2004_面上_纳米SiO2固定化纤维素内切酶或漆酶降解DTMC的研究.doc

国家自然科学基金申请书 申请代码： 受理部门： 收件日期： 受理编号： 第 22 页 版本1.002.811 国家自然科学基金 您现在不能检查保护文档或打印文档，请根据以下三个步骤操作： 1)如果您是Word2000或以上版本用户，请把Word宏的安全性设为:"中" 方法: Word菜单->工具->宏->安全性->安全级,设置为"中" (如果您是Word97用户，继续执行以下步骤) 2)关闭本文档，重新打开本文档 3)点击"启用宏"按钮，即可开始填写本文档或打印了 申 请 书 资助类别： 亚类说明： 附注说明： 项目名称： 申 请 者： 电话： 依托单位： 通讯地址： 邮政编码： 单位电话： 电子邮件： 申报日期： 2004年3月10日 国家自然科学基金委员会 基本信息ABagRI8jdCP 申 请 者 信 息 姓名 xingming 性别 男 出生 年月 1965年3月 民族 汉族 学位 博士 职称 教授 主要研究领域 生物无机化学，表面配位化学 电话 021-64252214 电子邮件 yuxyang@ 传真 021-64132925 个人网页 工作单位 华东理工大学 /化学与制药学院 在研项目批准号 依托单位信息 名称 代 码 20023701 联系人 金雪娟 电子邮件 nsfc@ 电话 021-64252413 网站地址 合作单位信息 单 位 名 称 代 码 10087101 项 目 基 本 信 息 项目名称 资助类别 面上项目 亚类说明 自由申请项目 附注说明 申请代码 B070301:化学控制、防治新工艺、新技术及其基础性研 基地类别 预计研究年限 2005年1月 — 2007年12月 研究属性 应用基础研究 摘 要 项目研究内容和意义简介（限400字）：用堆砌法合成5～50nm粒径的硅溶胶；用生物矿化、热分解、溶胶-盐析法、季胺碱凝胶水热法制备纳米SiO2及介孔材料；并掺杂改性SiO2。用TEM、XRD、色谱、微电泳法等进行表面积、结构、性质及粒径的测定，Rietveld法计算纳米SiO2晶胞参数。利用纳米SiO2固定化漆酶、纤维素内切酶，研究酶的稳定性和活性的变化，用固定化酶催化降解三氯杀螨醇(DTMC)，研究寻找最佳反应的酸度、温度、时间、照射光度，探讨影响DTMC降解的因素，进行最大降解效果的研究，对固定化酶及游离酶降解DTMC的活性进行比较。并研究掺杂对酶降解的协同作用。用色质联用法研究固定化酶对DTMC的降解机理。本项目首次提出用纳米SiO2微粒固定化酶降解DTMC有机氯代农药，以提高酶的降解效率和稳定性，使催化降解技术具有实用性。该工作将为我国寻找最佳的环境修复技术，降低有机氯代农药对环境和人类健康的影响提供可靠的科学依据。 关 键 词(用分号分开，最多5个) 纳米SiO2；SiO2介孔材料；固定化纤维素内切酶；固定化漆酶；降解DTMC 项目组主要成员(杰出青年科学基金不填此栏) 编号 姓 名 出生年月 性别 职 称 学 位 单位名称 电话 电子邮件 项目分工 每年工作时间（月） 1 1955-11-11 女 副教授 硕士 华东理工大学 021-64252214 yrchen@ 环境生物 8 2 1968-2-19 男 讲师 硕士 北京大学 010-62755309 bsliang@ 环境生物 10 3 1971-8-24 女 工程师 硕士 华东理工大学 021-64252818 srluanq@ 合成表征 8 4 1980-1-14 男 硕士生 硕士 北京大学 010-62755309 lxp@ 环境生物 10 5 1975-1-7 女 硕士生 硕士 华东理工大学 010-64252214 cpzhou@ 环境生物 10 6 1975-2-18 女 硕士生 硕士 华东理工大学 021-64252214 quxuping@ 纳米材料合成 10 7 1982-8-13 女 硕士生 硕士 华东理工大学 021-64252214 aqzhuhui82@ 纳米材料的表征 10 8 1981-5-13 男 硕士生 硕士 华东理工大学 010-64252214 atent.student@ 纳米材料的合成 10 9 总人数 高级 中级 初级 博士后 博士生 硕士生 9 2 2 0 0 0 5 说明: 1. 