Preparation and characterization of polymer-coated mesoporous silica nanoparticles and their application in enzyme immobilization
Polimer kaplı mezo gözenekli silika nanoparçacık sentezi, karakterizasyonu ve enzim i̇mmobilizasyonunda kullanımı
- Tez No: 409792
- Danışmanlar: PROF. DR. BELMA ÖZBEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 105
Özet
Enzimler tepkimenin hızını ve özgüllüğünü belirleyen olan organik katalizörlerdir. Enzimlerin uygulama alanlarının her geçen gün artması, enzimlerin daha ekonomik ve etkin tekniklerle üretilmesini kaçınılmaz hale getirmiştir. Subtilisin (Alkalaz) enzimi, kozmetik ve temizlik ürünleri bileşeni olarak kullanılan bir enzimdir. Bu ürünlerin uygulamaları enzimin yüksek maliyetli olması ve operasyonel kararlılığının düşük olması sebebiyle düşük verimle gerçekleşmektedir. Yüksek sıcaklıklar ve uygun olmayan pH değerleri enzimin aktivitesini olumsuz yönde etkileyerek reaksiyon hızını düşürmektedir. İmmobilizasyon proses şartlarında esneklik sağladığı ve enzim kararlılığını arttırdığı için bu dezavantajları aşmak için kilit bir yöntemdir [1]. Mezogözenekli silika nanoparçacıklar (MSNs) biyouyumlulukları, düşük toksisiteleri, geniş yüzey alanları, yüksek gözenekli yapıları, ayarlanabilir gözenekleri, değiştirilebilir yüzey özellikleri sebebiyle biyomolekül taşıyıcısı olarak büyük bir potansiyele sahiplerdir. Kitosan toksik olmaması, kullanıcı dostu ve maliyeti düşük olması sebebiyle enzim immobilizasyonu için büyük bir potansiyele sahiptir. Kitosanın (CS) yapısında bulunan amino ve hidroksil grupları, enzim immobilizasyonu için büyük avantaj sağlar [2]. Kitosanının ve sulu ortamda şişen bir yapıya sahip olması immobilizasyon prosesinde kullanımı için bir dezavantajdır çünkü, yüksek su içeriği polimerik yapısının mekanik dayanımını yitirmesine sebep olur. Bu problemin üstesinden gelebilmek için kitosan bir polimerik karışımın bileşeni olarak kullanılmıştır [3]. Poliakrilik asit (PAA) ve kitosanın karıştırılması sonucu elde edilen polimerik yapının mekanik dayanımının ve pH kararlılığının yüksek olduğu bilinmektedir. Ayrıca, poliakrilik asit gibi lineer polimer zincirlerin MSNlerin yüzeyine kaplanmaları ile pH'a bağlı davranış gösterdikleri tespit edilmiştir [4]. Bu bilgiler doğrultusunda, kitosan ve akrilik asitin çözelti polimerizasyonu reaksiyonu ile MSNlerin yüzeyine kaplanması çalışılmıştır. Yapılan literatür taramasında, mezogözenekli silica nanoparçacıklara bu polimer karışımı ile daha önce kaplama yapılmadığı görülmüştür. Nanobiyokataliz geleneksel immobilizasyon yöntemlerinin aktiviteyi düşürücü etkisini nanoparçacıklarla enzimlerin kararlı hale getirerek yok eder. Nanoyapıdaki parçacıklar geniş yüzey alanına sahip olduklarından birim taşıyıcı başına enzim yükleme miktarı yüksektir. Bu amaçla, poliakrilik asit (PAA) ve kitosanın (CS) karıştırılmasıyla elde edilen polimer tabaka ile kaplanmış mezo gözenekli silica nanoparçacıkların (MSNs) yüzeyine subtilisin enzimi immobilize edilmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda, immobilizasyon prosesi ve enzim aktivitesi için optimum koşullar 25oC sıcaklıkta: pH 7 ve 4 saat immobilizasyon süresi olarak belirlenmiştir. Optimum koşullarda immobilize edilen enzimin aktivitesi serbest enzimin aktivitesi ile farklı pH ve sıcaklıklarda karşılaştırılmıştır. Ayrıca, immobilize enzimin operasyonel ve depo kararlılığı incelenmiş ve immobilize enzimin aktivitesinin 5 kez tekrar kullanımdan sonra %40'ına ve depolama kararlılığı deneylerine göre 4 hafta sonra %60'ına düştüğü gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
The increasing application areas of enzymes made essential of production of the enzymes by more economical and efficient techniques. Subtilisin (also known as Alcalase) is a protease that one of the enzymes used for production of the cosmetic goods and detergents. The lack of the operational stability and high cost of the enzymes are resulted in low efficiency in the industrial applications. High temperatures or non-convenient pH values may lower enzyme activity which decrease reaction rate. Since its advantages like flexibility for the process conditions and increased stability of enzyme, immobilization is the key solution to overcome these obstacles [1]. Mesoporous silica nanoparticles (MSNs) have