离子液体再生纤维素固定化酶的“一步法”制备、表征与应用

针对纺织工业存在的羊毛纤维酶法剥鳞片修饰中游离酶反应不可控问题，提出离子液体再生纤维素固定化酶"一步法"制备方法，以解决难以阻止游离酶渗入侵蚀羊毛主体纤维蛋白及高固载率固定化酶不易制备的难题。研究中，构建离子液体定量结构-性质关系，进而设计纤维素良溶解性与不致酶失活兼具的离子液体，分析其结构形成机理，结合动态光散射测定酶在离子液体中介微观结构参数，剖析酶活变化机理；将纤维素与酶同时溶于上述离子液体中，经"一步法"制备再生纤维素固定化酶，为相关生物工程领域提供一种新颖、简便、高效、实用的固定化酶方法；综合运用热分析、X射线光电子能谱、激光粒度分析、扫描电镜等多种先进的测试方法对纤维素载体与固定化酶结构形貌进行多尺度表征；对羊毛纤维进行固定化酶剥鳞片修饰与结构性能测试，为生物载体固定化酶技术的研究与应用提供理论依据与实践经验。上述研究还可用于药物缓控释载体及其他生物相容性功能材料的设计与开发。

本项目利用离子液体对纤维素的溶解性质，制备得到了再生纤维素固定化木瓜蛋白酶材料，旨在解决纺织工业中酶法剥除羊毛纤维表面鳞片结构时，游离酶浸入并破坏羊毛主体纤维蛋白的难题。考察了不同纤维素种类、不同载体形状、不同改性方法条件下，离子液体再生纤维素固定化酶的结构与性质；分析了不同结构离子液体对纤维素溶解性能及固定化酶效果的影响；采用两步法与一步法制备固定化酶，并对工艺进行了系统优化；利用再生纤维素固定化酶对羊毛纤维进行剥鳞片处理及结构表征，得到了良好的效果。本项目将离子液体再生纤维素固定化酶的制备、表征及应用有机结合，旨在以科学理论知识解决实际问题，为功能性生物材料的制备与开发提供有益依据，具体研究内容如下：.1.考察了离子液体溶解再生前后，微晶纤维素与滤纸的结构及形貌变化，溶解再生后纤维素中氢键被显著减弱，结晶度下降，由排列紧密的纤维素I型转变为无定形态的纤维素II型；纤维素原本致密规整的结构被破坏，为酶的固定化提供了基础条件。.2.提出了高碘酸钠及硅烷改性两种固定化酶方法，将不同种类纤维素经离子液体溶解再生后得到不同形态（薄膜、微球及粉末）载体，并对其进行酶的固定化。通过FTIR，XRD，TGA，DSC，SEM及AFM对固定化酶材料进行了结构表征，说明木瓜蛋白酶被成功固定在再生纤维素载体之上，且具有较高的活性及良好的稳定性，应用效果理想。由于膜材料优良的物理化学性能、良好的可控性及易操作性，将再生纤维素薄膜作为载体的主要形式进行木瓜蛋白酶的固定化研究。.3.得到了离子液体所带基团结构对纤维素溶解程度的影响规律，提出了阴阳离子持有电子及给出电子能力是影响纤维素溶解性能的主要因素。考察了不同条件下纤维素/离子液体溶液体系流变学性质，对其剪切变稀、触变性、动态模量等特征信息参数进行深入分析与探讨。.4.采用了将酶固定于预先制备的再生纤维素载体“两步法”及将酶与纤维素同时溶于离子液体而后“一步法”再生固定化两种方法，并对实验工艺进行了系统优化，得到了活力理想的固定化酶。.5.将不同方法制备得到的再生纤维素固定化酶用于羊毛纤维表面剥鳞片处理，达到良好的效果，鳞片结构被剥除显著，且不会造成羊毛内部主体蛋白的损伤。