万印华团队发现一种制备氧化石墨烯生物催化膜新方法

<正>近日,中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室万印华研究员团队研究发现,氧化石墨烯修饰后的膜具有通量高、化学稳定性好和吸附能力强等诸多优势.因此,本研究将氧化石墨烯和不同功能化氧化石墨烯通过逆向过滤和多巴胺辅助共沉淀两种方法引入生物催化膜中,探索其是否能提高生物催化膜各方面的性能.研究发现,氧化石墨烯表面所带电荷数会影响固定化漆酶的活性、稳定性及动力学.将漆酶固定在氧化石墨烯上时,氧化石墨烯的固定化、底物富集和催化作用可     

金属有机骨架材料固定化酶的研究进展

金属有机骨架材料(MOFs)凭借其较高的比表面积和孔体积、可设计和调控的孔径及结构,以及化学和热稳定性等特点,克服了传统固定化酶载体的孔径尺寸不可控、制备成本高、酶浸出、产物稳定性差等不足,近年来成为一类新型酶固定化载体.首先,本文分类总结了MOFs固定化酶的合成策略,包括后合成包装和从头合成封装(仿生矿化、共沉淀和机械化学封装);然后进一步介绍了多级孔MOFs的孔道设计策略及其固定化酶体系.这种具备分级孔道结构的MOFs用于固定化酶既可以保证酶的较高负载率,又能提高酶催化底物的扩散速率;此外,本文还介绍了MOFs共固定化多酶体系及具有类酶特性的仿生MOFs固定化酶方面的研究.MOFs特有的孔道结构可以大大缩短酶与底物之间的扩散距离,同时充分利用了酶级联反应的中间产物,可以显著提高酶催化活性;文章最后总结了MOFs固定化酶复合材料在生物传感和污染物催化净化领域的主要应用,提出了MOFs固定化酶研究中的一些瓶颈问题,以期为该材料的进一步研究和未来产业化提供借鉴和参考.     

SiO2/海藻酸钠复合水凝胶作为固定化纤维素酶载体

以海藻酸钠和γ-氨丙基三乙氧基硅烷为原料,在一定条件下使二者发生交联反应生成复合水凝胶,并以此复合凝胶作为固定化纤维素酶的载体。纤维素酶的包埋率超过了85%, 酶固定前后的SEM图表明纤维素酶非常均匀地分布在载体中。探讨了pH、 温度对固定化酶和游离酶活力的影响, 结果表明固定化酶具有对pH和温度更高的稳定性, 固定化酶的最适宜pH为3.6,最佳催化温度为50℃。通过Michaelis Menten（米氏）方程计算得到的固定化酶的米式常数（K_m）值较游离酶大,表明固定化酶的可重复使用性和储藏稳定性良好,连续使用10次后依然保留>50%酶活力,储藏1个月后固定化酶依然有81%的相对酶活力。      

基于聚乙烯醇微球为载体固定化脂肪酶的研究

以具有广泛工业应用性和生物相容性的聚乙烯醇(PVA)为原料,利用PVA分子结构特点对其进行改性,进一步采用高速搅拌制备聚乙烯醇微球,采用扫描电镜表征其形貌。采用1,1′-羰基二(1,2,3-三氮唑)将聚乙烯醇微球活化,以活化后的聚乙烯醇微球为载体固定化脂肪酶,并采用聚乙烯醇物理吸附脂肪酶为实验对照组。结果表明:聚乙烯醇微球粒径分布在2～3μm之间,微球表面形态较为光滑。聚乙烯醇微球固定化脂肪酶可重复使用,重复10次酶催化水解反应,相对酶活仍维持在70%以上。固定化脂肪酶的最优催化水解反应温度为30℃,与游离酶相比降低了10℃,最佳催化水解反应pH为8,与游离酶最佳催化pH相比,催化反应条件更温和。     

青霉素酰化酶的固定技术分析

文章讨论了不同固定化技术的特点和固定化酶在非水相体系中的催化作用，并展望了固定化青霉素酰化酶的发展前景。     

交联海藻酸钠磁性微球的制备及固定化胰蛋白酶研究

制备了交联海藻酸钠磁性微球,并以磁性微球为载体,戊二醛为交联剂,将胰蛋白酶固定化;利用透射电镜、粒度分析、红外分析对交联海藻酸钠磁性微球进行了表征;探讨给酶量、戊二醛浓度和pH值对固定化酶活性的影响;与自由酶比较,考察了固定酶的酶学性质.结果表明:交联海藻酸钠磁性微球是固定化胰蛋白酶的良好载体,固定化酶最适宜的条件是吸附时间12h,给酶量为100mg/0.1g磁性载体、交联剂戊二醛浓度为5%、溶液pH值为6,同时将酶固定化后,酶的稳定性和催化性能均有所提高.     

