5. Bố cục luận văn
3.3.2. Thu hồi và tái sử dụng hệ xúc tác
Kết thúc quá trình thực hiện xúc tác phản ứng oxy hóa glucose, mẫu Fe3O4 – SiO2 – GOD tối ưu đã khảo sát ở mục 3.3.1 được thu hồi bằng cách sử dụng nam châm để tách hoàn toàn ra khỏi hỗn hợp dung dịch sau phản ứng. Các hạt nano Fe3O4 – SiO2 – GOD được rửa 3 lần với nước cất sau đó bảo quản ở 40C trong 2 giờ để phục hồi.
Sau thời gian phục hồi, lấy mẫu Fe3O4 – SiO2 – GOD thực hiện phản ứng xúc chuyển hóa glucose trong các điều kiện tối ưu đã khảo sát 4 lần để đánh giá khả năng tái sử dụng. Kết quả được thể hiện ở bảng 3.6 và hình 3.25.
Bảng 3.6. Tái sử dụng hệ xúc tác Fe3O4 – SiO2 – GOD
Tái sử dụng Thể tích Na2S2O3
(ml)
CM glucose chuyển hoá.10-2
(M) Hiệu suất (%) Lần 1 17,9 21,233 63,7 Lần 2 16,3 19,633 58,9 Lần 3 13,4 16,733 50,2 Lần 4 5,6 8,933 26,8
Hình 3.25. Tái sử dụng hệ xúc tác Fe3O4 – SiO2 – GOD
Nhận xét: Sau 3 lần tái sử dụng hiệu suất chuyển hóa giảm dần từ 69,3% còn 50,2%. Thực hiện tái sử dụng lần 4, hệ xúc tác Fe3O4 – SiO2 – GOD bị giảm hoạt tính nhanh chóng, hiệu suất chuyển hóa chỉ còn 26,8% so với ban đầu. Nguyên nhân là trong quá trình phản ứng dưới tác dụng của khuấy cơ và quá trình thu hồi rửa giải enzyme đã bị thất thoát. Mặc khác enzyme sẽ mất dần hoạt tính sau khi thực hiện xúc tác nhiều lần. Dựa vào kết quả nghiên cứu, đề nghị thực hiện tái xúc tác 3 lần để đảm bảo hiệu quả kinh tế.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Hiệu suất (%) Tái sử dụng hệ xúc tác
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A. KẾT LUẬN
Qua quá trình thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phản ứng oxi hóa glucose
bằng hệ xúc tác Fe3O4NP – SiO2 – Glucose oxidase”, từ các kết quả đã nhận được
trong quá trình thực hiện luận văn, tôi rút ra được những kết luận chính sau:
1. Đã tổng hợp được các hạt Fe3O4NP bằng phương pháp đồng kết tủa từ hỗn hợp muối Fe2+ và Fe3+. Từ đó chế tạo được các hạt coreshell có cấu trúc lõi vỏ Fe3O4 – SiO2 và thực hiện chức năng hóa bề mặt Fe3O4 – SiO2 bằng APTES hình thành nhóm chức –NH2 trên bề mặt các hạt nano oxit sắt từ.
2. Cố định thành công enzyme GOD trên các hạt Fe3O4 – SiO2 – NH2 thông bằng phương pháp tạo liên kết chéo bằng glutaraldehyde. Ứng với 30 mg Fe3O4NP – SiO2 – NH2 thì cố định được 3,171 mg enzyme glucose oxidase.
3. Sử dụng các phương pháp phân tích xác định đặc trưng cấu trúc vật liệu Fe3O4NP, Fe3O4NP – SiO2 – NH2, Fe3O4NP – SiO2 – GOD. Kết quả cho thấy: biến tính và cố định enzyme lên bề mặt không làm thay đổi cấu trúc của các hạt oxit sắt từ; hạt Fe3O4NP – SiO2 – GOD có dạng hình cầu kích thước khoảng 17 ÷ 28 nm và có tính siêu thuận từ với từ độ bão hòa là 34,2 emu/g.