高级、中级、初级、博士后、博士生、硕士生人员数由申请者负责填报，总人数自动生成。 说明: 2. 项目组主要成员不包括项目申请者。 经费申请表 （金额单位：万元） 科目 申请经费 备注（计算依据与说明） 一.研究经费 24.0000 1.科研业务费 9.0000 （1）测试/计算/分析费 6.5000 样品各种测试费，如：电镜测试、色质联用测试、XPS及粒度分析仪等； （2）能源/动力费 0.5000 （3）会议费/差旅费 1.4000 学术会议等，每年平均0.6～0.7万元 （4）出版物/文献/信息传播费 0.6000 文献资料，投稿用费 （5）其它 0.0000 2.实验材料费 8.0000 （1）原材料/试剂/药品购置费 8.0000 高纯度生化试剂，合成纳米SiO2所需的化学试剂及生化试剂； （2）其它 0.0000 3.仪器设备费 4.0000 （1）购置 4.0000 小型仪器设备有关元器件的更新和仪器维修。另外，欲购置QM-1型球磨机、微电泳仪 （2）试制 0.0000 4.实验室改装费 2.0000 实验室有关的加工、修理及改造等事项 5.协作费 1.0000 一些单位相互交往联系等有关费用 二.国际合作与交流费 0.0000 1.项目组成员出国合作交流 0.0000 2.境外专家来华合作交流 0.0000 三.劳务费 2.0000 研究生津贴，开夜班，误餐津贴等 四.管理费 2.0000 合 计 28.0000 与本项目相关的 其他经费来源 国家其他计划资助经费 0.0000 其他经费资助（含部门匹配） 0.0000 其他经费来源合计 0.0000 国家自然科学基金申请书 报告正文 （一）立项依据与研究内容（4000-8000字）： 1、 项目的立项依据 有机氯农药已被证实能够引起动物内分泌紊乱，导致繁殖发育异常，且能够在动物体内长期积 聚，其对生态环境的影响已引起了国际社会的广泛关注。目前一些国家已停止生产使用高残留的有 机氯农药。但由于有机氯化合物在环境中也很稳定，不易发生降解，能够在环境中长期存在和积累， 同时由于它具有“迁移”的特性，给人类生态环境造成愈来愈严重的影响和危害。如何有效促使这 些有机氯农药降解成为当前国内外研究热点之一。 利用TiO2光降解氯代农药的报道屡见不鲜，如高 丙体六六六在300-360nmUV照射及TiO2催化下，约84%左右的C-Cl键被打破[1]。有关氯代农药的 生物降解只是近几年来人们才开始问津的事，而目前对氯代农药的生物降解方面的报道仅限于细菌降 解方面，如美国学者LLOYD J.NADEAU[2]用白腐菌降解DDTs，GC-MS分析表明，最终降解产物为 4-CBA，对被污染土壤具有较高的修复潜力，为生物降解氯代农药开辟了新途径。而ARATA KATAYAMA[3]等人在研究细菌降解氯代农药的过程中，发现细菌降解有机化合物的本质是酶促降解， 并进一步推论，细菌中起降解作用的酶体系主要为氧化酶体系；白腐菌中对DDTs起降解作用的酶体 系主要为氧化酶[4]。用酶降解氯代农药，简单易行，且降解酶往往比产生这类酶的细菌体更能忍受异 常环境条件，降解效率高。纤维素内切酶和漆酶均是孢外酶，具有很强的分解有机物能力，属于氧化 酶体系，其对氯代农药也具有降解作用。经研究已确定：纤维素内切酶和漆酶均能稳定地降解DDTs。而DDTs为三氯杀螨醇[5](简写为DTMC)中间体。三氯杀螨醇为DDTs羟基化产品，是一种广泛使用的高效有机氯杀虫、杀螨剂。据此，可以设想：用纤维素内切酶或漆酶都可能对DTMC有降解作用。 美国二氧化硅化学家ILER[6]发现，纳米SiO2表面能稳定地固定化酶，提高酶的活性。我们据此 提出新设想：用纳米SiO2固定化纤维素内切酶或漆酶，也可提高酶对DTMC的降解效果。