纤维素基抗菌载体的制备及其在多酶固定化中的应用研究

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随着社会的不断发展,细菌感染问题层出不穷,严重威胁人类的生命健康与安全,人们对功能良好的抗菌材料的需求不断提高,因此,研究新型有效的绿色抗菌材料逐渐成为热点。微晶纤维素(Microcrystalline cellulose,MCC)因具有比表面积大、生物相容性好、化学稳定性好、环境适应能力强以及可降解等特点而被广泛应用于制备复合材料。纳米二氧化钛(nano-TiO2)作为一种新型的无机抗菌剂,具有较强的光催化性能和抗菌性能,广泛应用于抗菌领域。但其具有易团聚、抗菌稳定性较弱等缺点。鉴于此,本文以天然抗菌剂壳聚糖(Chitosan,CS)为成膜材料,将MCC和nano-TiO2共混制备纤维素基抗菌载体并用于多酶固定化具有良好的的应用前景和重要的社会意义。首先利用植物提取物生物合成nano-TiO2,并对其产率、形貌、晶相、光降解效率以及抗菌性能进行研究。在各种植物提取物中,桑叶提取物合成nano-TiO2的产率最高,桑叶各组分中黄酮合成nano-TiO2的产率最高。生物合成的nano-TiO2(BT)、化学合成的nano-TiO2(CT)均为准球形纳米颗粒。两种方法合成的nano-TiO2均属于锐钛矿相,抗菌活性较高,但无明显区别,其对S.aureus的抗菌活性比E.coli强。CT、BT在UV照射下抗菌活性比其在其他光照环境中高。其次采用溶液共混流延法制备MCC/CS/nano-TiO2并对不同nano-TiO2掺杂浓度的载体的物理性能和抗菌性能进行考察。当nano-TiO2掺杂浓度为2.0 mg/m L时载体具有较好的热稳定性和机械性能,以及较弱的吸水性能。此时载体对E.coli和S.aureus的抗菌效果优于nano-TiO2单体,抗菌率分别达到95.6%、98.2%,且具有较好的抗菌稳定性。最后探究MCC/CS/nano-TiO2载体在固定化多酶中的应用,将其作为固定羰基还原酶(Carbonyl reductase,CR)/辅酶(NADPH)的载体,计算得出固定化酶活为2.21 U,固载量为145.6 mg/g,固定化效率为91%。此外,固定化酶具有较好的温度、p H、贮藏稳定性以及重复使用性。动力学研究表明固定化酶的kcat、kcat/Km略低于游离酶,其催化还原苯甲醛的速率与游离酶接近,优于其他固定化酶载体。
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