摘 要

多壁碳纳米管（MWCNTs）具有有序的纳米介孔结构和较大的比表面积，其电学、热学性能优越，化学性质稳定，表面结构易进行功能化修饰，已成为一种前景广阔的新型固定化酶载体。离子液体（IL）则具备良好的溶解性、热稳定性和化学稳定性等特点，且可通过调整离子结构改变自身理化性质，设计成适合某种反应或特殊分离需求的离子液体，已普遍应用于催化等领域中。通过表面改性使MWCNTs表面羧化，并进一步引入带有咪唑环侧链的功能化离子液体，以此制备的载体物理吸附Lipozyme CALB L（CALB），能改善酶所处的微环境，增强酶的催化性能，最后初步考察固定化酶的比活力、最适反应温度、最适pH、热稳定性及重复使用性等酶学性质。

关键词: 多壁碳纳米管 功能化离子液体 脂肪酶 酶固定化

Study of functional ionic liquid modified carbon nanotubes in the immobilization of Candida antarctic lipase B

ABSTRACT

Multi walled carbon nanotubes (MWCNTs) are a new kind of efficient enzyme immobilization carrier, due to its ordered mesoporous structure, larger specific surface area, good electrical, thermal properties, outstanding chemical stability and easy surface modification. Ionic liquid (IL) has characteristics of good solubility, thermal stability and chemical stability. IL’s physicochemical properties can be changed by changing the structure of the cation and anion, which can make IL fit the specific reaction or separation. Recently, it has been widely used in catalysis and some other fields. MWCNTs were modified with carboxyl groups firstly, functional ionic liquid with imidazole was then introduced on the surface of MWCNTs. Lipozyme CALB L(CALB) was physically absorbed on the carriers, which can improve the microenvironment of the enzymes and improve its catalytic performance. Some properties of the immobilized enzymes were investigated preliminarily: the specific activities, the optimum reaction temperatures and pH, thermal stability and reusability.

Key Words: Multi walled carbon nanotubes; Functional ionic liquid; Lipase; Enzyme immobilization

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 酶的特性概述及应用 1

1.1.1 酶的应用及现状 1

1.1.2 固定化酶的概述 1

1.2 MWCNTs的特性概述及应用 2

1.2.1 固定化酶载体的分类 2

1.2.2 多壁碳管固定化酶 2

1.3 IL的特性概述及应用 4

1.3.1 IL的性质与结构简介 4

1.3.2 IL对酶固定化的应用 4

1.4 研究目的和意义 5

第二章 材料与方法 6

2.1 材料与设备 6

2.1.1 材料 6

2.1.2 设备 6

2.2 实验步骤 7

2.2.1 载体的制备 7

2.2.3 固定化酶的制备 9

2.2.4 CALB的固定化效率的测定 9

2.2.5 固定化酶酶活的测定 10

2.2.6 最适反应温度和最适pH的测定 11

2.2.7 固定化酶稳定性的测定 11

第三章 结果与讨论 12

3.1载体的表征 12

3.1.1 傅里叶变换红外光谱 12

3.1.2 元素分析 12

3.1.3 热重分析 13

3.2 固定化酶的性质测定 13

3.2.1 CALB的固定化效率和酶活 13

3.2.2 固定化酶的最适温度及最适pH 14

3.2.3 固定化酶的稳定性 16

3.3 总结 17

3.4 展望 18

参考文献 20

致谢 23

第一章 文献综述

1.1 酶的特性概述及应用

1.1.1 酶的应用及现状

酶是一类具有催化活性的生物大分子，主要为一些大分子蛋白，或是多肽和RNA等，能提高催化效率，具有专一性高、反应条件温和等优点，广泛应用于生物、医药、食品和化工等行业，从绿色化工角度来看，在催化许多产物复杂或条件苛刻的化学反应时，酶因为上述特点，往往被认为是理想的催化剂^[1]。酶可分为六大类，脂肪酶就是其中一类，它在生物催化的工业应用和实验室研究中占比（30%左右）极重，脂肪酶的活性中心是由三种氨基酸残基组成的，其中最重要的一个氨基酸残基是丝氨酸（Ser），所以脂肪酶属于“丝氨酸水解酶”，在微生物以及动植物组织中都有存在；同时它们不仅能使三酰甘油酯或其它油脂发生水解、醇解反应，而且能够催化水解反应的逆反应--酯化反应，又称为三酰甘油酰基水解酶。脂肪酶立体选择性好，催化的反应副产物少，在工业生产应用中的研究日益增多，成为被重点研究的生物催化剂之一^[2]。由于上述优点，脂肪酶在医药行业成为研发手性药物及其前体物质的重要生物催化剂^[3]。如辛嘉英等人研究发现利用Candida rugosa脂肪酶不对称水解催化萘普生甲酯，可获得光学纯度e.e.gt;98%的非甾体抗炎药S-萘普生^[4]。本文以Lipozyme CALB L脂肪酶为研究对象，其具有立体选择性高、稳定性好、反应条件温和、不需辅酶等良好的催化性能，能够高效地催化水解、醇解、C-C键合成、酯化、转酯化等反应，在很多领域都有广泛的用途，应用前景十分广阔。在催化行业中，通过游离的酶催化的反应占很大的比重，然而由于游离酶存在稳定性较低、回收过程复杂、易混入杂质等缺点，一旦运用到工业催化领域，其局限性就会愈加明显，难以实现良好的经济价值与社会效益^[5]。

1.1.2 固定化酶的概述