目前有 关此方面的研究很少。申请者曾研究过硅藻土（无定形SiO2）对尿激酶的吸附性能，发现吸附性能 除与硅藻土的表面羟基数、孔结构有关之外，还与硅藻土的等电点有关。等电点越小，吸附性能越 强[7]。ILER还指出，酶蛋白达到自身等电点时与带有电荷的SiO2表面结合最牢固，主要作用力为（1） 酶蛋白中有机阳离子与负电荷的SiO2表面（2）酶蛋白与SiO2表面氢键作用。既然SiO2吸附酶蛋 白与SiO2表面等电点有关，我们考虑合成在水溶液中能均匀分散的不同类型的SiO2纳米微粒，为 了实现此目标，必须寻求新方法。 申请者曾用堆砌法合成大粒径的硅溶胶，经Sears滴定法[6]测定出最大粒径为50nm；并研究了 NaCl对硅溶胶胶体的稳定性。当NaCl浓度高于0.230mol∕L时，硅溶胶发生盐析，然后，析出的溶胶胶粒高速分散于有机溶剂中，经浓缩成为纳米SiO2。该纳米SiO2经XRD测试，衍射峰发生宽化现象，用谢乐公式计算，纳米粒径为5.15 nm。 为此，我们提出第二个设想，用生物模板剂合成、含肼盐热分解法、溶胶盐析法、季胺碱凝胶水热法等四种方法合成等电点不同的SiO2纳米微粒，并通过掺杂对SiO2纳米微粒进行改性。通过对纳米硅藻土固定化纤维素内切酶、漆酶催化反应条件及稳定性的研究，我们认为：只要能合成在水溶液中能均匀分散的SiO2纳米微粒，通过（1）离子结合法、（2）氢键键合法、（3）包埋法或（4）复合法均可固定纤维素内切酶或漆酶。不同类型的SiO2纳米微粒，其表面等电点不同，那么对纤维素内切酶或漆酶的固定化稳定性能也不同；SiO2纳米微粒表面经改性后，等电点发生变化，对酶的固定化稳定性也随之变化。若能利用纳米结构SiO2微粒稳定地固定化纤维素内切酶或漆酶，提高酶的活性，可用它们对DTMC进行降解实验，寻求最佳降解条件，如反应酸度、温度、反应时间及照射光度等。 这不仅可考查固定化纤维素内切酶或漆酶降解DTMC反应机理，也可指导我们设计合成固定化稳定性能高，并能提高酶的活性的SiO2纳米微粒。 综上所述，基于目前DTMC等氯代农药的降解急需价格适中的纤维素内切酶或漆酶等生物酶，我们首次提出用纳米结构SiO2微粒固定化酶降解DTMC氯代农药，以提高酶的降解效率和稳定性；对SiO2纳米微粒的合成，我们又提出生物模板剂合成等四种方法，并对SiO2纳米微粒进行改性，以满足用于纤维素内切酶或漆酶固定化所需的不同等电点的SiO2纳米微粒。我们将用气相色谱检测对DTMC的降解，以确定降解DTMC的最佳条件，并推出DTMC降解的反应机理。 所以，本项目不仅对发展DTMC等氯代农药的生物降解并探求其降解机理有一定的基础研究意义，而且对将来开发具有中国特色的稳定性好、酶活性高、对DTMC等氯代农药降解性能及可行性均优越的生物酶也有重要的参考价值。 参考文献： [1] Photocatalytic degradation of lindane, p,p,-DDT and methoxychlor in an aqueous environment Journal of Photochemistry and Photobiology, 135, 213-220, (2000) [2]Aerobic Degradation of 1,1,1-Trichloro-2,2-Bis(4-Chlorophenyl)Ethane(DDT) by Alcaligenes eutrophus A5 APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY, 60(1), 51-55, (1994) [3] DEGRADATION OF ORGANOCHLORINE PESTICIDES, PARTICULARLY ENDOSULFAN, BY TRICHODERMA HARZIANUM Enviromental Toxicology and Chemistry 12, 1059-1065, (1993) [4] Degradation of White-Rot