4. Quá trình chuyển hoá glucose bằng hệ xúc tác Fe3O4NP – SiO2 – glucose oxidase được thực hiện với các điều kiện: 0,5 g Fe3O4NP – SiO2 – GOD xúc tác cho 20 ml glucose 6% trong thời gian 90 phút ở 500C và pH = 7,4 thì đạt hiệu suất 69,3%. Hệ xúc tác Fe3O4NP – SiO2 – GOD được tái sử dụng 3 lần với hiệu suất chuyển hóa ở lần thứ 3 là 50,2%.
B. KIẾN NGHỊ
1. Tiếp tục đánh giá và so sánh hoạt tính của enzyme trước và sau khi cố định trên bề mặt các hạt nano oxit sắt từ.
2. Đi sâu vào nghiên cứu, phân tích động học của phản ứng oxy hóa glucose xúc tác bởi hệ Fe3O4NP – SiO2 – GOD.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt
[1] Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà (1999), “Ứng dụng một số phương pháp phổ
nghiên cứu cấu trúc phân tử”, NXB Giáo dục, Hà Nội.
[2] Nguyễn Hoàng Hải (2005), “Chế tạo và ứng dụng hạt nano từ tính trong sinh học”, Báo cáo tại Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ 6, Hà Nội.
[3] Bùi Tấn Nghĩa (2013), “Nghiên cứu sử dụng vật liệu nano từ tính CoFe2O4
làm chất mang xúc tác cho phản ứng Knoevenagel, Sonogashira, Suzuki, Heck”, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường đại học Bách khoa Hồ Chí
Minh.
[4] Bùi Trung Thành, Phạm Hùng Vân, Trần Hoàng Hải (2014), “Gắn Human Serum Albumin lên hạt nano Fe3O4 phủ APTES”, Tạp chí phát triển KH&CN, tập 17, số T3 – 2014.
[5] Đào Đình Thức (2007), “Một số phương pháp phổ ứng dụng trong hoá học”, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội.
Tiếng anh
[6] Abab JM, Mertens SF, Pita M, Femández VM, Schiffrin DJ (2005), “Functionalization of thioctic acid-capped gold nanoparticles for specific immobilization of histidine-tagged proteins”, J Am Chem Soc,
127(15):5689-94.
[7] M. Abbasi (2015), “Improvement of Stability and Activity of Immobilized glucose Oxidase on Modified Iron Oxide Magnetic Manoparticles”,
Applied surface Science.
[8] W. Aehle (2004), “Enzyme in Industry”, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co.KGa, Weinheim.
[9] S. B. Bankar, M.V. Bule, R. S. Singhal, L. A (2009), “Glucose oxidase – An Overview”, Biotechnology Advances 27, 489-501.
[10] Bernat Olle, Seyda Buack, Tracy C. Holmes, Lev Bromberg, T. Alan Hatton, Daniel I. C. Wang (2006), “Enhancement of Oxygen Mass Transfer
Using Functionalized Magnetic Nanoparticles”, Industrial & Engineering Chemistry Research, 45(12), pp. 4355-4363.
[11] L. B. Bangs (1996), “New developments in particle-based immunoassays”,
Pure and Applied Chemistry, Vol. 68. No.10, pp. 1873-1879.
[12] K. Can, M.Ozmen, M. Ersoz (2009), “Immobilization of albumin on aminosilane modified superparamagnetic magnetile nanoparticles and its characterization”, Colloids Surf B Biointerfaces, 71, 154-9.
[13] C. Chanéac, E. Tronc, J. P. Jolivet (1996), “Journal of materials chemistry”, Issue 8, pp. 1249-1453.
[14] Choon Woo Lim and In Su Lee (2010), “Magnetically recyclable nanocatalyst systems for the organic reactions”, Nano Today, vol. 5, p. 412-434. [15] K. Csach, A. Juríková, J. Mikuf, M. Koneracká, V. Záviová, M. Kubovfíková
(2011), “ Thermogravimetric study of the decomposition of BSA-coated magnetic nanoparticles”, Proceedings of the European Conference Physics of Magnetism, 121, 1293-1295.
[16] J. M. D. Coey (2009), “Magnetism and Magnetic Materials”, United States of American by Cambridge University Press, p.422.
[17] D. Carta et al (2009), “A Structural and Magnetic Investigation of the
Inversion Degree in Ferrite Nanocrystals MFe2O4 (M = Mn, Co, Ni)”, J.
