[发明专利]具有纳米复合结构的包埋微生物载体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及固定化生物领域，特别是涉及一种具有纳米复合结构的包埋微生物载体及其制备方法。

背景技术

固定化生物技术(Immobilized Biotechnology)是从20世纪60年代开始迅速发展起来的一项新技术，它是通过化学或物理的手段将游离细胞或酶定位于限定的空间区域内，使游离细胞或酶保持活性并可反复利用。固定化生物技术中，所用的微生物在外可每个凝胶珠都可以看成是一个小的生物反应器，由于缩短了扩散距离，转化率明显提高，反应结束后细胞还可以回收并重复使用。

在环保领域中，固定化生物技术具有微生物密度高、反应迅速、微生物流失少、产物易分离、反应过程易控制的优点，是一种高效低耗、运转管理容易和十分有前途的废水处理技术。

固定化生物技术的作用方法大致有吸附法、共价结合法、交联法和包埋法四大类。其中化学交联的高分子凝胶包埋固定法不存在固定不牢导致的脱落和抗冲击性差等问题，对于底物和产物是小分子的体系十分适合。然而凝胶的化学合成过程中往往存在多种有毒有害物质，且制备条件一般较为剧烈，特别是对于温度和压力敏感的微生物来说，经常造成微生物的大批死亡。如何降低有害物质和聚合过程对微生物的影响，是微生物固定化领域需要解决的难题之一。

另一方面，普通的高分子凝胶力学性能较差，当作为微生物载体长期应用于有较强冲击外力的环境中时，如曝气，搅拌等，容易发生碎裂，使用寿命低。如何获得有优良力学性能的包埋微生物载体，是其能否实现工业化应用的关键之一。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种具有纳米复合结构的包埋微生物载体及其制备方法，可解决现有普通的高分子凝胶力学性能较差，制得的微生物载体不能长期在较强冲击外力的环境中应用。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明实施例提供一种具有纳米复合结构的包埋微生物载体，该微生物载体是以水溶性自由基聚合单体、粘土、自由基聚合引发剂、交联剂、水和活性微生物和/或酶为原料，通过聚合反应制备成具有纳米复合结构且内部包埋有保持活性的微生物和/或酶的水凝胶。

本发明实施例还提供一种具有纳米复合结构的包埋微生物载体的制备方法，包括：

按下述的配比取制备微生物载体的各原料：

水溶性自由基聚合单体    5～20wt％

粘土                    0.05～10wt％

自由基聚合引发剂        0.01～1wt％

交联剂                  0.01～2wt％

微生物和/或酶           0.02～5wt％

水                      62～94.91wt％；

将粘土粒子充分分散于水中，然后加入水溶性自由基聚合单体和交联剂充分搅拌，之后加入微生物和/或酶，和自由基聚合引发剂混合均匀得到凝胶液，把凝胶液在常温、常压、密封容器中放置进行自由基聚合直至凝胶化，凝胶化后得到具有纳米复合结构且其内部包埋有保持活性的微生物和/或酶的水凝胶即为具有纳米复合包埋微生物载体。

从上述本发明的技术方案中可以看出，本发明实施例中通过水溶性自由基聚合单体、粘土、自由基聚合引发剂、交联剂、水和活性微生物和/或酶为原料，聚合反应制备成具有纳米复合结构且其内部包埋有保持活性的微生物和/或酶的水凝胶作为微生物载体。聚合过程中采用单体对粘土进行插层或剥离的方法，并通过工艺条件的控制，一方面获得了剥离的片状的纳米复合结构，另一方面将对微生物活性影响最大的单体插层到粘土中，降低了单体与微生物的直接接触，对微生物起到了保护作用；并且采用的常温常压快速成型的工艺条件，也显著减少有害物质与微生物的接触时间，并避免了剧烈的反应条件对微生物活性的破坏。该微生物载体具有纳米复合结构，力学性能优良，不容易发生碎裂，更加适合在有较强冲击力的环境中应用。

具体实施方式

本发明实施例提供一种具有纳米复合结构的包埋微生物载体，该微生物载体是以水溶性可自由基聚合聚合单体5～20wt％、粘土0.05～10wt％、自由基聚合引发剂0.01～1wt％、交联剂0.01～2wt％、微生物和/或酶0.02～5wt％和水62～94.91wt％为原料，通过聚合反应制备成具有纳米复合结构且内部包埋有保持活性的微生物和/或酶的水凝胶。