聚合物刷改性的纳米纤维在固定化脂肪酶中的应用
静电纺丝纳米纤维具有纤维直径小、比表面积大等特点[1].因此,纳米纤维用于固定化酶时可以保证较高的酶载量[2-3],而且相比其他载体材料,纳米纤维作为合成高分子材料可以根据应用需求自由调整聚合物和聚合度[4].用于固定化酶载体的纳米纤维多为疏水性聚合物纺丝,要保证酶在载体上的存活,需要对载体进行必要的亲水性改性.
计算节点CPU支持AVX-512指令集,大幅度提升了处理器的浮点运算能力,GPU节点采用最新的NVIDIA Tesla V100型号GPU,并采用NVLink方式连接,单卡GPU双精度浮点运算速度理论值可达7.8TFLOPS。计算网络采用omni-path架构,安装有intel、gcc等编译器,作业管理采用slurm调度系统,集群管理采用计算中心自主开发的集群监控管理套件。
壳聚糖(CTS)具有良好的生物相容性和生物可降解性,毒性极低,而且表面有大量的功能性基团,可在经CTS修饰后的纳米纤维上进一步改性[5-6].如果仅在CTS上接上脂肪酶,由于CTS的氨基位置紊乱,难以控制脂肪酶的多位点接枝,不能使接入的酶形成三维结构.经CTS修饰后的纳米纤维表面生长着大量活性基团,在这些活性基团上接枝,由于表面接枝聚合物刷的分子链尺寸比较整齐且纳米纤维表面平整,密度大的接枝效果使聚合物链被迫与表面垂直地向外伸展以避免分子链的重叠形成,从而形成立体“刷子”的构象[7-8].这种构象在保证高酶载量的同时,还可为酶提供良好的催化环境.引入聚合物刷的方法有物理吸附与化学键合成两种方法.在化学键合成方法中,原子转移自由基聚合(ATRP)法适用于单体较多、操作简单且壳聚糖上有大量羟基,故选择ATRP方法接枝聚合物刷.
综上,本研究以纺丝技术制备甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚纳米纤维(PMMA-co-PAA),经CTS修饰后,于CTS上生长聚合物刷.CTS不仅可以保护纳米纤维形貌不被有机溶剂破坏,还为酶提供了生物环境,聚合物刷的大量活性基团保证了酶载量,而且为脂肪酶提供了催化环境.
对水管单位而言,现行水价标准偏低,财政资金不到位,不同水价核算的方法直接影响供水工程供水耗费的弥补程度,一定要视具体情况,准确核算水价,以利于水管单位良性运行。
我国新生代农民工进入用人单位工作主要是通过亲戚朋友和熟人的介绍来完成的,据调查,通过政府协助找到工作的为2.48%,自己找工作的比重为36.23%,经过亲戚或朋友介绍而找到工作的为57.14%,通过中介机构找到工作的为4.15%。由此可见,新生代农民工就业的主要途径是亲戚朋友介绍,政府在农民工就业方面的支持力度有限,目前虽然有很多正规的中介机构参与农民工就业问题,但新生代农民工通过中介获得工作的人数和机会仍然不多,有人认为中介机构不可靠,也有人是从节省中介费的角度思考而不愿意选择中介机构的。总之,我国新生代农民工就业的途径太狭窄,就业的方式太单一。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
酶溶液和清洗液中的酶蛋白量用Bradford法测定[9],固定到载体上的酶蛋白量可以用下面的公式计算:
仪器:JZB-1800D型双道注射泵,费森尤斯卡比健源(长沙)医疗科技有限公司;JSM-7500F型扫描电子显微镜(SEM),日本电子株式会社;DSA-25型视屏光学接触角测量仪,德国Dataphysics公司;DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器,杭州大卫科教仪器有限公司;PHS-3C型pH计,上海仪电科学仪器股份有限公司;EA2004N型电子天平,常州市衡正电子仪器有限公司.
1.2 实验过程
1.2.1 纳米纤维的制备
取32 mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)于锥形瓶中,加入1.1 mL丙烯酸(AA)、14 mL甲基丙烯酸甲酯(MMA)、0.076 g偶氮二异丁腈(AIBN),通入氮气,在70 ℃恒温水浴锅中反应2 h后,加入8 mL DMF、0.076 g AIBN和0.55 mL AA继续反应,2 h后再加入8 mL DMF、0.076 g AIBN和0.55 mL AA,20~22 h后取出,即可得到黏稠、透明、均一的静电纺丝前驱体溶液.
