شماره ركورد
18222
شماره راهنما
CHE3 189
عنوان
بررسي فعاليت كاتاليزگري و پايداري ساختاري آنزيم ليپاز تثبيتشده بر روي نانوصفحات گرافن اكسيد عاملدارشده و اصلاح سطح غشاي بسپاري با اين تركيب
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
شيمي - شيمي فيزيك
دانشكده
شيمي
تاريخ دفاع
شهريورماه 1398
صفحه شمار
169 ص.
استاد راهنما
عبدالخالق بردبار
استاد مشاور
اسماعيل شمس سولاري , امير رزمجو چهارمحالي
كليدواژه فارسي
تثبيت آنزيم , آنزيم ليپاز كانديدا روگوسا , نانوصفحات گرافن اكسيد , نانوصفحات گرافن اكسيد مغناطيسي , واكنشگاه غشايي تركيبي آنزيم
چكيده فارسي
در اين رساله، آنزيم ليپاز كانديدا روگوسا (CRL) روينانوصفحاتگرافن اكسيد (GON) و چهار فرم اصلاحشدهي آن بهصورت جذب سطحي و كووالانسي تثبيت گرديد. در اين راستا،نانوصفحاتگرافن اكسيد به روش اصلاحشدهي هامر سنتز شدند. بهمنظور فعالكردن سطح بستر براي تثبيت كووالانسي،GON توسط واكنشگرهاي مختلفي همچونتيوسولفونات (TS)، گلوترآلدهيد(GLA) وتريكلرو تريآزين (TCT) به دو روش مختلف اصلاح شيميايي شد. سپس تحت شرايطيكسانCRLبر رويGON و چهار تركيب اصلاحشدهي آن كه شامل TS-GON، GLA-APTES-GON،DCT-GONو DCT-APTS-GON بود، تثبيت گرديد. موفقيتآميز بودنهر يك از فرآيندهاي سنتز، اصلاح و تثبيتبا استفاده از روشهاي مختلف همچونFT-IR،XRD، AFM،FE-SEM ،EDS،UV-Visو CHNSتأييدشد. بهمنظور دستيابي به فرآيند تثبيت كارا،مقدار اوليهي آنزيم و زمان تثبيت بهينهگرديدند.مطابق با نتايج بهدستآمده، بيشترين مقدار آنزيم بر رويGONبارگذاري گرديد و بيشترين فعاليت ويژهي آنزيممتعلق بهCRL@DCT-APTS-GONبود. پس از تثبيت آنزيم، باوجود كاهش فعاليت آنزيم، پايداري عملياتي آنزيمبهطورقابلتوجهيافزايشيافت. درحاليكه آنزيم آزاد پس از قرارگرفتن در معرض شوكpH برابر با 10، %20/93 از فعاليتبهينهي خود را از دست داد، در همين شرايط، CRL@DCT-APTS-GONدر مقايسه با نمونههاي تثبيتشدهيديگر بيشترين پايداريرا از خود نشان داد. علاوه بر آن،پس از اعمال شوك حرارتي،پايداريآنزيم تثبيتشدهبر روي تمام بسترها از آنزيم آزاد بيشتر بود.درحاليكهآنزيم آزاد فعاليت خود را در دماي 70 درجهي سانتيگرادبهطور كامل از دست داد، فعاليت باقيمانده CRL@DCT-APTS-GON%85/58فعاليتاوليهاشبود. همچنين،پس از گذشت 50 روز، CRL@DCT-APTS-GON%74/79 درصد از فعاليتاوليهاش را حفظ كرد.پس از پنج بار استفادهيمتوالي، مشخص شد كهCRL@DCT-APTS-GON كمترين كاهش فعاليت را در بين نمونههاي ديگر دارد.
در بخش دوم اين پژوهش، براي جداسازيسريع آنزيم تثبيتشده از مخلوط واكنش و دستيابي به فرآوردهي خالصتر، نانوصفحاتگرافن اكسيد مغناطيسي (MGON) سنتز شدند.ازآنجاكه بهترين نتايج در بخش قبل مربوط به نمونهيDCT-APTS-GON بود،MGON نيز با DCT-APTSاصلاح شيميايي شد و سپس بهعنوان بستر مورداستفاده قرار گرفت. با استفاده از روشهاي مختلف مشخصهيابي، سه فرايند سنتز، اصلاح سطح و تثبيت آنزيم تأييد گرديد. در ادامه،مقدار اوليهي آنزيم CRLو زمان تثبيت بهينه گرديدند. نتايج نشان داد كه اصلاح سطحMGON منجر به كاهش ظرفيت بارگذاريبستر و بازده تثبيتوافزايش پايداريpH، پايداريحرارتي،فعاليت ويژه، بازيابي فعاليت، ماندگاري و قابليتاستفادهي مجدد آنزيمتثبيتشدهگرديد.
