شماره ركورد
25223
شماره راهنما
CHE2 933
عنوان
تثبيت آنزيم ليپاز درون اسكلت فلز-آلي و بررسي فعاليت كاتاليستي آن در واكنش توليد سوخت زيستي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
شيمي- شيمي معدني
دانشكده
شيمي
تاريخ دفاع
1404/06/30
صفحه شمار
92 ص .
استاد راهنما
شهرام تنگستاني نژاد , مجيد مقدم
استاد مشاور
ايرج محمدپوربلترك , وحيده اسدي
كليدواژه فارسي
كپسوله¬كردن , آنزيم ليپاز , چارچوب فلز-آلي , ZIF-7 , تغيير فاز , سوخت زيستي
چكيده فارسي
بهرهگيري از آنزيمها بهعنوان زيست¬كاتاليستهاي سبز در واكنشهاي شيميايي مزاياي متعددي از جمله شرايط ملايم واكنش، گزينشپذيري بالا، و توليد محصولات جانبي كمتر را فراهم ميسازد. با اين حال، محدوديتهايي نظير ناپايداري آنزيمها در شرايط سخت واكنش، دشواري در بازيافت، و كاهش فعاليت در طي استفاده مكرر، موجب شده است كه استفاده از آنها در مقياس صنعتي با چالشهايي همراه باشد. در اين پژوهش، بهمنظور غلبه بر چالشهاي مذكور، آنزيم ليپاز بهعنوان زيست¬كاتاليست ناهمگن از طريق كپسوله¬كردن درون چارچوب فلز-آلي تثبيت¬شده و سامانهاي نوين با عملكرد بهينه طراحي و سنتز گرديد. چارچوب¬هاي فلز-آلي (MOFs) با دارا بودن سطح ويژه بالا، ساختار متخلخل و قابليت تنظيم خواص فيزيكي و شيميايي، بستر بسيار مناسبي براي تثبيت و حفاظت از آنزيمها در شرايط واكنش فراهم ميآورند. در اين پژوهش، كپسوله¬كردن موفقيتآميز آنزيم ليپاز در چارچوب فلز-آلي ZIF-7 از طريق يك رويكرد نوآورانه مبتني بر فرايند تغيير فاز در چارچوب فلز-آلي انجام شد. فرايند تغيير فاز با ايجاد شرايط پويا در حين تشكيل شبكهيZIF-7، امكان نفوذ و جاي¬گيري تدريجي آنزيم درون چارچوب فلز-آلي را فراهم آورد. برخلاف روشهاي متداول بارگذاري سطحي يا جذب فيزيكي، در اين مسير آنزيم بهطور يكنواخت و يكپارچه درون ساختار متخلخل محصور شد، بهگونهاي كه از نشت آن جلوگيري گرديد و در عين حال دسترسي به مراكز فعال آنزيم حفظ شد. بهمنظور شناسايي و ارزيابي نمونهها، آزمونهاي گوناگوني شاملXRD ، FT-IR، FE-SEM، UV-Vis، TGA و BET مورد استفاده قرار گرفت. نتايج نشان داد كه كپسولهكردن آنزيم در ZIF-7 از طريق تغيير فاز موجب بهبود چشمگير پايداري حرارتي، افزايش مقاومت در برابر تخريب ساختار و افزايش طول عمر كاتاليستي ميشود. مقايسه ميان آنزيم آزاد و آنزيم تثبيتشده بيانگر آن بود كه حضور چارچوب ZIF-7 نقش حفاظتي مؤثري در برابر شرايط تخريبي ايفا ميكند. سامانهي تثبيتشده، در واكنش توليد سوخت زيستي نظير سوخت زيستي، بهعنوان يكي از راهكارهاي پايدار براي جايگزيني سوختهاي فسيلي، مورد استفاده قرار گرفت و نشان داد كه زيست-كاتاليست تثبيتشده توانايي انجام واكنش را داراست. در مجموع، نتايج اين پژوهش نشان ميدهد كه استفاده از فرايند تغيير فاز در چارچوب فلز-آلي براي كپسوله¬كردن آنزيمها مي¬تواند رويكردي نوين و مؤثر براي توسعهي كاتاليست¬هاي زيستي پايدار و كارآمد در حوزههاي صنعتي و زيستمحيطي باشد.
كليدواژه لاتين
Encapsulation , Lipase enzyme , Metal-organic framework , ZIF-7 , Phase transition , Biodiesel
عنوان لاتين
Immobilization of lipase enzyme within a metal-organic framework and investigation of its catalytic activity in the biodiesel production reaction
گروه آموزشي
شيمي معدني
چكيده لاتين
The utilization of enzymes as green biocatalysts in chemical reactions offers several advantages, including mild reaction conditions, high selectivity, and reduced byproduct formation. However, limitations such as enzyme instability under harsh reaction conditions, difficulty in recovery, and decreased activity upon repeated use present challenges for their industrial-scale applications. To overcome these challenges, in this study, lipase enzyme was stabilized as a heterogeneous biocatalyst through encapsulation within a metal-organic framework (MOF), and a novel system with optimized performance was designed and synthesized. MOFs, with their high surface area, porous structure, and tunable physical and chemical properties, provide an excellent platform for enzyme stabilization and protection under reaction conditions. In this research, successful encapsulation of the lipase enzyme into the ZIF-7 metal-organic framework was achieved using an innovative phase transition-based approach during MOF synthesis. The phase transition process created dynamic conditions during the formation of the ZIF-7 network, allowing gradual penetration and embedding of the enzyme within the MOF structure. Unlike conventional surface loading or physical adsorption methods, this approach resulted in uniform and integrated encapsulation of the enzyme within the porous framework, preventing enzyme leaching while maintaining access to its active sites. Various characterization techniques, including XRD, FT-IR, SEM, FE-SEM, UV-Vis, TGA, and BET analyses, were employed to identify and evaluate the samples. The results demonstrated that enzyme encapsulation via phase transition in ZIF-7 significantly improved thermal stability, enhanced resistance to denaturation, and extended catalytic lifespan. A comparison between free and stabilized enzymes indicated that the presence of the ZIF-7 framework provided effective protection against damaging conditions. The stabilized system was applied to the production of biofuels such as biodiesel, as a sustainable alternative to fossil fuels, showing that the stabilized biocatalyst retained catalytic functionality. Overall, this study indicates that utilizing a phase transition process in MOFs for enzyme encapsulation offers a novel and effective strategy for developing stable and efficient biocatalysts for industrial and environmental applications.
تعداد فصل ها
3
فهرست مطالب pdf
148853
نويسنده