固定漆酶对水溶液中多苯酚的吸附与生物催化

采用静电纺制备聚丙烯腈/纳米蒙脱土(PAN/MMT)复合纳米纤维膜,将其置于漆酶溶液中用于漆酶的固定,再将固定有漆酶的纳米纤维膜用于多酚氧化物的催化与吸附。采用扫描电镜(SEM)对PAN和PAN/MMT纤维膜进行观察;采用可见光分光光度计研究酶的温度稳定性、酸碱稳定性、存储稳定性和重复使用稳定性;并用可见光分光光度计测量不同反应时间的多酚溶液。结果表明:固定化漆酶的温度稳定性、pH稳定性、以及存储稳定性均有一定程度的提高;在5次重复试验后,固定化酶的活性仍高于原始活性的50%;多酚物质被漆酶有效催化,而最终反应物被PAN/MMT复合纤维膜吸收。     

聚苯胺的酶促合成

概括了近年来以氧化还原酶-辣根过氧化物酶(HRP)催化合成聚苯胺的研究进展。对HRP的催化机理、HRP催化合成邻位和对位的聚苯胺、HRP的固定化方法以及用固定化的HRP催化合成聚苯胺做了介绍。     

羧基改性多孔磁性壳聚糖微球共固定化葡萄糖氧化酶与过氧化氢酶

壳聚糖分子链上的活性基团数量有限,为了进一步增加壳聚糖的载酶量及固定化酶的生物催化稳定性,以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和戊二酸酐(GA)为表面修饰剂,制备得到新型羧基功能化多孔磁性壳聚糖微球(carboxyl modified porous magnetic chitosan microspheres,PMC...     

酶-二维MXene复合材料的制备及其电化学检测H2O2的应用

本研究合成了具有垂直栅栏结构的二维MXene材料, 与辣根过氧化物酶进行固定, 构筑了过氧化氢电化学酶传感器。合成的MXene纳米栅栏具有大的比表面积, 优良的电子传导特性和在水溶液中的良好分散特性; 固定化在酶电极上的辣根过氧化物酶分子表现出了优良的过氧化氢催化效果。结果表明HRP@MXene/chitosan/GCE酶电化学传感器在过氧化氢浓度为5~1650 μmol/L范围内表现出很好的线性关系, 最低检测限为0.74 μmol/L, 且具有很好的操作稳定性, 该生物传感器被成功地应用于固态与液态食品中过氧化氢残留检测。     

声场对流场影响的研究

借助于传声电容、传声放大器等声学测量仪器和热线风速仪等流场测量仪器及计算机数据采集系统，本文实验观察了有无强声场叠加及不同声场强度时流场瞬时速度波形的变化，并对声场作用下的平均速度、脉动速度、速度频谱、速度自相关、脉动速度和脉动声强互相关等流动特征参数进行了计算与分析。发现了强声对流场的调制作用，流动速度会随声音信号同步脉动，且声强越大，速度脉动幅度越大。当声场强度超过约155dB时，声场进入非线性区，波形从正弦波变为锯齿波。声波诱发的大幅度周期脉动及非线性效应，提高了流动的湍流特性。这些发现，将有助于对声凝聚机理的进一步研究。     

波数空间中活塞辐射体近场声压分布的计算及测试

在近场范围内,声源在任何平面上的声场都可以通过平面传播波和倏逝波的叠加来得到。以圆形活塞为例,在波数空间中利用角谱法求得其辐射声场的传播波和倏逝波的分布。借助数值分析方法,对圆形活塞声源声轴线上的声压进行计算,得到相应的近场声压分布曲线。由角谱法计算得到的近远场分界点与点源组合法所得结果一致。对不同声源半径时,不同辐射频率下的声压分布曲线进行比较,得出了近场声压的变化规律。阶梯圆盘在辐射理论上应等于对应圆形活塞的辐射。对设计的阶梯圆盘的轴向声压进行了测试,实验测试结果与理论计算结果基本吻合。     

矩形平板远场声压级分析

研究矩形平板的远场声压级,建立简支边界矩形障板和滑移边界矩形障板模型。采用傅里叶变换获得远场声压级,分析点激励载荷和线激励载荷作用下远场声压级的变化规律,并讨论激励载荷位置以及结构物理特性参数对远场声压级的影响。结果表明,远场声压随着激励载荷靠近边缘而减小,相对于简支边界而言,滑移边界能增强远场声压级。随着损耗因子、板厚的增大,将减小整个频率段内的远场声压级。另外,板密度对远场声压级的影响在低频段和高频段也呈现不同的变化规律。通过声压级变化规律的分析研究,能为声学元件设计和噪声控制机理的分析提供一定的依据。     

