摘要
生物材料对蛋白质的固化是现代生物工程领域的前沿学科，蛋白质固定化有利于保护蛋白质的天然构象和催化活性。固定化蛋白质可广泛应用于生物医学、医疗诊断和环境科学等领域。然而，固定化蛋白质仍有许多亟待解决的难题，如选择适宜人类体征的载体材料、材料的孔径、孔道适应性以及蛋白质催化的连续性。本文旨在通过研究控制介孔材料的孔径和表面官能团，将蛋白质固载在介孔材料的分子筛孔道中，从而得到具有较高稳定性和催化活性的主-客体纳米复合材料，使其成为固载蛋白质的优良载体，并为构筑高效纳米生物反应器奠定基础。 本文采用水热法成功合成出了泡沫状介孔分子筛(mesocellular foam silica,MCFs)，它具有长程有序的六方相结构，泡沫状中三维介孔囊泡是其最典型的特征之一。以MCFs分子筛为主体，将卵清白蛋白成功地组装到介孔分子筛MCFs中，组装进的卵清白蛋白的量为71.08mg/g。粉末XRD与傅立叶变换红外光谱证明当卵清白蛋白固载于主体材料MCFs中时，主体材料的骨架完整，主体材料的结构并未受到所用蛋白质固载方法的明显影响，卵清白蛋白的构象未被破坏，蛋白质未变性。扫描电镜、透射电镜结果显示，卵清白蛋白处于分子筛的孔道内，且复合材料稳定性良好。MCFs的平均粒子直径为2200±50nm，MCFs-卵清白蛋白主-客体复合材料的平均粒子直径为2250±50nm。差热结果说明主-客体复合材料具有很好的热稳定性。荧光光谱研究表明，它的结构和构象没有被改变，所制备的主-客体复合材料呈现出一定发光现象。卵清白蛋白在MCFs分子筛上的吸附，证明了MCFs分子筛的三维多孔结构对卵清白蛋白有良好的固载能力。 将牛血红蛋白(Hemoglobin,Hb)成功地固载到介孔分子筛MCFs中，固载进的血红蛋白的量为50.27mg/g。通过对MCFs对血红蛋白的吸附条件进行优化，获得了最佳吸附条件，其中最佳吸附物（牛血红蛋白）/吸附剂（MCFs）(质量比，m/m)为3/50。通过一系列表征方法，可以证明MCFs的纳米孔道内已经成功组装进了血红蛋白。讨论了甲基改性对介孔MCFs分子筛孔径和孔径分布的影响。扫描电镜结果显示，MCFs-Hb的平均直径为2212±50nm，(CH3-MCFs)-Hb的平均直径为2219±50nm。MCFs/(CH3-MCFs)对血红蛋白的吸附过程符合准二阶动力学模型。MCFs/(CH3-MCFs)吸附血红蛋白的过程属于放热反应，并且属于自发反应过程。由于甲基化改性的MCFs具有极高的比表面积，可有效改善表面官能团与蛋白质之间的作用力，又由于改性后的分子筛表面电荷与蛋白质的等电点(pI)接近，从而使被吸附蛋白之间的排斥性静电相互作用最小化。因此，经过甲基化改性的MCFs吸附过后，血红蛋白的活性提升了50%左右。复合材料MCFs-Hb/(CH3-MCFs)-Hb在0.1mol/L NaOH溶液解吸附过程中，5h达到平衡，解吸附率分别为72.58%和69.67%。重复利用活性实验结果表明，甲基化后的介孔材料(CH3-MCFs)-Hb重复使用次数高于MCFs-Hb，说明MCFs甲基化后，减少了酶在主体材料中的“泄漏(leakage)”。发光光谱证明了所制备的复合材料有一定的发光特性。
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