[发明专利]一种负载离子液体中空液芯微囊化细胞及其应用

说明书

技术领域

本发明属于生物微胶囊固定化细胞技术领域，具体涉及一种负载离子液体中空液芯微囊化细胞及其应用。

背景技术

离子液体(Ionic liquids，ILs)是室温下呈液体的有机熔盐，它由有机阳离子(如烷基咪唑离子、烷基吡啶离子、季胺盐离子等)和不同负离子组成。与传统的水和有机溶剂相比，离子液体具有以下特性：1)基本无蒸汽压，不易燃易爆，有优异的化学和热稳定性；2)对许多有机和无机化合物具有良好溶解性，并且易分离溶解于其中的化合物；3)使酶或微生物全细胞表现出较高的催化活性、操作稳定性和立体选择性。

近年来，陆续出现了一些在绿色、高性能离子液体介质体系中利用全细胞体系进行生物催化反应的研究报道。此前，全细胞催化经常使用有机溶剂和水组成的两相系统作为催化介质，但有机溶剂本身的毒性会对细胞膜造成破坏，影响其催化能力，还造成环境污染，那么采用离子液体来替代有机溶剂则是一种新的尝试。研究表明，以离子液体作为催化介质，不仅有利于维持细胞的完整性、改善细胞膜的通透性，并且能够提高其催化能力以及化学键的选择性。

文献(李扬，曹红*，李春，郑兰，张馨.不同阴离子组成的离子液体对产紫青霉生长、代谢及催化特性的影响[J].高等学校化学学报,2014,35(5):1057-1062.DOI:10.7503/cjcu20130859)以甘草酸(Glycyrrhizin,GL)生物转化为更高效、更安全的单葡萄糖醛酸基甘草次酸(Glycyrrhetinic acid monoglucuronide,GAMG)为目的，分别在几种含不同离子液体的介质中初步进行了Penicillium purpurogenum Li-3全细胞生物转化GL生成GAMG的研究。结果表明，在1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM]PF₆)/缓冲液两相体系中，GAMG的产率比在纯缓冲液中高出了2倍多。由此可以看出，选择适当的离子液体作为催化介质可以提高Penicillium purpurogenum Li-3菌株全细胞催化效率。

然而，离子液体作为生物催化介质价格昂贵、使用量大以及回收困难而导致使用成本高的问题一直成为其应用于生物催化领域亟待解决的难题。

此外，为了增加底物的转化量、提高微生物全细胞催化的稳定性和重复利用率，以及增强细胞对逆境的耐受性，文献(Hong Cao,Hai Ye,Chun Li,Lan-Lan Zheng,Yang Li,Qiao-Feng Ouyang.Effect of microencapsulated cell preparation technology and conditions on Penicillium purpurogenum Li-3strain cells usable performance[J].Process Biochemistry,2014,49:791–796.)选用无毒且生物相容性较好的海藻酸钠和壳聚糖作为制备微胶囊的材料：先利用离子移变作用，制得载细胞海藻酸钙微球；再利用聚电解质络合反应，用壳聚糖溶液在制得的载细胞海藻酸钙凝胶微球(囊芯)的表面覆一层半透囊膜，即制得海藻酸钠-壳聚糖微胶囊固定化Penicillium purpurogenum Li-3细胞(以下简称微囊化细胞)。实验结果显示，该微囊化细胞重复使用12次后，细胞活性回收率仍能达到55.3％，细胞破损率仅为7.1％。这一尝试为将细胞固定化技术应用于生物转化GL定向合成GAMG提供了依据。

在上述前期工作的基础上，若能将离子液体应用到细胞固定化技术中，不仅能进一步促进细胞的催化活性，还能大大减少了离子液体的使用量，并且利于离子液体的循环利用，对于离子液体使用成本高、使用量大和难于回收利用的问题便迎刃而解。但关于负载离子液体微囊化细胞制备及其在生物催化领域的应用至今未见报道。

发明内容

本发明提供了一种负载离子液体中空液芯微囊化细胞，该微囊化细胞中负载有离子液体，从而大大提升了微囊化细胞的催化活性。

一种负载离子液体中空液芯微囊化细胞，是通过以下步骤制备获得的：

(1)配制含氯化钙、壳聚糖、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐的混合溶液；

(2)将该混合溶液与Penicillium purpurogenum Li-3菌悬液混合，获得混悬液；

(3)将所述混悬液逐滴滴入海藻酸钠溶液中，即得所述负载离子液体中空液芯微囊化细胞。