Fungi under Nutrient-Rich Conditions Journal of Pesticide Science 17(4),279(1992) [5] 农用化学品 化学工业出版社，北京，1996，P179 [6] THE CHEMISTRY OF SILICA, R.K. Iler, John Wiley & Sons, Inc. New York P321，P707 [7] Adsorption properties for urokinase on diatomite surface Applied Surface Science 206,20-28(2003) 2、 项目的研究内容、研究目标,以及拟解决的关键问题。 研究目标： 合成在水溶液中能均匀分散的SiO2纳米微粒。通过（1）离子结合法，（2）氢键键合法，（3）包埋法和（4）复合法固定纤维素内切酶或漆酶，研究和确定对DTMC及其降解产物的测试方法。 研究内容： 选择合适条件合成SiO2纳米微粒，如：生物模板剂合成；热分解法；溶胶—盐析法；季胺碱凝胶水热法，并对SiO2纳米微粒进行表征。在DTMC常见污染浓度范围内，进行固定化酶降解效果的研究。 合成方面： 1)生物矿化纳米结构SiO2微粒的制备，用细菌菌丝体、生物酶作模板剂合成SiO2纳米微粒，并研究合成条件。 2)含肼盐热分解法合成SiO2纳米微粒，并合成TiO2/ SiO2、ZnO2/ SiO2、ZrO2/ SiO2等复合纳米微粒。 3)溶胶—盐析法制备不同纳米粒径的SiO2。 4)季胺碱凝胶水热法合成SiO2纳米介孔材料。 固定化酶方法方面： 分别采用（1）离子结合法，（2）氢键键合法，（3）包埋法和（4）复合法固定纤维素内切酶、漆酶，研究和确定纳米结构SiO2微粒对固定化的影响； 表征方面： 用TEM、粒度分析仪、XPS及色谱法等方法分别观察纳米微粒形貌、纳米微粒尺寸、SiO2微粒及SiO2纳米介孔材料表面孔结构；测定纳米SiO2比表面、孔径分布；并测定SiO2微粒表面的掺杂金属离子的含量；微电泳法测定SiO2微粒表面电位、等电点值；用激发和发射光谱研究固定化酶。 DTMC降解效果测试： 利用纳米结构SiO2微粒固定化纤维素内切酶或漆酶对DTMC进行降解实验，寻求最佳降解条件，并对反应机理进行探讨。具体内容包括： 1)最佳反应酸度的确定 2)最佳温度的确定 3)最佳反应时间的确定- 4)最佳照射光度的确定 5)在DTMC常见污染浓度范围内，进行固定化纤维素内切酶或漆酶最大效果的研究 6) DTMC催化降解机理的探讨及反应参数的测定 7)纳米结构SiO2固定化纤维素内切酶或漆酶与游离纤维素内切酶或漆酶降解DTMC的比较： （a）催化反应条件的比较 （b）酶稳定性比较 8) 进行掺杂SiO2纳米微粒固定化酶与纳米SiO2微粒固定化酶降解DTMC性能比较，以检测掺杂离子或氧化物对固定化酶降解DTMC的协同作用。 酶的脱附与回收： 依据尿激酶制备过程中的技术、原理进行酶的脱附与回收的研究 拟解决的关键问题： 要研究和确定SiO2微粒对固定化纤维素内切酶或漆酶稳定性的影响，首先必须有一些适用于研究的纳米结构SiO2微粒。本项目的关键问题是：能否合成出水溶液中能均匀分散的不同粒径、孔结构、表面性质的纳米结构SiO2微粒及纳米SiO2介孔材料；能否合成出生物矿化纳米结构SiO2；能否使SiO2微粒稳定地固定化酶；筛选在DTMC常见污染浓度范围内，对DTMC降解的最佳条件。其中合成表面性能优异、并能稳定地固定化酶的纳米结构SiO2微粒及纳米SiO2介孔材料是本项目最大难点，也是研究DTMC降解的新领域。 3、 拟采取的研究方案及可行性分析。 研究方法： 1）堆砌法合成纳米粒径的硅溶胶； 2）模板剂合成生物矿化纳米结构SiO2，含肼盐热分解法；溶胶－盐析法制备纳米SiO2； 季胺碱凝胶水热法制备纳米SiO2介孔材料； 3）用现代物理或化学方法对纳米结构SiO2、纳米SiO2介孔材料进行表征和有关性质研究； 4）采用通用方法用纳米结构SiO2固定化纤维素内切酶或漆酶； 5）利用SiO2微粒固定化纤维素内切酶或漆酶对DTMC进行降解实验，研究最佳降解条件，并推出降解机理。 