Immobilization of lipase from Burkholderia cepacia for thermal stability using layered double hydroxides for self-degradable poly-caprolactone film
자가분해성 폴리카프로락톤 필름 제조와 열적 안정성 향상을 위한 층상 이중 수산화물을 이용한 리파아제 고정화
- 주제(키워드) Polycaprolactone , Layered double hydroxides , Enzyme immobilization , Thermal stability , Biodegradable polymer
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 Jaejoon Han
- 발행년도 2024
- 학위수여년월 2024. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 대학원 융합생명공학과
- 원문페이지 61 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000289305
- UCI I804:11009-000000289305
- DOI 10.23186/korea.000000289305.11009.0001571
- 본문언어 영어
초록/요약
A tunable self-degradation of biodegradable polymer is a promising idea in various fields where complete degradation of the polymers is needed after the short-term end of use. In this study, we investigated the immobilization of lipase from Burkholderia cepacia (BCL) on layered double hydroxides (LDH) for thermal stability and prepared a self-degradable poly-caprolactone (PCL) film. BCL was immobilized in LDH with an immobilization efficiency (IE) of 30.0±2.1% and a specific activity of 22.1±5.8 unit/mg. Despite the slightly low IE, the specific activity of reBCL increased, suggesting that the immobilization method using LDH is economically advantageous. The release kinetics experiment was conducted to observe the accelerated release of BCL by anion exchange. The rapid release of BCL in the Na2SO4 solution indicated that BCL was exchanged with SO42-. The thermal stability test showed that LDH is an effective inorganic in protecting BCL from heat, supported by the thermogravimetric analysis. FTIR analysis revealed the presence of BCL and the chemical composition of BCL-LDH. BCL disrupted the formation of a typical coral reef-like structure of LDH, resulting in disordered morphological properties observed in scanning electron microscopy images. The degradation rate of various PCL films in distilled water (DW) and phosphate-buffered saline (PBS) suggested that PCL degradation was accelerated in PBS than in DW due to the anion exchange of PO43- in the solution. In addition, BCL immobilization in LDH prevented inactivation in dichloromethane, assisting the fast degradation of the PCL film. This study proved the applicability of a PCL film with a controllable degradation rate by embedding BCL immobilized in LDH.
more초록/요약
오늘날 다양한 분야에서 생분해성 폴리머가 이용되고 있다. 그러나 분해 속도가 느린 생분해성 폴리머의 사용은 폐기물 축적으로 이어져 환경에 또다른 위협을 가할 수 있다. 단기간 이용 후 효소에 의해 완전히 자가 분해되는 생분해성 폴리머는 이러한 생분해성 폴리머의 이용 한계를 극복하는 대안일 수 있다. 본 논문에서는 lipase from Burkholderia cepacia (BCL)를 층상 이중 수산화물 (LDH) 내부에 고정화하여 BCL-LDH를 합성하고, 이를 폴리카프로락톤 필름에 첨가하여 분해 양상을 관찰하였다. 최적 합성 조건에서 BCL-LDH는 30.0±2.1%의 고정화효율과 22.1±5.8 unit/mg의 방출 후 비활성을 보였다. 다소 낮은 고정화효율에도 불구하고 유리 BCL 대비 230%의 높은 비활성을 보이므로, LDH를 이용한 고정화방법은 경제적으로 유리한 고정화 방법으로 평가되었다. 방출 동역학 실험을 통해 Na2SO4 용액에서 SO42- 양이온 제공으로 인해 BCL 방출이 가속됨을 확인하였다. BCL-LDH의 열적 안정성 실험 및 TGA 결과는 LDH에 고정화됨으로써 내부 BCL의 열적 안정성이 향상되었음을 입증하였다. FTIR 분석은 BCL-LDH의 화학적 구조를 통해 BCL의 고정화 여부와 LDH의 특징적인 기능기를 확인하였다. SEM 이미지를 통해 BCL이 첨가된 LDH는 hydrotalcite의 전형적인 산호초 모양 구조를 형성하여 무질서한 형태학적 특성을 지님을 관찰하였다. 다양한 LDH 가 용매 캐스팅법을 통해 PCL 필름에 첨가된 후 DW와 PBS 내에서 침지 분해되었다. PBS 내에서 BCL이 LDH로부터 방출되며 PCL의 분해를 가속화하였다. 또한, BCL의 LDH 고정화는 dichloromethane에 의한 불활성화로부터 BCL을 보호하여 BCL의 용매 안정성이 증가하였다. 해당 연구를 통해 LDH에 고정화된 BCL을 내장함으로써 조절 가능한 분해 속도를 지닌 PCL 필름의 응용 가능성을 확인하였다.
more목차
ABSTRACT i
국문 초록 iii
TABLE OF CONTENTS v
LIST OF TABLES vii
LIST OF FIGURES vii
CHAPTER 1. INTRODUCTION 1
CHAPTER 2. MATERIALS AND METHODS 7
2.1 Materials 7
2.2 Desalting of enzyme powder 8
2.3 Immobilization of BCL into LDH 8
2.4 Protein concentration 12
2.5 Total activity and specific activity 12
2.6 Thermal stability 13
2.7 Release kinetic test 14
2.8 Preparation of PCL films 14
2.9 Enzymatic degradation of PCL films 15
2.10 X-ray diffraction (XRD) analysis 15
2.11 Fourier transform infrared (FTIR) analysis 16
2.12 Field emission scanning electronic microscope (FE-SEM) analysis 16
2.13 Thermogravimetric analysis (TGA) 16
2.14 Statistical analysis 17
CHAPTER 3. RESULTS AND DISCUSSION 18
3.1 Characterization of BCL-LDH 18
3.1.1 Specific activity and total activity 18
3.1.2 Immobilization efficiency (IE) 19
3.1.3 Field emission scanning electronic microscope (FE-SEM) analysis 22
3.1.4 Release kinetic test 24
3.1.5 Thermal stability 26
3.1.6 Thermogravimetric analysis (TGA) 28
3.1.7 Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) 31
3.1.8 X-ray diffraction (XRD) 33
3.2 Enzymatic degradation of BCL-LDH 35
3.2.1 Appearance 35
3.2.2 Weight loss 37
3.2.3 Field emission scanning electronic microscope (FE-SEM) analysis 39
3.2.4 X-ray diffraction (XRD) 41
CONCLUSION 43
REFERENCES 44
