Nghiên cứu phản ứng oxi hóa glucose bằng hệ xúc tác fe3o4np–sio2–glucose oxidase

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HOÀNG NGỌC ÁNH NHÂN NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG OXI HOÁ GLUCOSE BẰNG HỆ XÚC TÁC Fe3O4NP-SiO2-GLUCOSE OXIDASE LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÁ HỌC ĐÀ NẴNG, NĂM 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HOÀNG NGỌC ÁNH NHÂN NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG OXI HOÁ GLUCOSE BẰNG HỆ XÚC TÁC Fe3O4NP-SiO2-GLUCOSE OXIDASE Chuyên ngành: HÓA HỮU CƠ Mã số: 60 44 01 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN MẠNH LỤC ĐÀ NẴNG, NĂM 2017 LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình làm khố luận tốt nghiệp, với lịng biết ơn sâu sắc em xin gởi đến thầy giáo - TS Trần Mạnh Lục lời cảm ơn chân thành Vì với giúp đỡ, hướng dẫn tận tình thầy từ hình thành ý tưởng lúc hồn thành luận văn Em xin cảm ơn thầy, cô giáo giảng dạy môn thầy, giáo cơng tác phịng thí nghiệm khoa Hố – trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện thuận lợi cho em năm học tập nghiên cứu trường Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè bên cạnh động viên, giúp đỡ em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn! LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả Hồng Ngọc Ánh Nhân MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Bố cục luận văn .3 CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ NANO OXIT SẮT TỪ (Fe3O4NP) .4 1.1.1 Giới thiệu vật liệu từ tính .4 1.1.2 Đặc tính đặc biệt hạt nano từ tính 1.1.3 Các phương pháp tổng hợp hạt nano oxit sắt từ (Fe3O4NP) 1.1.4 Vật liệu nano từ tính làm chất mang xúc tác 12 1.1.5 Ứng dụng sinh học vật liệu nano từ tính 15 1.2 TỔNG QUAN VỀ ENZYM GLUCOSE OXIDASE 19 1.2.1 Giới thiệu enzyme glucose oxidase 19 1.2.2 Ứng dụng enzyme glucose oxidase 20 1.3 CỐ ĐỊNH ENZYME LÊN CÁC HẠT NANO OXIT SẮT TỪ 22 1.3.1 Định nghĩa enzyme cố định 23 1.3.2 Ưu – nhược điểm enzyme cố định 23 1.3.3 Tính chất chế phẩm enzyme cố định .24 1.3.4 Phương pháp cố định enzyme 25 1.3.5 Cố định enzyme vật liệu nano 29 1.3.6 Cố định enzyme lên hạt nano oxit sắt từ 30 1.3.7 Tình hình nghiên cứu việc cố định enzyme Fe3O4NP 32 1.4 XÚC TÁC SINH HỌC NANO 33 CHƯƠNG NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .35 2.1 NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HOÁ CHẤT 35 2.1.1 Nguyên liệu 35 2.1.2 Dụng cụ hóa chất .35 2.2 CHUẨN BỊ CÁC DUNG DỊCH 36 2.2.1 Dung dịch đệm phosphate 36 2.2.2 Dung dịch enzyme glucose oxidase .36 2.2.3 Dung dịch glucose 36 2.3 TỔNG HỢP NANO OXIT SẮT TỪ - SiO2 – GLUCOSO OXIDASE .36 2.3.1 Tổng hợp hạt nano oxit sắt từ (Fe3O4NP) 36 2.3.2 Biến tính bề mặt Fe3O4NPs oxit kim loại SiO2 .37 2.3.3 Chức hoá bề mặt Fe3O4-SiO2 APTES 38 2.3.4 Cố định enzyme glucose oxidase lên Fe3O4 – SiO2 – NH2 39 2.4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VẬT LIỆU 41 2.4.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .41 2.4.2 Phương pháp quang phổ hồng ngoại (FT-IR) 42 2.4.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét – truyền qua (SEM – TEM) .42 2.4.4 Phương pháp phổ tán xạ lượng tia X (EDX) 43 2.4.5 Phương pháp từ kế mẫu rung (VSM) .43 2.4.6 Phương pháp phân tích nhiệt DTA/TG 43 2.5 NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG OXY HÓA GLUCOSO BẰNG HỆ XÚC TÁC Fe3O4 – SiO2 – GOD 44 2.5.1 Phản ứng oxy hóa glucose hệ xúc tác Fe3O4 – SiO2 – GOD 44 2.5.2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình chuyển hóa glucose xúc tác Fe3O4 – SiO2 – GOD .46 2.5.3 Thu hồi tái sử dụng hệ xúc tác Fe3O4 – SiO2 – GOD 46 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 3.1 TỔNG HỢP VẬT LIỆU Fe3O4 – SiO2 – GOD 47 3.1.1 Tổng hợp nano oxit sắt từ (Fe3O4NP) 47 3.1.2 Tổng hợp hạt coreshell Fe3O4 – SiO2 .48 3.1.3 Tổng hợp Fe3O4 – SiO2 – NH2 .48 3.1.4 Cố định enzyme glucose oxidase lên Fe3O4 – SiO2 – NH2 49 3.1.5 Kết định lượng hàm lượng enzyme glucose oxidase không gắn kết phương pháp Bradford 50 3.2 ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU .51 3.2.1 Nhiều xạ tia X (XRD) 51 3.2.2 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 54 3.2.