技术路线和实验方案： 技术路线是：5～50nm粒径硅溶胶的合成纳米SiO2及纳米SiO2介孔材料合成 表征 固定化纤维素内切酶或漆酶 DTMC降解实验结果分析 实验方案是： 合成：依据纤维素内切酶或漆酶固定化所需不同纳米结构SiO2，我们采用不同的合成方法。 1)采用单质硅水解法制备硅溶胶，用堆砌法合成5～50nm粒径的硅溶胶； 2)溶胶－盐析法制备纳米SiO2 ①研究各种电解质（LiCl、NaCl、KCl）对各种粒径硅溶胶的稳定性影响，从而得出硅溶胶发生 胶凝时的电解质浓度及所需时间； ②将上述析出的凝胶，用乙醇洗涤、至除去Cl－为止，然后将凝胶研磨并高速分散于乙醇中，浓缩后，分别用丙酮、乙醚洗涤，低温真空干燥便成纳米SiO2。 ③在硅溶胶中添加[Cu(en)2]Cl2、[Zn(en)2]Cl2、水溶性钛(IV)的配合物等，重复①和②步骤，生成掺杂过渡金属离子的纳米SiO2介孔材料。 3)生物矿化法制备纳米SiO2 ①分别用白腐菌细菌体、酶蛋白体作模板，浸入5～50nm粒径30℅硅溶胶，溶胀，自然风干，等速升温至600℃； ②将氨基酸溶解，分散于5～50nm粒径30℅酸型硅溶胶中，研究氨基酸浓度对各种粒径硅溶胶的稳定性影响，从而得出硅溶胶发生胶凝时的浓度及所需时间；凝胶低温真空干燥，等速升温至600℃； 4)利用酸型或Na型硅溶胶、水合肼，再分别与甲酸、草酸、柠檬酸等形成有机酸含肼盐，在300º、500º、700º、800℃热分解，压碎，用QM-1型球磨机湿法高速球磨至纳米微粒； 5)在酸型硅溶胶(pH=2) 的（W / O）型乳液中，分别滴加氯化锆酰的硫酸溶液、硫酸钛酰溶液、硫酸锌溶液，然后加入水合肼及其它添加剂，形成TiO2/ SiO2、ZnO2/ SiO2、ZrO2/ SiO2的前驱 化合物，并分别在300º、500º、700º、800℃热分解，压碎，用QM-1型球磨机湿法高速球磨至纳米微粒； 6)在酸型硅溶胶中，分别滴加季胺碱如四甲基胺碱、四丁基胺碱等不同结构的季胺碱至刚刚出现凝胶时，转入高压釜中，100～150℃烘若干时间，生成纳米立方笼状结构的((CH3)3N)8[Si8O20]低聚物介孔材料； 7)在酸型硅溶胶中，加入阳离子表面活性剂长链烷基季胺碱（例如：十六烷基三甲基季胺碱），至出现凝胶，转入高压釜中，100～150℃烘若干时间，生成结晶型纳米SiO2介孔材料； 表征：用不同方法确定SiO2纳米微粒尺寸、比表面、表面孔结构、形貌、孔径分布、电位、等电点值。 1)用透射电镜TEM及色谱法比较各种合成方法、及不同处理条件下，SiO2纳米微粒及纳米SiO2介孔材料的比表面、表面微结构及孔径分布，从中寻找其规律； 2)从纳米微粒尺寸角度考虑，用粒度分析仪测定纳米微粒尺寸；进一步考察对固定化酶稳定性影响； 3) DTA-TG法测定SiO2纳米微粒表面结构，研究微粒是否具有次级孔结构；汞压入法测定SiO2微粒孔结构分布； 4)XPS法测定改性SiO2微粒表面结构，和TEM测定结果类比，确定改性对SiO2微粒表面微观结构的变化； 5)从SiO2纳米微粒在水溶液中的电位考虑，用微电泳法测定SiO2微粒等电点值；以研究对固定化酶稳定性的关系。 6)固定化酶的激发和发射光谱研究； 7)用透射电镜TEM及XRD测定生物矿化纳米结构SiO2和天然生物矿化结构SiO2微粒，研究其内在的联系； 8)用气相色谱检测溶液中DTMC的含量，检测器采用电子捕获检测器。 DTMC降解效果： 1)利用气相色谱检测固定化纤维素内切酶或漆酶对DTMC降解作用；考虑纤维素内切酶对DTMC有较强的降解作用，所以用色质—联用仪检测纤维素内切酶或漆酶对DTMC的降解产物，通过各降解过程中产物的研究，推出降解反应机理。 2)进行掺杂SiO2纳米微粒固定化酶与纳米SiO2微粒固定化酶降解DTMC性能比较，以研究掺杂离子或氧化物对固定化酶降解DTMC的协同作用。 