“绿色教育”[1]是指无伤害、无污染,消除副作用的教育,是教育工作者在对教育对象施加影响的过程中,强化绿色意识,防止不合理的教育手段、不适宜的教育形式或不恰当的教育方式对施教对象构成伤害的一种教育模式。学校是精神文明建设的主阵地和辐射源,担负着教书育人的神圣使命,新形势下开展心理健康教育工作,要以人为本,构筑绿色教育新模式。
1.2.3 聚合物接枝膜材料
将PMMA-co-PAA纳米纤维膜剪成4 cm×4 cm.用磷酸缓冲液(PBS)冲洗膜表面,去除表面杂质,将清洗过的纳米纤维膜放入含有1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺(EDC/NHS)(EDC和NHS的摩尔比为1∶2)的PBS中反应活化,在25 ℃水浴中浸泡2 h后取出.活化后的纳米纤维膜用大量PBS冲洗,以除去表面黏附的活化剂.
配制2%的CTS溶液,将活化后的膜浸泡在CTS溶液中2 h,取出后用PBS反复冲洗,以除去表面黏附的壳聚糖,将膜晾干保存备用.
1.2.2 壳聚糖修饰纳米纤维膜
式中:X是酶的活力值,u/g;V1和V2是滴定样品时和滴定空白时消耗的氢氧化钠标准溶液的体积,mL;c是氢氧化钠标准溶液的浓度,mol/L,本实验取0.05;50是0.05 mol/L氢氧化钠溶液,1 mL相当于脂肪酸50 μmol;n1是样品的稀释倍数;0.05是氢氧化钠标准溶液浓度换算系数是催化时间为15 min,测量结果以每分钟催化效果计算.
虽然我跟佳佳私下里的交集不多,但对她本科时的用功、刻苦和出色,也是有所耳闻的。我知道她的学习成绩很好,绩点分在系里始终名列前茅,当年的GRE考试接近满分,大三时就已经开始在网上发布自己总结出来的英语听力教学新论了。
将引发后的膜用无水乙醇冲洗,配制不同浓度的甲基丙烯酸钠-乙醇溶液10 mL,加入2,2-联吡啶40 mg、溴化亚铜18 mg,通入氮气,40 ℃反应12 h.
1.2.4 固定酶
人力资源开发是一个计划性、系统性的工作,事业单位完成岗位设置后,还需做好岗位评价工作,建立岗位退出工作,较好解决人员的出口问题。基于此,必须修订、完善事业单位绩效考核工作,明确优秀人员奖励、不合格人员惩处措施以及未聘人员分流、社会保险制度衔接等问题,切实保证人力资源开发获得实效。
POD(过氧化物酶活性)测定采用愈创木酚法[11]反应体系为0.3% H2O2 1 mL、0.2%愈创木酚0.9 mL、pH 7.8 PBS 1 mL和酶液0.1 mL,测定470 nm处吸光值。
将接枝后的膜材料置于w(甲烷磺酸)为3%的无水乙醇溶液中,浸泡10 min后取出,用PBS冲洗干净.
将酸化后的膜置于含有EDC/NHS(EDC和NHS的摩尔比为1∶2)的PBS中反应活化,25 ℃水浴中浸泡2 h后取出,用PBS冲洗干净.
从上述对比中可看出,“倍的认识”依然包括“倍的概念”“求一个数的几倍是多少”和“求一个数是另一个数的几倍”,在概念学习后进行解决问题的教学;倍概念教材都呈现三个量,一个量为“标准量”,其余两个量与“标准量”进行比较,从“几个多少”引出“多少的几倍”;在解决问题中教材都呈现示意图和线段图来帮助学生理解题意和探求方法的策略。
实验中所用脂肪酶为南极假丝酵母脂肪酶B(CALB),配制含酶4 mL和PBS 6 mL的酶液,将膜浸入酶液中,于25 ℃水浴振荡反应12 h.PBS冲洗固定酶之后的膜,自然晾干待用.