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 56 3.2.4 Phổ hồng ngoại (FTIR) 57 3.2.5 Phổ phân tích thành phần nguyên tố (EDX) 59 3.2.6 Phổ phân tích nhiệt (DTA/TG) .61 3.2.7 Đường cong từ hóa (VSM) .62 3.3 NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG OXY HOÁ DUNG DỊCH GLUCOSE BẰNG HỆ XÚC TÁC Fe3O4 – SiO2 – GOD .65 3.3.1 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến trình chuyển hoá glucose xúc tác hệ Fe3O4 – SiO2 – GOD 65 3.3.2 Thu hồi tái sử dụng hệ xúc tác 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAP Aminoantipyrine APTES 3-Aminopropyl triethoxy silane CAT Chloramphenicol acetyltransferase CM Carboxymethyl DEAE Diethylaminoethyl DNA Deoxyribonucleic acid EDX Energy Dispersive X-ray FAD Flavin adenine dinucleotide FESEM Field emission scanning electron microscopy FT-IR Fourier transform infrared spectroscopy GA Glutaraldehyde GOD Glucose oxidase HBA 4-hydroxy benzoic acid MNPs Magnetic nanoparticles NP Nanoparticles PVA Polyvinyl alcohol TEM Transmission Electron Microscopy TEOs Tetraethyl orthosilicate TGA Thermal gravimetric analysis TG-DTA Thermogravimetric/Differential Thermal Analyzer UV-Vis Ultra Violet-Visible VSM Vibrating sample magnetometer XRD X-Ray Diffraction DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng 1.1 1.2 Các thí nghiệm khả tương thích sinh học độc tính tế bào hạt nano oxit sắt từ Các phương pháp cố định enzyme lên chất mang liên kết cộng hoá trị Trang 27 2.1 Các loại hố chất sử dụng luận văn 34 2.2 Bảng pha dung dịch glucose 35 2.3 Bảng pha nồng độ dung dịch chuẩn 40 3.1 Giá trị mật độ quang đo bước sóng 595nm 50 3.2 Kết phân tích thành phần hoá học mẫu vật liệu, % khối lượng 59 Kết khảo sát ảnh hưởng nồng độ glucose đến phản 3.3 ứng xúc tác 64 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến phản ứng 3.4 xúc tác 66 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến phản ứng xúc 3.5 3.6 tác Tái sử dụng hệ xúc tác Fe3O4 – SiO2 – GOD 67 69 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu Tên hình hình vẽ 1.1 1.2 Hình minh họa domain vật liệu từ ferromagnetic ferromagnetic Mô tả trạng thái domain vật liệu từ ferromagnetic ferrimagnetic áp đặt từ trường Trang Định hướng moment từ paramagnetic (a), 1.3 ferromagnetic (b), antiferromagnetic (c), ferrimagnetic (d) 1.4 Cấu trúc tinh thể hạt nano oxit sắt từ 1.5 Cơ chế hình thành phát triển hạt nano dung dịch 10 1.6 1.7 Biến tính bề mặt hạt nano từ tính Fe3O4 cách polymer hố trực tiếp bề mặt hạt nano Biến tính bề mặt hạt nano từ tính Fe3O4 cách phủ polymer 13 13 1.8 Biến tính bề mặt hạt nano từ tính phương pháp Stober 14 1.9 Biến tính bề mặt hạt nano từ tính phương pháp vi nhũ 14 1.10 Nguyên tắc tách tế bào từ trường 16 1.11 Quá trình dẫn truyền thuốc 17 1.12 Ứng dụng hạt nano Fe3O4 cảm biến sinh học 18 1.13 Cấu trúc không gian glucose oxidase 19 1.14 Quá trình phản ứng oxy hoá glucose GOD 20 1.15 Cố định enzyme phương pháp hấp phụ 25 1.16 Bọc enzyme nang 25 1.17 Giữ enzyme gel 26 1.18 Tạo liên kết chéo phân tử enzyme 26 1.19 Cố định enzyme liên kết cộng hoá trị 27 ... chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu phản ứng oxi hóa glucose hệ xúc tác Fe3O4NP – SiO2 – Glucose oxidase? ?? Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá hoạt tính hệ xúc tác Fe3O4NP – SiO2 – GOD phản ứng chuyển hố glucose, từ... nồng độ glucose đến phản 3.3 ứng xúc tác 64 Kết khảo sát ảnh hưởng thời gian đến phản ứng 3.4 xúc tác 66 Kết khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến phản ứng xúc 3.5 3.6 tác Tái sử dụng hệ xúc tác Fe3O4... phân tích nhiệt DTA/TG 43 2.5 NGHIÊN CỨU PHẢN ỨNG OXY HÓA GLUCOSO BẰNG HỆ XÚC TÁC Fe3O4 – SiO2 – GOD 44 2.5.1 Phản ứng oxy hóa glucose hệ xúc tác Fe3O4 – SiO2 – GOD 44 2.5.2 Khảo