DTMC降解条件： 1)固定化酶稳定性比较； 2)考虑纤维素内切酶或漆酶对酸度极为敏感，因此在研究对DTMC降解条件时，设计各种酸性介质，考察对DTMC处理的最佳效果，确定最佳酸度环境； 3)漆酶活性温度一般为39℃，因此我们在30～45℃范围内研究漆酶对DTMC降解的最佳效果； 而纤维素内切酶最适温度范围在45～55℃，故我们在45～55℃范围内研究纤维素内切酶对DTMC降解的最佳效果； 4)最佳反应时间的确定； 5)分别在100％O2的气氛及空气中测试固定化纤维素内切酶对DTMC降解的效果；并测试光照强度对固定化纤维素内切酶或漆酶降解DTMC的效果的影响，筛选出最佳照射光度； 6)在DTMC常见污染浓度范围内，进行固定化纤维素内切酶或漆酶对DTMC降解的最大效果的研究； 7)从对DTMC降解的最大效果出发，比较纳米SiO2固定化纤维素内切酶或漆酶与游离纤维素内切酶或漆酶；并进行酶稳定性及催化反应条件的比较。 酶的脱附与回收： 将上述用于降解DTMC的固定化酶收集于层析柱(或特制的砂芯漏斗)中，用3%氨水(V∕V)洗脱， 然后将纳米 SiO2 上层脱附的酶刮出， 用 2%NaCl稳定，浓HCl调pH至9.0， 加盐析剂40%(W∕V) (pH=8.8)，析出漆酶或纤维素内切酶，以备用。 可行性分析 本项目提出了三个新想法： 1)纤维素内切酶或漆酶降解DTMC； 2)掺杂纳米结构SiO2微粒及纳米SiO2介孔材料的合成； 3)纳米结构SiO2微粒及纳米SiO2介孔材料固定化纤维素内切酶或漆酶。 其可行性论述如下： 1)纤维素内切酶或漆酶降解DTMC的设想是有依据的，用白腐菌降解有机氯代农药，自九十年代初起，美国、日本都相继开始研究，用白腐菌降解有机氯代农药的最终降解产物为4-氯代苯甲酸(4-CBA)，对被污染土壤具有较高的修复能力。但白腐菌降解过程中，起主要作用的却是白腐菌代谢过程中产生的孢外酶，纤维素内切酶、漆酶均属于孢外酶。于是我们考虑用纤维素内切酶、漆酶代替白腐菌降解DTMC，并可有明显的降解作用，该想法是有依据的，可行的。本项目课题组已经对漆酶、纤维素内切酶降解DDT展开了研究，结果表明纤维素内切酶、漆酶确能有效降解DDT，而DTMC为DDT羟基化产品。 2)美国著名二氧化硅化学家ILER指出：过渡金属离子Cd2+、Cr3+、Fe2+、Mn2+、Ni2+等离子在没有络合剂的情况下，均能与硅酸形成不溶性的硅酸盐类；有些过渡金属离子如Cu2+、Co2+、钼(VI)的配合物均能与硅酸形成含有环状Si4O4结构或立方笼状结构的Si8O208-分子。同时还指出：季胺离子(CH3)4N+由于其独特性质，在硅酸溶液中，牢固地吸附于SiO2微粒表面，结果导致硅酸中硅酸聚合态趋向于两端，一方面为低聚态如环四聚硅酸Si4O4、立方八聚硅酸Si8O208-；另一方面趋于高聚合态。申请者攻读博士学位期间，曾用三甲基硅烷化—气相色谱法研究硅酸中聚合态分布，及改性剂季胺盐对硅酸聚合态分布的影响，得出与ILER类似的结果，论文已发表于无机化学学报及硅酸盐通报。因此我们提出用溶胶—盐析法、含肼盐热分解法、季胺碱凝胶水热法制备掺杂纳米结构SiO2微粒及纳米SiO2介孔材料是有依据的、可行的。 另外，申请者曾经用多聚金属离子改性硅藻土超细微粒，用于尿激酶的吸附，发现吸附量明显增加，论文已发表于Applied Surface Science，因此也提出对SiO2纳米微粒表面掺杂改性。 3)申请者第一个自然科学基金项目为硅藻土对尿激酶的吸附机理研究，并曾研制、掌握用硅胶、日本产硅藻土制备尿激酶粗品的技术，已发表论文若干篇，国外用硅藻土固定化酶用于酶催 化也有不少报道，而硅藻土是硅藻残骸的化石经过若干年风化转变而来，主要由生物矿化结 构SiO2微粒组成，于是，我们提出用纳米结构SiO2微粒固定化纤维素内切酶、漆酶是切实 可行的。 我们用的表征方法均是国内外广泛采用的有效方法，这些方法我们均使用过并在国内外学术核心刊物上发表过论文。 4、 本项目的特色与创新之处。 