基于结构-声耦合法的汽车镁质仪表板声贡献度分析及结构改进

利用结构-声耦合法对仪表板进行声传递损失分析,与隔声实验对比验证了该方法的可靠性和方便性。与钢制仪表板进行隔声性能对比,证明镁质仪表板具有很好的隔声性能。建立仪表板声辐射模型,利用镁质仪表板对入射声场的响应,计算得到仪表板在驾驶室侧的辐射声场,找出辐射声压和声功率峰值频率。通过对声功率和透射声场声压最大处的声贡献度分析,确定了对隔声低谷影响最大的区域。针对该区域进行结构更改从而改变模态值,对其进行计算隔声量。结果表明,改进后的仪表板隔声低谷比改进前提升5dB,仪表板整体隔声性能提高。     

复杂声场环境下目标声源声场重建误差分析

针对目标声源在复杂声场环境下进行声场重建易受到其它声源干扰的问题,提出存在干扰源声场、散射声场及目标声源声场的混合声场环境下基于单面声场分离技术的目标声源声场分离及重建方法。首先,通过理论分析和公式推导,清除干扰源声场及散射声场的影响;然后,利用传递函数性质对声场分离及重建误差进行分析,并对计算公式中存在的奇异性问题予以消除,得到高分辨率的声场重建图像。数值仿真表明:利用常规的单面声场分离技术很难重建混合声场环境下目标声源的声场,而利用本文研究的声场分离及重建方法能够很好反映目标声源声场的实际情况,提高声场重建的精度。     

一种高频换能器的声场推算方法

以二维空间Rayleigh积分和二维平面声压构建技术作为理论基础,提出了一种高频换能器的声场推算方法。为验证该方法的正确性,对由4个压电元件所构成、频率1.8 MHz的矩形活塞换能器的声场进行实验测试和推算,以获得距换能器不同距离处的声压分布。在50 cm处,实测结果推算的最大误差为8.25%。在保证准确性的前提下,该方法有效提高了高频换能器的声场测量效率。     

基于近场声全息的声强场可视化方法

传统噪声源识别主要基于频谱分析方法,无法准确反映声源位置和声场强度变化信息。针对大型水下结构体辐射声场的噪声源识别和辐射声能量监测的问题,提出一种基于声全息测量技术的辐射声强场可视化方法,计算声波在均匀介质中的声强矢量场,并采用体绘制和流线技术实现声场量的可视化,从而定位结构体主要辐射噪声源,直观地展示辐射声场的能量分布及耗散情况,描述声场能量传递方向与路径,为水下结构体辐射声场的监测与分析提供一种新的手段。     

基于近场测量法的水声换能器声场重建方法研究

为了提高对水声换能器声场分析的效率,开展了基于近场测量法的水声换能器的声场重建方法研究,首先将水声换能器的全息测量面近似为等效声源面,通过积分得到声场重建模型,然后利用自主研发的水下声场测量系统获得发射换能器全息测量面的复声压,实现对其声场的重建,最后比较不同全息测量面的重建结果和实测数据,并分析全息测量面的位置对重建结果的误差影响,得到了重建方法的有效测量区间。该声场重建方法可快速得到水声换能器的声场分布,并且准确可靠。     

多孔材料和微穿孔板复合吸声结构研究

主要研究如何利用多孔材料拓宽微穿孔板的吸声频带,微穿孔板用来吸收低频噪声,同时加入吸声材料来提高中高频的吸声。给出复合结构吸声系数的计算方法,并在阻抗管内进行实验验证,测量结果和计算结果取得很好的一致性。研究结果表明,多孔吸声材料置于微穿孔板之前,并且二者之间有一定的空气层时,可以显著改善微穿孔板的吸声性能。     

波叠加联合波束形成的局部声场重建技术研究

传统近场声全息是以快速傅里叶变换为基础的,在有限测量孔径条件下将产生窗效应和卷绕误差,因此一定程度上制约了其在工程上的应用。基于此,提出了一种基于波叠加联合波束形成的局部声场重建技术。首先利用波束形成对传声器阵列采集的声场信息进行分析计算,获得声源的具体位置;然后在该位置配置等效源,并利用迭代算法对局部声场的数据扩展;最后应用扩展后获得的声场数据进行重构。该技术只需要少量的传声器就可以方便快速的实现声场重建。在半消声室内采用两个音箱模拟声源进行研究,实验结果表明:在小测量孔径下该方法可以准确的重构外部声场,拓宽了近场声全息在工程中的应用范围。