1.3 测试与表征
1.3.1 酶固载量的测定
试剂:丙烯酸(CP),上海凌峰化学试剂有限公司;甲基丙烯酸甲酯(98%),上海凌峰化学试剂有限公司;N,N-二甲基甲酰胺(AR),国药集团化学试剂有限公司;偶氮二异丁氰(CP),阿拉丁试剂上海有限公司;四氢呋喃(AR),国药集团化学试剂有限公司;三乙胺(AR),国药集团化学试剂有限公司;2-溴异丁酰溴(98%),上海麦克林生化科技有限公司;甲烷磺酸(CP),阿拉丁试剂上海有限公司;铝箔,东京化成工业株式会社;亮蓝G250,上海瀚思化工有限公司;磷酸(88%),无锡市亚盛化工有限公司;无水乙醇(AR),无锡市亚盛化工有限公司;聚乙二醇1788(AR),阿拉丁试剂上海有限公司;橄榄油(CP),阿拉丁试剂上海有限公司;氯化钠(AR),天津市科密欧化学试剂有限公司;氯化钾(AR),天津市科密欧化学试剂有限公司;氢氧化钠(AR),无锡市亚盛化工有限公司;磷酸氢二钠(AR),无锡市亚盛化工有限公司;磷酸二氢钾(AR),无锡市亚盛化工有限公司;壳聚糖(AR),阿拉丁试剂上海有限公司;甲基丙烯酸钠(AR),阿拉丁试剂上海有限公司;南极假丝酵母脂肪酶B,杭州创科生物科技有限公司;蒸馏水,自制.
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式中:w是固定酶蛋白量,mg/g;ρ0和ρ分别是反应液中起始和固定化后的酶浓度,mg/mL;V是反应液的体积,mL;m是载体的质量,g;数据是3次测定值所得的平均值.
BIM技术在暖通空调设计中的应用,还表现在可以利用CFD软件实现对施工布局和施工环境等信息的模拟,同时,结合暖通空调设计的需求,对建筑暖通设计加以优化,使主要功能房间在四季都获得较好的通风和采暖条件,在降低空调损耗的同时,满足居住者对室内空气和温度的需求。此外,通过对BIM技术的运用,可以模拟暖通空调全年的动态负荷,从而有效掌握暖通空调系统的负荷,从而采取措施使用最少的设备完成高效率的运行,减少对能源的消耗。
根据GB/T 23535—2009《脂肪酶制剂》[10]测量酶活力.酶活力可以用下面的公式计算:
1.3.2 酶活力的测定
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用四氢呋喃冲洗经CTS修饰后的膜,将冲洗后的膜置于含5 mL四氢呋喃、1 mL三乙胺的锥形瓶中,逐滴加入4 mL四氢呋喃与0.5 mL 2-溴异丁酰溴,冰水混合浴中反应12 h.
1.3.3 亲疏水性测定
将膜样品压平固定在玻璃片并平铺到载物台上,用微型注射器在样品表面滴一滴蒸馏水,通过计算机图像采集软件拍摄图像,使仪器基准线与样品表面相平,观察水在样品表面的铺展状态.利用软件自带的接触角测定功能测量样品的接触角数值.
将配制好的前驱体溶液移入注射器,设置进样速度为0.3 mL/h,纺丝间距为14 cm,针头接入正极,铝箔接入负极,调节电压为18 kV且恒定,滚筒转速为100 r/mim,12 h后制得纳米纤维膜.
2 结果与讨论
2.1 扫描电镜分析
图1是经CTS及甲基丙烯酸钠改性前后的纳米纤维扫描电镜照片.由图1可看出,PMMA-co-PAA纳米纤维的直径为300~500 nm(图1(a));经CTS修饰后,纳米纤维表面均匀覆盖了一层CTS,修饰后纳米纤维的直径普遍增加,为500~700 nm(图1(b));经ATRP反应后,在CTS表面生长出一层聚合物刷,纤维表面变得粗糙(图1(c)),质地变得柔软.
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图1 纳米纤维的扫描电镜图Fig.1 SEM of nanofibers
2.2 静态接触角分析
纳米纤维的静态接触角见图2.由图2可知,纳米纤维的改性可以显著改变纤维的亲水性.修饰之前的PMMA-co-PAA纳米纤维接触角为149.1°(图2(a)),表现出明显的疏水性;经CTS修饰后,接触角为94.5°,这是因为经CTS修饰后的纳米纤维表面覆盖了一层CTS,CTS中含有大量氨基与羟基,故纳米纤维的亲水性得到增强;经聚合物刷接枝后纳米纤维的接触角为68.4°,纳米纤维表现出明显的亲水性,这是因为经ATRP反应后,在CTS上的羟基上生长出甲基丙烯酸钠基团,大量的羧酸钠基团进一步提升了纳米纤维的亲水性.从接触角方面分析,对纳米纤维的改性明显提升了膜材料的亲水性,可以更好地为酶提供微水环境,有利于保持酶的活性,为脂肪酶提供更好的催化环境.