Phys. Chem. C, vol. 113, pp. 8606- 8615.
[18] Dyal A, Loos K, Noto M, Chang SW, Spagnoli C, Shafi KV, Ulman A, Cowman M, Gross RA (2003), “Activity of Candida rugosa lipase immobilized on gamma-Fe2O3 magnetic nanoparticles”, J Am Chem Soc, 125(7):1684-5.
[19] Evrim Umut (2013), “Surface Modification of nanoparticles used in Biomedical Applications”, Intech.
[20] Gao X, Tsang SC, Yu CH, Tam K (2006), “Silica-encapsulated nanomagnetic particle as a new recoverable biocatalyst carrier”, J Phý Chem B, 110(34);16914-22.
[21] David S. Goodsell (2006), “Glucose oxidase”, Molecule of the month, PDB-
101.
[22] Magdy M.M. Elnashar (2011), “The Art of Immobilization Using Biopolymers,
Biomaterials and Nanobiotechnology”, Egypt.
[23] Her J, Smith J, Medley C, Shangguan D, Tan W (2006), “Aptamer-conjugated nanoparticles for selective collection and detection of cancer cells”, Anal
Chem, 78(9), 2918 – 24.
[24] Herdt, A. R, Taton, T. A (2006), “Encapsulated Magnetic Nanoparticles as Supports for Proteins and Recyclable Biocatalysts”, Bioconjugate Chem, 18, pp.183 – 189.
[25] Jun Huang, Hai Wang, Dapeng Li, Wenqi Zhao, Liyun Ding, Yun Han (2011), “A new immobilized glucose oxidase using SiO2 nanoparticles as carrier”, Materials Science and Engineering C 31.
[26] Hsing IM, Xu Y, Zhao W (2007), “ Micro and nano magnetic particles for applications in biosensing”, Electroanalysis, 9, pp. 393-401.
[27] Jain TK, Morales MA, Sahoo SK, Leslie-Pelecky DL, Labhasetwar V (2005), “Iron oxide nano – particles for sustained delivery of anticancer agents”,
Mol Pharm, 2(3): 194 - 205.
[28] Kala M, Bajaj K and Sinha S (1997), “Magnetic bead enzyme-linkes immunosorbent assay (ELISA) detects antigen-specific binding by phage-displayed scFv antibodies that are not detected with conventional ELISA”, Anal. Biochem, 254, pp.263 – 266.
[29] W. D. Kingery et al (1976), “Introduction to Ceramics”, John Wiley & Sons, Inc, vol. 2nd edition.
[30] C. H Kuo, C. J Shieh (2011), “Optimum conditions for lipase immobilization on chitosan-coated Fe3O4 nanoparticles”, Carbohydrate Polymers,
[31] Lee D, Ponvel K, Kim M, Hwang S, Ahn I, Lee C (2009), “Immobilization of lipase on hydrophbic nano-sized magnetite particles”, Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, Vol 57 (1), pp. 62-66.
[32] Molday R S and MacKenzie (2010), “Immunospecific ferromagnetic iron- dextran reagents for the labeling and magnetic separation of cells”, J. Immunol. Methods, 52, pp.353 – 367.
[33] Neuberger T, Schopf B, Hofmann H, Hofmann M, Von Rechenberg B (2005), “Superparamagnetic nanoparticles for biomedical applications: possibilities and limitations of a new drug delivery system”, J Magn Magn Mater, 39(1):483 - 496.
[34] Noorul Huda, “Spinels (Normail or Inverse)”, All’s bout chemistry.
[35] Rosi LM, Quach AD, Rosenzweig Z (2004), “Glucose oxidase-magnetite nanoparticle bioconjugate for glucose sensing”, Anal Bioanal Chemistry, 380(4):606-13.
[36] Schoemaker HE, Mink D, Wubbolts MG (2003), “Dispelling the myths- biocatalysis in industrial synthesis”, Science, 299(5613):1694-7.
