[发明专利]一种功能性的固定化载体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及细胞固定化技术领域。具体涉及一种功能性的固定化载体及其制备方法。

背景技术

固定化细胞技术是20世纪70年代兴起的一种生物技术。所谓固定化细胞技术是指用物理、化学的手段将游离细胞定位于限定的空间区域，并使其保持催化活性、反复使用的方法。细胞被固定化后具有细胞密度高、反应速度快、耐毒害能力强、产物容易分离、能实现连续操作，可以大大提高生产能力等优势。因此，固定化细胞技术在生物化工上游和环境治理领域具有诱人的应用发展前景。

固定化细胞方法按照固定化载体与细胞作用方式的不同，可以分为吸附法、包埋法、共价结合法、交联法。共价结合法利用细胞表面的反应基团(如氨基、羧基、羟基、巯基、咪唑基)与活化的无机或有机载体反应，形成共价键将细胞固定。此方法的优点是细胞与载体结合紧密，不易脱落，但制备较难，而且细胞活力损失较大，具有一定的局限性。交联法则是利用双功能或多功能试剂与细胞表面的反应基团反应，从而使细胞固定。此法化学反应条件剧烈，对细胞活性影响大，不适于单独应用，实际上此法经常与其他方法结合。目前，固定化细胞最常用的方法为吸附法和包埋法。吸附法利用载体和细胞表面所带电荷的静电引力，使细胞吸附于载体上，该法操作简单，固定化过程对细胞活性影响小。但操作稳定性较差，细胞容易脱落，细胞泄漏率较高。包埋法是将细胞包裹在凝胶网格结构中或半透性聚合薄膜内，小分子的底物和产物可以自由扩散，而细胞却不会扩散到周围介质中去。该法操作简单，对细胞活性影响小，细胞仍能保持较高活力，但载体内部存在着扩散限制作用，其内部的孔隙大小会影响底物的通透性或繁殖，这类方法只适用于小分子底物，对大分子底物不适用。

经现有的文献检索发现，中国专利申请号：95246085.8，专利名称为一种固定化活酵母载体，该专利以泡沫海绵的网络空腔作为海藻酸钙凝胶的骨架支撑，将凝胶填充进海绵中作为酵母固定化的载体，解决了载体不耐冲刷及磨损性能差的问题，但由于海藻酸钙凝胶具有较为致密的结构，会对微生物培养时营养物质的传递造成阻力，进而影响微生物的生长及繁殖。为了改善传质效果，刘铮等人(专利申请号200510130675.9)发明了一种土壤修复用固体复合微生物微球，该方法以海藻酸钙为包埋材料，固体碳酸钙为固体致孔剂，作为土壤修复的复合菌剂使用，但作为发酵培养固定化的载体时，由于载体具有的超大孔使得微生物在培养时由于搅拌或振荡等作用很容易遗失，固定化效率极低。此外，为了改善传质效果，Ogbonna，J.C(Bioresource Technology)等人采用丝瓜海绵作为固定化载体用于乙醇的发酵，虽然丝瓜海绵具有较大的比表面积和丰富的网络空腔有利于细胞的吸附，但在培养过程中菌体遗失也较为严重，固定化效率较低。目前，尚未发现通过设计具有功能性外层和具有超大孔的内核组成的壳-核复合结构载体同时解决传质阻力和菌体遗失的问题，本发明中的超大孔内核有利于细胞负载和繁殖，功能性薄层不仅能防止高效菌体的流失，保持高生物浓度，而且具有强化传质或磁性响应的特性，提升了固定化载体的功效，拓宽了固定化载体的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于制备一种功能性的固定化载体，该固定化载体具有的主要特征是功能性外层和具有超大孔的内核组成壳-核复合结构。载体内部是由具有贯通的尺寸在1-400μm的超大孔材料构成，有明显的内部网络结构，比表面积较大，有利于细胞负载和生长。外部由凝胶为主要基质功能性薄层，厚度为200-4000μm，依据不同设计方法，可制备具有不同功能的薄层，如：大孔薄层、磁性薄层、或大孔磁性复合薄层。功能性薄层的存在，不仅能防止高效菌体的流失，单位体积生物浓度高，而且具有强化传质、磁性感应的特性，提升了固定化细胞载体的功效，改善了传质性能。

为实现上述目的，本发明具体的技术方案为：(本发明的所有浓度未加说明者均为质量体积浓度)