Geri Dön

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

PDF İndir

  1. Tez No: 409792
  2. Yazar: ŞULE ÜNAL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. BELMA ÖZBEK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2015
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

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

  1. Tez No

    496392

    Fabrication and characterization of multilayer TiO2 membranes with hierarchically porous structure

    Hiyerarşik gözenekli yapılı çok katmanlı TiO2 membranların üretimi ve karakterizasyonu

    MERVE BULDU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Seramik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATMA BEDİA BERKER

  2. Tez No

    266643

    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

    İngilizce

    2010

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BANU ÖZEN

    PROF. DR. FUNDA TIHMINLIOĞLU

  3. Tez No

    121010

    Preparation and characterization of hydroxyapatite and polymer composite biomaterials

    Biyomalzeme amaçlı hidroksiapatit-polimer kompozitlerin hazırlanması ve karakterizasyonu

    NAZ GÜLTEKİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2002

    Biyoteknolojiİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. FUNDA TIHMINLIOĞLU

    PROF. DR. ŞEBNEM HARSA

    PROF. DR. MUHSİN ÇİFTÇİOĞLU

  4. Tez No

    611449

    Preparation of polymer coated magnetic nanoparticles for pH and temperature responsive drug delivery

    Polimer kaplı manyetik nanoparçacıkların pH ve sıcaklığa duyarlı ilaç salımında kullanımı

    CANAN ÇİL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Biyoteknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)

    PROF. DR. FATMA NEŞE KÖK

  5. Tez No

    625500

    Preparation and characterization of poly (lactic acid) / barite composites

    Poli (laktik asit) / barit kompozitlerinin hazirlanmasi ve karakterizasyonu

    AYGÜN HATİPOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Polimer Bilim ve TeknolojisiAdana Alparslan Türkeş Bilim ve Teknoloji Üniversitesi

    Nanoteknoloji ve Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ SİNAN DİKE

Geri Dön