的，最终所得到的材料具有特别的结构，如图1所示。SBA-15是一种具有平行孔隙和高度有序六边形排列的介孔二氧化硅(见图1)，它具有微孔和中孔结合以及相对厚的硅壁的优点。通过疏水环氧乙烷链在氧化硅壁^[17]上的渗透形成微孔。在这项工作中，SBA-15是由两个不同的路线，溶胶-凝胶和水热合成的，溶胶-凝胶路线的主要优点是可以在温和的温度和压力条件下进行。然而，水解和缩合反应发生所需的时间通常比水热合成所需的时间要长得多。反过来，后一种方法得到的材料的表面积和孔径往往比溶胶-凝胶法得到的材料大。因此，比较这两种方法得到的SBA型材料吸附所研究的生物分子的能力是很有趣的。

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