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图2 纳米纤维的静态接触角Fig.2 Static contact angle of the nanofiber
2.3 酶载量
壳聚糖浓度对酶载量的影响见图3.图3表明,当甲基丙烯酸钠浓度从0.04 mol/L增加到0.10 mol/L时,酶载量从110 mg/g增加到165 mg/g.甲基丙烯酸浓度的增加使膜表面生长的聚合物刷增加,从而使用于固定酶的功能基团增加,进而提升了酶的固载量.继续增加甲基丙烯酸钠浓度,酶载量下降.这可能是由于甲基丙烯酸钠浓度的增加使膜表面的聚合物刷过于稠密,从而增加了表面的空间位阻,降低了羧基的反应性能,影响了酶的固载.
2.4 固定化酶的稳定性
2.4.1 pH值不同时酶活力的比较
将脂肪酶固定在PMMA-co-PAA@壳聚糖-甲基丙烯酸钠载体上后,其pH值稳定性得到增强,如图4所示.pH值在5~9时,游离酶与固定化酶的酶活力相对较高,均能保持在70%以上,但固定化酶的稳定性比游离酶略高;当酶所处环境略显极端时,游离酶的酶活力迅速下降,当pH值=11时,游离酶保持的酶活力不足20%,而固定酶能保持82%的酶活力.这可能是因为纳米纤维具有较大的比表面积,而且经过壳聚糖及聚合物刷的改性,可以为脂肪酶提供更为优良的催化环境.相对处于苛刻环境的游离酶而言,微水环境保护了大部分的脂肪酶不至于变性失活.因此,CALB酶在经固定化之后,在pH值不同的环境下,稳定性要优于游离状态下的酶.
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图3 壳聚糖浓度对酶载量的影响Fig.3 Effect of chitosan concentration on enzyme load
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图4 不同pH值下游离酶与固定化酶的酶活力比较Fig.4 Comparison of free enzymatic and immobilized enzyme activities under different pH values
2.4.2 温度不同时酶活力的比较
温度不同时游离酶与固定化酶的酶活力比较见图5.图5表明,游离酶与固定化酶在30 ℃时酶活力最高,随着温度的升高游离酶的酶活力迅速降低,当温度升至60 ℃时,游离酶的酶活力已降至14.8%以下,而固定化酶的酶活力可以保持在74%.较高的温度破坏了游离酶的高级结构,使酶蛋白变性失活;接枝聚合物刷的固定酶处于相同的环境,酶活力却没有大幅度下降,可能是由于载体有效地保护了酶的二级结构,使得酶不至于在较高温度下变性失活.固定化酶在极端环境下能保持较高的酶活力,可以拓展酶的催化范围,尤其在有机合成领域.
2.4.3 60 ℃时固定化酶与游离酶储存稳定性的比较
相比游离酶,固定化后的脂肪酶处于较优的生存环境,故其在恶劣的环境中储存稳定性也会有所增强,见图6.从图6中可以看出,游离酶与固定化酶的酶活力都呈下降趋势,10 h后,游离酶的酶活力剩余28%,固定化酶的酶活力剩余75%.这可以说明在60 ℃的温度下,固定化酶所表现出的稳定性远优于游离酶.通过将脂肪酶固定化,延长了酶在恶劣环境中存活的时间,有望实现酶在较高温度下的长时间催化.
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图5 不同温度下游离酶与固定化酶酶活力的比较Fig.5 Comparison of enzyme activity between immobilized enzyme and free enzyme at different temperatures
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图6 60 ℃时游离酶与固定化酶储存活性比较Fig.6 Comparison of free enzyme and immobilized enzyme activity storage at 60 ℃
3 结语
本研究基于静电纺丝制备稳定均一的PMMA-co-PAA纳米纤维,经壳聚糖修饰后得到生物相容性较好且表面有大量功能性基团的纳米纤维,继而在纤维表面生长聚合物刷,进一步增加功能基团,起到了有效的保护作用,提高了酶的固载量与稳定性.当甲基丙烯酸钠浓度在0.1 mol/L时,纳米纤维膜上酶载量最大,可达165 mg/g.纳米纤维经改性后,有效地为脂肪酶提供了保护环境,使固定化酶的pH值稳定性、温度稳定性和较高温度下的储存稳定性显著高于游离酶.因此,酶的固定有望进一步提高其催化性能,拓展其催化范围.
《中华人民共和国立法法》规定,有关犯罪和刑罚的事项只能制定法律。制定一部社区矫正法规范我国的社区矫正工作是必然趋势,但笔者认为这部法律的制定不应操之过急。我国的社区矫正立法应采取“先下后上”的模式,由各地方制定各自省份的社区矫正实施细则,经过充分实践、积累经验后,由国家立法机关作出全面的调研,充分考虑分析我国的总体情况和不同地区的地域性后再制定一部完备的社区矫正法。
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