[发明专利]一种微通道内纳米材料混合液分段流培养生物被膜的方法

说明书

一种微通道内纳米材料混合液分段流培养生物被膜的方法，以硅烷试剂修饰微通道内壁，修饰完成后，微通道用微流泵将预培养的重组菌株通入管道中，菌株内植固定后，通入含纳米材料的培养液，采用单相流培养，随后利用T‑型接头连接第二个微流泵注入灭菌空气，采用“空气/纳米材料混合培养液”分段流，在微通道反应器内培养菌株制备稳定生长的生物被膜。该法设计新颖，操作简便，条件温和，解决了重组大肠杆菌在微通道反应器中难以定植和生物被膜生长不可控的技术难题，实现了微通道内生物被膜的可控制备，且其通透性得到明显改善。

技术领域

本发明涉及生物工程领域，具体涉及一种微通道内纳米材料混合液分段流培养生物被膜的方法。

背景技术

现有技术：微生物在自然界中主要以生物被膜的生活方式存在，生物被膜主要由表面相关的微生物群体以及微生物形成的絮凝体或凝聚体构成，能够适应各种各样的环境压力。生物被膜有机体能在各种各样的界面(如油/水/空气)产生，并能嵌入自身分泌的胞外聚合物，从而在生物被膜内部以特定的生态位和谐地受益(Trends in Biotechnology,2009,27(11),636-643)。十多年前，人们一直尝试将生物被膜作为一种新型的全细胞催化剂用于化学合成，后逐步拓展到精细化学扩展到精细化学品、生物燃料和微生物燃料电池等领域，但仅限于常规反应器，且大多情况下生物被膜在反应器内无序过度生长甚至无法控制导致传质受限从而降低反应器的工作效率(Chemie Ingenieur Technik,2014,86(12),2215-2225)。为了解决细菌形成生物被膜不可控的问题，因而亟需找到一种控制生物被膜稳定生长的方法。

微流控技术作为影响人类未来15件最重要的发明之一，具有高速混合、高效传热、停留时间分布窄、重复性好、系统响应迅速、便于自动化控制、几乎无放大效应以及安全性能高等诸多优点。微尺度下通道尺寸更接近与生物体内环境，微流传质更能精准的控制细胞生长环境和过程。近年来，随着微流化学(Microfluidic chemistry)和微流控技术(Microfluidic technique)的迅猛发展，以微尺度流体理论、芯片实验室(Lab-on-a-Chip)、微流控生物工程技术为依托，微流控系统基础、方法学及其在生命科学的应用研究逐步深入，人们探索将生物被膜应用于微反应器(Organic Process Research&Development,2016,20(2):361-370)。细菌粘附于接触微反应器通道的从表面，分泌多糖基质、纤维蛋白、脂质蛋白等，将其自身包绕其中而形成的大量细菌聚集膜样物。如Ng等用阳离子改性蛋白cBSA-147作为静电介导将大肠杆菌E.coli BL21star(DE3)定植在毛细管柱中，可对映选择性拆分乙酰乙酸乙酯合成R-(-)羟基丁酸乙酯(Biointerphases,5(3),41-47)。2014年，德国多特蒙德工业大学Schmid和Buehler教授课题组在微通道内定植生物被膜取得了重大突破(Biotechnology and Bioengineering,111(9),1831-1840)，课题组应用分段流技术在连续流多相反应器中实现了生物被膜生长和分布的技术制备的Pseudomonas sp.VLB120DC单菌膜催化苯乙烯环氧化反应高效生成(S)-氧化苯乙烯(ee>99.8％)。然而，这些探索仍然存在不足，前者生物被膜在毫米甚至微米尺寸的微通道内难以固定且生长较慢。后者制备的生物菌膜结构过于致密通透性较差，不利于溶液中底物与重组菌株表达的酶蛋白接触，降低催化效果。因此本发明提出的对微通道进行表面修饰，并采用纳米材料与菌株混合培养快速形成生物被膜及改善其结构。