[37] Sheldon R. (2007), “The E Factor: fifteen years on”, Green chemistry, 1273. [38] Hai Wang, Jung Huang, Chao Wang, Dapeng Li, Liyun Ding, Yun Han
(2011), “Immobilization of glucose oxidase using CoFe2O4/SiO2
nanoparticles as carrier”, Applied Suface science, Volume 257, Issue 13. [39] Wang P (2006), “Nanoscale biocatalyst systems”, Curr Opin Biotechnol,
17(6):574-9.
[40] Wen Wang (2011), “Immobilization of enzyme on functionalized magnetic
nanoparticles for efficient biocatalysis”, A thesis submitted for the
degree of doctor of philosophy in chemical and pharmaceutical enginneering, National University of Singapore.
[41] Yuanzhao Wu, Xi Yang, Xiaohui Yi, Yiwei Liu, Yu Chen, Gang Liu, Run- Wei Li (2015), “Magnetic Nanoparticle for Biomedicine Applications”,
Herald, Hsoa Journal of Nanotechnology Nanomedicine & Nanobiotechnology.
[42] Jiakun Xu, Caixia Ju, Jun Sheng, Fang Wang, Quan Zhang, Guolong Sun, Mi Sun (2013), “Synthesis and Characterization of Magnectic Nanoparticles and Its Application in Lipase Immobilization”, Bull. Korean Chem. So,
Vol. 34, No. 8.
[43] Jiakun Xu, Fang-Fang Zhang, Jing-Jing Sun, Jun Sheng, Fang Wang and Mi Sun (2014), “Bio and Nanomaterials Based on Fe3O4”, Molecules,
19(12), 21506-21528.
[44] Y. Yang, G. Zhu, G. Wang, Y. Li, R. Tang (2016), “Robust glucose oxidase with a Fe3O4@C-slica nanohybrid structure”, Journal of Materials Chemistry B, Issue 27.
[45] Z. Yang, S. Si, C. Zhang (2007), “Magnetic single-enzyme nanopraticles with high activity and stability”, Biochemical and Biophysical Research Communications, Vol. 367, Issue 1, pages 169-175.
[46] C. C Yu, P.C Lin, C. C Lin (2008), “Site-specific immobilization CMP-sialic acid synthetase on magnetic nanoparticles and its in the synthesis of CMP-sialic acid”, Chemical Communications, 1308-1310.
[47] Yu Lu, Yadong Yin, Brian T. Mayers, Younan Xia (2002), “Modify the Surface Properties of Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles through A Sol-Gel Approach”, Nano Letters, 2(3), pp. 183-186.
[48] N. Shahabadi, M. Falsafi, K. Mansouri (2016), “Improving antiproliferative effect of the anticancer drug cytarabine on human promyelocytic leukemia cells by coating on Fe3O4@SiO2 nanoparticles”, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, Vol 141, pages 213-222.
[49] G. Hang, H. Chen, Y. Zhang, A. Chen (2016), “Immobilization of pectinase onto Fe3O4@SiO2-NH2 and its activity and stability”, International
[50] B. Thangaraj, Z. Jia, L. Dai, D. Liu, W. Du (2016), “Effect of silica coating on Fe3O4 magnetic nanoparticles for lipase immobilization and their application for biodiesel production”, Arabian Journal of Chemistry.
PHỤ LỤC
Phụ lục 1. Kết quả đo nhiễu xạ tia X của Fe3O4NP
Meas. data:Fe3O4-Nhan_Theta_2-Theta Inten sity (co un ts) 0.0e+000 5.0e+003 1.0e+004 2-theta (deg) Inten sity (co un ts) 10 20 30 40 50 60 70 -2000 -1000 0 1000 2000
Phụ lục 2. Kết quả đo nhiễu xạ tia X của Fe3O4NP – SiO2 – NH2 Meas. data:Fe3o4-SiO2-NH2_Theta_2-Theta Inte ns ity (cou nts ) 0 5000 10000 2-theta (deg) 10 20 30 40 50 60 70
Phụ lục 3. Kết quả đo nhiễu xạ tia X của Fe3O4NP – SiO2 – GOD Meas. data:Fe3o4-SiO2-GOD_Theta_2-Theta Inte ns ity (cou nts ) 0 2000 4000 6000 8000 10000
silicon dioxide, Si O2, 01-082-1555
2-theta (deg)
10 20 30 40 50 60 70