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青霉素G酰化酶(Penicillin G acylase,E.C.3.5.1.11,后文简称PGA)能催化水解青霉素G钾盐(PG)使之转化成6-氨基青霉烷酸(6-aminopenicillanic acid,6-APA)这种用于制备β-内酰胺类抗生素的中间体,也可催化6-APA和7-ADCA(7-Amino-3-desacetoxy-cephalosporanic acid,7-氨基脱乙酰头孢烷酸)生成新的 β-内酰胺类抗生素,但其对热、有机溶剂和酸/碱的不稳定性是影响游离PGA应用的主要因素。此外,游离PGA还有难以与产物分离的缺陷。上述问题已经成为PGA在β-内酰胺类抗生素产业化生产中的一大瓶颈,亟待采取相应措施使其得以有效减缓和解决。固定化手段已被证明可以有效增加PGA的稳定性和可回收性,但固定化后酶活力有所下降,另外,由于受固定化载体结构的限制,固定化PGA的负载量、响应速率和回收率之间存在trade-off效应。因此,从源头进行载体设计,设计合成一种能有效提高固定化PGA的酶活力、负载量和响应速率,且便于回收的载体是非常有必要的。大量研究结果表明,复合载体通过结合无机载体和有机载体的优势,使固定化酶表现出较高催化活性,同时,使固定化PGA的回收率和操作稳定性均得到明显提高。但是,相关报道的酶活力损失仍然较大,而且关于载体负载量、响应速率和回收率之间的矛盾仍未得到有效解决。本论文结合现有研究进展,采用graft-from技术,通过可逆加成断裂链转移自由基聚合(reversible addition fragmentation chain transfer polymerization,RAFT)方法将具有磁敏感性强、比表面积大、毒性小、制备简单等优点的磁性四氧化三铁(ferroferric oxide,Fe3O4)纳米颗粒与温敏性嵌段共聚物进行复合,成功合成了新型复合载体,并进行了 PGA的固定化研究,结果表明,本论文设计合成的新型载体用于PGA的固定化时,具有负载量大、响应速度快、PGA活力高、易回收和重复使用性好等优点。主要研究内容总结如下:(1)采用反相微乳液法制得粒径约为10 nm的Fe3O4纳米颗粒;之后,以接枝率(Grafting ratio,Gr)为指标,利用硅烷偶联剂 KH-570(3-(Trimethoxysilyl)propyl methacrylate)对磁性纳米颗粒进行表面改性,通过对体系进行创新性的预处理后,采用硅钼蓝显色法系统地考察了改性条件,如KH-570浓度、水醇比、改性温度、时间和pH值等对Gr的影响,确定最佳条件:C(KH-570)=16.0000 g/L,V 水/乙醇=5%,T=25℃,t=2.5 h,pH=6。在该最佳条件下,KH-570在Fe3O4纳米颗粒表面的Gr达到178.15%,并通过FTIR、TEM和ICP等手段对改性前后的纳米颗粒进行了相关表征。(2)以1,4-二氧六环为溶剂,以接枝率(Grafting ratio,G)为指标,用RAFT试剂(三硫代十二烷酸-2-氰基异丙酯,CPDTC)对改性纳米颗粒进行RAFT试剂化研究。确定最佳试剂化条件:T=65℃,t=14 h,n(KH-570):n(cPDTc)=1:2。在该最佳条件下,RAFT试剂在改性Fe3O4纳米颗粒表面的G达到79.34%,为成功制备新型磁性温敏性复合载体奠定了基础。之后,采用FTIR、TEM、XRD、VSM对RAFT试剂化前后的纳米颗粒进行相关表征。(3)采用RAFT聚合方法在改性纳米颗粒表面接枝温敏性单体N,N二乙基丙烯酰胺(DEA)制备具有一定分子量的、具有活性端基的磁性纳米Fe3O4复合温敏性聚合物PDEA,之后再接枝单体甲基丙烯酸β-羟乙酯(HEMA),构建适宜PGA发挥催化活性的载体微环境,并提供能够与酶共价结合的固定化靶点单体甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA),并利用甲基丙烯酸甲酯(MMA)调整靶点间距,合成了一系列不同单体喂料比例下的新型磁性温敏性复合载体,并采用FTIR、TEM、XRD、VSM对系列复合载体进行了相关表征。(4)利用合成的系列复合载体固定PGA,通过考察固定化靶点单体的比例以及固定化工艺条件对EA、EAR和ELC的影响,得到结果:当t=28h,C(%)=2.0%,T=28℃,pH=8时,固定化PGA的酶活(Enzyme activity,EA)达到32927 U/g,酶活回收率(Enzyme activity recovery,EAR)达到 93.48%,酶负载量(Enzyme loading capacity,ELC)为136.42 mg/g,且固定化PGA在重复使用12次后,酶活保留率为85.0%,固定化PGA的回收率为96.22%。