[发明专利]一种细胞表面人工自组装膜

说明书

本发明涉及一种细胞表面人工自组装膜，特别是一种含有纳米粒为特征的两亲聚电解质复合水凝胶膜，细胞表面人工自组装膜是两亲聚电解质复合水凝胶膜，组成膜的成分中至少含有一种两亲聚电解质。这种膜结构用于非水相细胞催化体系，具有不易脱落、减少细胞毒性、提高整体生物催化效率、不损伤细胞、低传质阻力的优点。

技术领域

本发明涉及一种细胞表面人工自组装膜，特别是一种含有纳米粒为特征的两亲聚电解质复合水凝胶膜。

背景技术

基于酶和微生物细胞的生物催化技术，由于具有反应温和高效及高选择性特点，能够简化工艺流程，提高产品产量和纯度，已经在工业生产中取得突破性进展，尤其在生产精细化学品和药物的工艺中，一些更加绿色和可持续的生物催化工艺正在或已经取代传统的化学反应路径，成为工业合成光学纯氨基酸、乳酸、燃料乙醇、1,3-丙二醇等手性药物、材料、能源、精细化工产品的重要工具。在上述生物催化反应过程中，常涉及有机溶剂、水-溶剂两相体系、超临界流体、离子液体等非水相介质的应用，以提高疏水性底物和产物溶解性，但高毒性往往不利于生物催化剂的活性保持。为此，很多研究者通过固定化技术与非水相介质结合，包埋微生物于多孔固定化载体内，以避免介质环境对活性的破坏。但常见的水凝胶固定化载体由于多为粒径在300微米-3000微米的微粒，凝胶微粒自身也会造成传质阻力，影响包埋细胞的活性。为此，有人提出在细胞表面形成聚电解质复合膜来解决传统固定化载体的传质阻力问题，但目前公开的细胞表面形成的聚电解质复合膜的稳定性较差，且对于非水相催化体系仍然存在疏水产物滞留在胞内产生细胞毒性问题。

发明内容

为了克服现有技术制造的复合膜稳定性较差且容易产生毒性的不足，发明人提出在细胞表面，引入两亲纳米粒，即将带电荷的两亲纳米粒与带有相反电荷的聚电解质，通过静电相互作用，层层自组装到细胞表面形成含有纳米粒结构的两亲聚电解质复合水凝胶膜；本发明中的自组装膜中含有两亲纳米粒，膜成分包括如下组合：

组合1：含有两亲壳聚糖纳米粒和聚阴离子，聚阴离子为海藻酸盐分子或海藻酸盐衍生物中的一种或一种以上；其中，壳聚糖纳米粒与聚阴离子的质量比为1:5-5:1，膜厚度在1-50微米；

其制备步骤如下：

1)离心收集细胞，将细胞重悬，均匀分散在两亲壳聚糖纳米粒溶液中，反应1-20分钟，离心清洗反应后的细胞；

2)将步骤1)的反应清洗后的细胞重悬，均匀分散在聚阴离子溶液中，反应1-20分钟，离心清洗反应后的细胞；

3)交替重复步骤1)和步骤2)的过程0-5次，即在细胞表面得到含有纳米粒的聚电解质复合水凝胶膜。

其中，所述组合1成分中的两亲壳聚糖纳米粒由两亲改性的壳聚糖衍生物自组装而成纳米粒，或者由两亲改性的壳聚糖衍生物与参与生物催化反应的底物分子(如：氨基酸、葡萄糖等小分子糖、有机酸、醇类等)自组装而成纳米粒，粒径在50-500nm。

所述组合1成分中的海藻酸盐包括海藻酸钠或海藻酸钾，分子量在20-400kDa。

所述组合1成分中的海藻酸盐衍生物为海藻酸盐羧基或羟基修饰的衍生物，分子量在20-500kDa，且衍生物能够溶于pH6-7.5的水溶液。

组合2：含有两亲海藻酸钠纳米粒和聚阳离子，聚阳离子为聚赖氨酸分子、壳聚糖分子或壳聚糖衍生物中的一种或一种以上；其中，两亲海藻酸钠纳米粒与聚阳离子的质量比为1:5-5:1，膜厚度在1-50微米。其制备步骤如下：

1)离心收集细胞，将细胞重悬，均匀分散在聚阳离子溶液中，反应1-20分钟，离心清洗反应后的细胞；

2)将步骤1)的反应清洗后的细胞重悬，均匀分散在两亲海藻酸钠纳米粒溶液中，反应1-20分钟，离心清洗反应后的细胞；

3)交替重复步骤1)和步骤2)的过程0-5次，即在细胞表面得到含有纳米粒的聚电解质复合水凝胶膜。