本项目在两方面有一定新意和特色： 1) DTMC是环境中广泛存在的有毒有机污染物，具有隐蔽性强、难以降解和易于生物积累等特点，对其在环境介质中的存在和防治一直是人们关注的焦点。目前对环境中DTMC的生物降解，国内外均采用白腐菌，白腐菌可使DTMC矿化。我们提出用纳米结构SiO2微粒及纳米SiO2介孔材料固定化纤维素内切酶或漆酶降解DTMC的设想，纳米结构SiO2微粒对纤维素内切酶、漆酶的生物活性具有稳定作用，因而可提高降解DTMC效果。这就为环境中DTMC的生物降解的研究提出了新思路。这既属创新设想，也有一定特色。 2)用含肼盐热分解法合成SiO2纳米微粒，我们已有报道，论文也已发表；用溶胶—盐析法合成SiO2纳米微粒，我们正在进行之中，已制备出SiO2纳米微粒，经XRD宽化法求出其纳米粒径在5nm左右；用季胺碱凝胶水热法制备掺杂纳米结构SiO2微粒及纳米SiO2介孔材料是我们根据ILER及我们以往的科研工作提出的新思路；用细菌菌丝体如白腐菌、生物酶作模板剂合成SiO2纳米微粒，可以得到生物矿化结构SiO2微粒，国内外报道很少。而且，通过对SiO2纳米微粒进行改性，还可以提高SiO2纳米微粒对纤维素内切酶、漆酶固定化的稳定性。这些想法既有新意，亦具特色。开展这方面的研究必将推动有关纳米材料、及固定化酶方面的环境无机材料、及生物配位化学的发展。 5、 年度研究计划及预期研究结果。 年度计划和预测进展： 2005.1～2005.12 堆砌法合成5～50nm硅溶胶； 含肼盐热分解法、用溶胶—盐析法、用季胺碱凝胶水热法合成SiO2纳米微粒、及纳米SiO2介孔材料，用Rietveld计算机程序对SiO2纳米微粒进行衍射图谱指标化计算，并利用上述纳米SiO2微粒固定化纤维素内切酶、漆酶，进行固定化酶方法研究，并进行DTMC降解的测试。 预计发表论文三篇，国内外核心刊物发表2篇； 2006.1～2006.12 用短杆细菌体(如白腐菌)、生物酶如木瓜水解酶作模板剂合成生物矿化SiO2纳米微粒；并用含肼盐热分解法、溶胶—盐析法、季胺碱凝胶水热法制备TiO2/ SiO2、ZnO2/ SiO2、ZrO2/ SiO2等SiO2掺杂纳米微粒、及纳米SiO2介孔材料，用Rietveld计算机程序对SiO2纳米微粒、纳米SiO2介孔材料及掺杂SiO2纳米微粒进行衍射图谱指标化计算。并用掺杂SiO2纳米微粒固定化纤维素内切酶、漆酶，进行DTMC降解的测试。 进行掺杂SiO2纳米微粒固定化酶与纳米SiO2微粒固定化酶降解DTMC性能比较，以检测掺杂离子或氧化物的协同作用。 撰写论文三篇，国外发表论文2篇； 2007.1～2007.12 进行纤维素内切酶、漆酶降解DTMC机理的研究，比较游离态纤维素内切酶、漆酶与固定化纤维素内切酶、漆酶酶活性区别，进行DTMC降解条件优化的研究； 对SiO2纳米微粒进行改性，进行提高SiO2纳米微粒对纤维素内切酶、漆酶固定化的稳定性的研究； 进行酶的脱附与回收研究，筛选出最佳工艺。 撰写论文 三篇，国内外核心刊物发表论文3篇。 预期研究成果 1) 合成SiO2纳米微粒、及纳米SiO2介孔材料，生物矿化的SiO2纳米微粒；并合成掺杂SiO2纳米微粒及纳米SiO2介孔材料，期望对所选定降解DTMC的纤维素内切酶、漆酶能起稳定固定化作用，使酶的活性在水溶液中稳定性提高，以便提供环境部门进行野外DTMC降解研究。 2) 筛选出对固定化酶切实可行的固定方法，并筛选出降解DTMC的最佳的反应酸度、反应温度、反应时间、最佳照射光度。 3) 发表具有一定学术水平的论文不少于八篇，其中在国外学术刊物上发表(SCI引录)的论文不少于四篇，其余均发表在国内核心刊物上。 4) 若有在一定酸度、反应温度、反应时间、光照强度下对DTMC降解具有特别明显作用，并对纤维素内切酶、漆酶固定化稳定性相当优异的SiO2纳米微粒、及纳米SiO2介孔材料，拟对其SiO2合成方法、及固定化酶方法等申请专利。 5) 筛选出最佳纤维素内切酶、漆酶的脱附与回收工艺。 6) 培养四～五名研究生。 （二）研究基础与工作条件 1、工作基础 申请者长期从事生物无机化学及表面配位化学的科研工作，对纳米材料化学和酶的生物技术有坚实的基础和丰富的经验。 