در بخش سوم اين پژوهش، بهمنظورتهيهيكواكنشگاه غشايي تركيبي آنزيمي(EHMR)،جداسازي آسان فرآورده از مخلوط واكنش و افزايش بازده واكنش، غشاهاي تركيبي با دو رويكرد مختلف تهيه گرديدند. در رويكرد اول، GON بر روي سطح غشايبسپاري تجاري از طريق فرآيندپوششدهي غوطهوري و گرمابي دماي پايين (LTH) پوشش داده شد.كاهش فعاليت آنزيم تثبيتشده بر روياين غشاهاي تركيبي نسبت به غشاي خالص تجاري و غيرفعال شدن آنزيم تثبيتشده در چرخهي دوم استفادهنشان داد كه اين روش براي تهيهEHMRمناسب نيست.در رويكرد دوم، غشاهاي تركيبياز آميختن درصدهاي مختلف GONبا محلولپلياترسولفون PES)) و از طريق روش وارونگي فاز تهيهو براي تثبيت CRLمورداستفاده قرار گرفت.تركيب شيميايي، ريختشناسي سطح و عملكرد غشاي تركيبي و EHMR از طريق روشهاي مختلف همچونATR-FTIR، XRD، AFM، اندازهگيري زاويهي تماس، انرژي آزاد سطح، شار عبوري آب خالصو شار عبوريp-NPبررسي شدند.براي دستيابي بهواكنشگاه غشايي تركيبي آنزيمي كارا،درصد GON در غشاي تركيبي، مقدار اوليهي آنزيم، زمانتثبيت و شرايط نگهداري EHMRبهينه گرديدند. بررسيقابليت استفادهي مجدد،ماندگاري و پايداريpH و پايداري حرارتيEHMRنشان داد كه غشاي تركيبي ميتواند بستر مناسبي براي تثبيت آنزيم باشد. درنهايت، توانايي جداسازيp-NPبهعنوانفرآورده از مخلوط واكنشآبكافتp-NPPموردبررسي قرار گرفت و ميزان پسزنيp-NP،سوبسترا و آنزيم توسط واكنشگاه غشايي تركيبي آنزيم به ترتيب %75/28، 100% و 100% اندازهگيري گرديد.
تاريخ نمايه سازي
1398/09/17
نام نمايه ساز
هاجر پيرزاهد
كليدواژه لاتين
Enzyme immobilization , Candida rugosa lipase (CRL) , graphene oxide nanosheets (GON) , magnetic graphene oxide nanosheets (MGON) , enzymatic hybrid membrane reactor (EHMR)
عنوان لاتين
evaluation of Catalytic Activity and Conformational Stability of Immobilized Lipase Enzyme on Functionalized Graphene Oxide Nanosheets and Surface Modification of Polymeric Membrane by this Compound
گروه آموزشي
شيمي فيزيك
چكيده لاتين
In this thesis, Candida rugosa lipase (CRL) was immobilized on graphene oxide nanosheets (GON) and its four chemically modified forms through adsorption and covalent attachment. In this regard, GON was synthesized via modified Hummers method. In order to activate the support surface for covalent immobilization, GON was then chemically modified by various reagents such as thiosulfonate (TS), glutaraldehyde (GLA) and trichlorotriazine (TCT) via two different experimental procedures. CRL was then immobilized on GON and its modified compounds including TS-GON, GLA-APTES-GON, DCT-GON and DCT-APTS-GON at the identical conditions. The success of the synthesis, modification, and immobilization processes were proved using several techniques such as FT-IR, XRD, AFM, FE-SEM, EDS, UV-Vis, and CHNS. For the achievement of the efficient immobilization, the initial concentration of the enzyme and the immobilization time were optimized. The highest loading and enzyme specific activity belong to GON and CRL@DCT-APTS-GON, respectively.After enzyme immobilization, despite the decrease of the enzyme activity, the operational stability of the enzyme amplified significantly. While the free enzyme lost 93.20% of its optimum activity after exposure to pH 10, CRL @ DCT-APTS-GON showed the highest stability compared to other samples under these conditions Moreover, after the thermal stress, the thermal stability of the immobilized enzyme on all supports was higher than that of the free enzyme, so that the free enzyme totally lost its activity at 70°C while the residual activity of CRL @ DCT-APTS-GON was 58.85% of its initialvalue. Also, after 50 days, CRL @ DCT-APTS-GON retained 79.74% of its initial activity. After 5 re-uses, it was found the highest activity belong to CRL @ DCT-APTS-GON.
In the second part of this study, due to the swift separation of the immobilized enzyme from the reaction mixture and obtain more purified products, the magnetic graphene oxide (MGON) nanosheets were synthesized. According to the results of the first part, DCT-APTS-GON showed the best performance for CRL immobilization, so, MGON was chemically modified by DCT-APTS and then applied as support. The processes of synthesis, modification and enzyme immobilization were confirmed using different characterization methods. Subsequently, the initial amount of CRL and immobilization time were optimized. The results showed that the loading capacity and immobilization efficiency decreased and the specific activity, activity recovery, storage stability, pH and thermal stability, and reusability of the immobilized enzyme increased after the MGON modification.
In the third part of this study, for the fabrication of the enzymatic hybrid membrane reactor (EHMR), the facile separation of the product from the reaction mixture and the improvement of the reaction efficiency, the hybrid membranes were prepared through two different methods. In the first approach, GON was coated on the surface of the commercial polymeric membrane through the dip-coating and low temperature hydrothermal (LTH) process. The decreasing of the immobilized enzyme activity on these hybrid membranes in comparison with the pure commercial membrane and total deactivation of the immobilized enzyme in the second cycle of use, indicated the unsuitability of this method for EHMR preparation. In the second approach, the hybrid membranes were prepared by blending the different percentages of GON in polyethersulfone (PES) matrix via phase inversion method and applied for CRL immobilization. The chemical composition, surface morphology, and performance of hybrid membrane and EHMR were assessed through various methods such as ATR-IR, XRD, AFM, contact angle goniometry, surface free energy, pure water flux, and p-NP flux...
تعداد فصل ها
3
فهرست مطالب pdf
35362
نويسنده