贻贝壳制备羟基磷灰石及其应用研究

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贻贝壳具有着独特的生物进化微结构,是制备羟基磷灰石的优异的原料。本课题为了提高废弃贝壳的综合利用价值,以贻贝壳为原料制备羟基磷灰石,研究了高纯度羟基磷灰石的制备条件和形貌结构;与壳聚糖复合制备羟基磷灰石/壳聚糖水凝胶,研究了复合水凝胶的制备条件、羟基磷灰石对水凝胶理化性能和抑菌性的影响;以羟基磷灰石/壳聚糖凝胶微球为载体固定化中性蛋白酶,研究了固定化酶制备条件、催化活性和稳定性,为贝壳开发利用提供新途径。(1)贻贝壳制备羟基磷灰石条件优化及结构表征:通过热处理贻贝壳获得生物质碳酸钙原料,与磷酸氢二氨反应制备羟基磷灰石。研究了贝壳粉粒度、料液浓度、反应温度、反应时间和反应初始p H对产物中羟基磷灰石含量的影响,在单因素试验的基础上进行响应面优化试验。研究结果表明:反应温度对羟基磷灰石含量的影响较大,料液浓度次之,反应时间影响较小。最佳工艺条件为贝壳粉600目、料液浓度0.06 g/m L、反应时间7 h、反应温度94℃、反应初始p H 9.5,所制得羟基磷灰石含量达到98.21%,微观形貌为纳米片状富集的球形结构。(2)羟基磷灰石/壳聚糖水凝胶的制备及性质研究:以壳聚糖为单体,羟基磷灰石为无机添加剂,戊二醛为交联剂制备复合水凝胶材料,研究了壳聚糖浓度、戊二醛添加量和羟基磷灰石添加量对凝胶材料成胶时间和性能的影响,并考察了复合水凝胶材料的抑菌性能。研究结果表明:壳聚糖浓度低于0.75%时不能成胶;浓度在1%~2%之间时,随浓度的增大,成胶时间缩短;浓度超过2%时,成胶时间太短可操作性差。戊二醛浓度在5%~30%之间时,成胶时间随戊二醛的量增加而减少。羟基磷灰石添加量在1%时,成胶时间最短。在可操作范围内,水凝胶的硬度随壳聚糖浓度的增加而增加,溶胀度反之。戊二醛的用量影响凝胶的交联度,随戊二醛用量增加水凝胶的硬度增大,吸水溶胀度减小。羟基磷灰石的加入量在0.5%~1.0%之间时,随羟基磷灰石的量的提高,凝胶的硬度增大,凝胶的溶胀度降低;而在1.0%~2.0%之间时,羟基磷灰石反而降低了凝胶的硬度提高了溶胀度。在抑菌性能上,1%羟基磷灰石添加量的凝胶材料抑菌率提高了1.5%,2%羟基磷灰石添加量的凝胶材料抑菌率提高了3.5%,羟基磷灰石具有良好的生物相容性和吸附性能,对生物材料有一定的富集作用,羟基磷灰石的加入,提高了壳聚糖抑菌过程中的传质效率,从而提高了抑菌效果。(3)羟基磷灰石/壳聚糖凝胶微球制备及酶固定化研究:制备了羟基磷灰石/壳聚糖凝胶微球作为固定化酶载体,并对比不同固定化顺序对酶活性的影响,研究了羟基磷灰石/壳聚糖凝胶微球固定化酶的负载效率、酶催化活性和稳定性。研究结果表明:凝胶微球球形度与乙醇-氢氧化钠溶液浓度成正比,20%浓度时可以迅速形成较为完整的凝胶微球。在固定化顺序上,先制备好羟基磷灰石/壳聚糖凝胶微球后与酶作用的效果更佳,催化活性得以保留。在负载效率方面羟基磷灰石/壳聚糖水凝胶对酶饱和负载容量达到363.379 mg/g,负载率为81.04%。在稳定性方面凝胶微球固定化酶最适温度50℃略高于游离酶的45℃,最适p H没有改变,但在酶活方面均高于游离酶,机械性能上在24 d的柱试验和机械搅拌试验的完整度分别为90%和75%,重复使用五次以后,酶活力剩余76.72%,表明该固定化酶的稳定性较好。该论文有图29幅,表11个,参考文献110篇。
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