本项目主要成员的研究方向均为生物无机化学、固体材料化学和环境化学。项目负责人在南京大学的博士论文就是关于固体材料及酶的生物技术方面的。毕业后，主要从事配合物（如大环配合物及生物配合物）、硅溶胶及硅藻土改性方面的研究。曾在南京大学陈荣三教授指导下，对硅藻土对尿激酶吸附性能、治疗硅肺及硅溶胶等方面做过研究，发现：1）α-石英对细胞膜上Ca2+ -ATP酶的活性有抑制作用以及各种硅氧化物的细胞毒性性与细胞膜脂质的过氧化相关等。曾合成了金属与多肽的配合物，如：钐和锝与博莱霉素的生物配合物，这种用放射性同位素153Sm或99Tc 标记的靶向化合物可将153Sm或99Tc定向带到人体肺癌部位，达到化疗作用。这些靶向标记药物已经在上海市肺科医院试用，取得较满意的疗效。2）硅溶胶和水合肼、有机酸形成含肼盐的前驱化合物，热分解获得超细SiO2。3）常温下，尿激酶在浙江硅藻土和吉林硅藻土表面的吸附等温线分别为V型和II型；焙烧后两者皆转为III型。吸附等温线类型与硅藻土表面结构、孔结构、表面ζ电位有关。在400℃焙烧的硅藻土等电点最低，吸附量最大；改性后，吸附量也发生改变。4）熔剂焙烧硅藻土经有机胺、聚醇、有机阳离子、有机官能团和金属离子等改性后，其等电点值及尿激酶吸附量等表面性质发生了明显变化。其中，多聚阳离子如：锆胶改性后，能对尿激酶起固定吸附作用，对尿激酶也起“结合点”作用，使硅藻土对尿激酶吸附量增加。5）用堆砌法合成大粒径的硅溶胶，经Sears滴定法[6]测定出最大粒径为50nm；并研究了NaCl对硅溶胶胶体的稳定性。当NaCl浓度高于0.230mol∕L时，硅溶胶发生盐析，然后， 析出的溶胶胶粒高速分散于有机溶剂中，经浓缩成为纳米SiO2。该纳米SiO2经XRD测试，衍射峰发生宽化现象，用谢乐公式计算，纳米粒径为5.15 nm。6）对于含有360ppb DDT的水样，加入漆酶 0.17mg∕ml时，DDT的降解率为20%；而加入纤维素内切酶0.17mg∕ml左右时，DDT的降解率为30～40%。 如上所述，本项目负责人和主要参加者对本课题各有关方面均有相当的研究工作积累，并在相关领域已取得了一定的研究成果，在国内外著名学术刊物上已发表了一些有一定学术水平的论文。我们想要指出：对于本项目中的难点和关键问题，即：能否合成出水溶液中能均匀分散的不同粒径、孔结构、表面性质的SiO2纳米微粒、及纳米SiO2介孔材料；能否合成出生物矿化纳米结构SiO2；能否使SiO2微粒稳定地固定化酶；对此我们已做了前期的验证性研究并取得令人鼓舞的结果，其中部分结果已发表在国内外学术刊物上。所以，一旦获得资助，我们完全有信心完成本项目并取得相当有意义的研究成果。 2、 工作条件 我实验室具备无机合成所需的必要设备和条件。有快速称量的高精度电子天平，实验室有真空干 燥箱，紫外可见光谱仪，电导仪，高分辨率光学显微镜，离子电极测量仪及差热热重分析仪等。电子计算机两台（有对衍射图谱指标化及对其他图谱进行解析计算的Rietveld计算机程序）。 我校分析测试中心有数种大型仪器，如付利叶变换红外光谱仪，X射线衍射仪， 500兆核磁共振 仪，扫描和透射电子显微镜，顺磁共振仪及各种色谱仪和元素分析仪等。可有偿使用。 合作单位北京大学是北京地区唯一具备分析检测环境中有机农药、多氯联苯、二恶英和环境内分泌干扰污染物质能力的机构，并且北大环境学院拥有环境污染模拟与控制国家重点实验室，有强大的分析、测量能力。 课题负责人杨宇翔毕业于南京大学并和陈荣三教授长期合作，拟利用南京大学配位化学研究所国家重点实验室（正在申请中）。 3、 请人简历 杨宇翔：1991年南京大学博士毕业。现为华东理工大学化学和制药学院化学系教授。曾从事生物 无机化学、表面配位化学及超分子化学方面的研究。 参加或主持多项基金和委托项目并获得过国家教委，江苏省和上海市科技进步二等奖各一项。如：1985-88年参加硅溶胶胶粒生长规律及其应用的研究，该项目获得国家教委科技进步二等奖。1988-91年从事尿激酶吸