great potential as nanocarriers for biomolecules because of their biocompatibility, low toxicity, large surface area, high porosity, modifiable pore diameter, and adjustable surface properties. Chitosan (CS) has great potential as enzyme immobilization support because it is non-toxic, inexpensive and, user-friendly. The main reason of this great potential is the amino and hydroxyl groups in the chemical structure of chitosan [2]. For immobilization process, chitosan has the disadvantage of having a highly hydrophilic and swelling structure in aqueous media since high water content causes the polymer structure to lose its mechanical strength. To eliminate this obstacle, chitosan has been studied as a component of a polymer blend structure to obtain more strong and efficient matrices [3]. It is known that blending poly(acrylic acid) (PAA) and chitosan provides increased mechanical strength and pH stability. Also, linear polymer chains (such as poly(acrylic acid: PAA) grafted onto the surface of mesoporous silica nanoparticles (MSNs) show that pH-dependent behaviour [4]. Therefore, in the present study, acrylic acid and chitosan have blended onto mesoporous silica nanoparticles via in-situ polymerization technique. About this type of application, to the best of our knowledge, no study was reported in the literature about this type of polymer blend as a coating layer of mesoporous silica nanoparticles. On the other hand, nanobiocatalysis eliminates the activity-lowering effect of traditional immobilization methods by means of the stabilization of enzymes with nanoparticles which provides higher enzyme load per unit weight of the carrier since the nanostructured materials have the advantage of higher surface area. Therefore, subtilisin immobilization onto polymer-coated mesoporous silica nanoparticles (CS-PAA/MSNs) which were obtained via in-situ polymerization was investigated. Then, the optimal conditions for immobilization process were determined at pH 7 and 4 h of immobilization time at temperature of 25oC. Finally, the activity of enzyme immobilized at optimum conditions was compared with that of free enzyme, at different pH and temperature. Beside of this, the operational and storage stability of immobilized enzyme were also determined. The activity of immobilized enzyme reduced from 100% to 40% after 5 repeated use. According to storage stability experiments, the activity of immobilized enzyme reduced from 100% to 60% after 4 weeks of the storage time.
Benzer Tezler
- Preparation and characterization of corn zein nanocomposite coated polypropylene films for food packaging applications
Gıda ambalajı uygulamaları için mısır proteini nanokompozitleri kaplı polipropilen filmlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
ONUR ÖZÇALIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Polimer Bilim ve Teknolojisiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BANU ÖZEN
PROF. DR. FUNDA TIHMINLIOĞLU
- Elektro-eğirme tekniği kullanılarak polimer esaslı katalizör destek malzemesi hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of polymer based catalyst support material by using electrospinning technique
NESLİHAN GÖRGÜN
- Polimer temelli metal nanoparçacık modifiye karbon nanotüp kompozit elektrotların hazırlanması, karakterizasyonu: hidrazinin elektrokimyasal davranışının incelenmesi ve tayini
Preparation and characterization of polymer based metal nanoparticles modified carbon nanotube composite electrodes: Determination and investigation of electrochemical behavior of hydrazine
MÜGE HATİP
Doktora
Türkçe
2020
KimyaManisa Celal Bayar ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SÜLEYMAN KOÇAK
PROF. DR. ZEKERYA DURSUN
- Polimer tabanlı elektrokromik filmlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of polymer-based electrochromic films
SABINA JUSUFOVIC
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE EROL
- Preparation and characterization of hydroxyapatite and polymer composite biomaterials
Biyomalzeme amaçlı hidroksiapatit-polimer kompozitlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
NAZ GÜLTEKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
Biyoteknolojiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FUNDA TIHMINLIOĞLU
PROF. DR. ŞEBNEM HARSA
PROF. DR. MUHSİN ÇİFTÇİOĞLU