[發明專利]一種有機/無機水凝膠及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201310473087.X
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103642784A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 喬向利
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C12N11/08
• 分類號: C12N11/08;C12N11/04;C07K17/08;C07K17/04
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明屬于固定化生物領域，特別涉及一種適用于包埋處理的有機/無機水凝膠及其制備方法和應用。

背景技術

固定化生物技術是從20世紀60年代發展起來的一項新技術，它是用化學的或者物理的手段和方法將游離細胞或酶定位在某一特定空間范圍內，保留其固有的催化活性，且能夠被重復和連續使用的現代生物工程技術。

固定化包埋技術由于具有包埋微生物密度高，耐外界環境沖擊能力強，固液分離簡單，操作簡單等優點，因此在化工合成，催化，食品，能源制造及廢水處理等領域具有廣泛的應用前景。但是目前的包埋微生物普遍存在活性低、壽命短的缺點，難以實現大規模工業化應用。因此，如何在保證包埋載體內微生物活性的基礎上，提高載體的壽命，使之在反應器中長期穩定運行是目前的難題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種適用于包埋處理的有機/無機水凝膠及其制備方法和應用。本發明提供的水凝膠具有高強度、使用周期長等優點，可在流化反應器中運行超過1.5年以上，且微生物活性在包埋后可保持90％以上；其制備原料來源廣泛，成本低，且制備方法在常溫有氧條件下即可操作，操作簡便；該水凝膠可廣泛應用于多種微生物、酶、蛋白質及非微生物種類物質的包埋，并可大規模工業化制備。

本發明的目的在于提供一種有機/無機水凝膠，其特征在于：每1ml所述水凝膠中，包含如下組分，含雙鍵的單體0.05-0.14g、烷基硅氧烷0-0.25ml、含烯類基團的硅氧烷0-0.35ml、交聯劑0.002～0.01g；安息香二甲醚或安息香二乙醚0.001-0.018g、四甲基乙二胺0.01-0.05ml、過硫酸鹽0.0003-0.0067g；其中，烷氧基硅烷與含烯類基團的硅氧烷的用量不同時為0；

或每1ml所述水凝膠中，包含如下組分，含雙鍵的單體0.05-0.14g、烷基硅氧烷0-0.25ml、含烯類基團的硅氧烷0-0.35ml、交聯劑0.002～0.01g；過氧化苯甲酰0.0005-0.015g；四甲基乙二胺0.01-0.05ml、過硫酸鹽0.0003-0.0067g。

所述的過硫酸鹽選自過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈉中的任一種；所述的含雙鍵的單體為丙烯酰胺、甲基丙烯酸羥乙酯或兩種的混合物；所述的硅氧烷為四甲基硅氧烷或四乙基硅氧烷；含烯類基團的硅氧烷為乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。

本發明的另一目的在于提供一種上述有機/無機水凝膠的制備方法，包括：

（1）將含雙鍵的單體溶于去離子水a中，加入交聯劑,用稀酸調整pH為1-5.5，在調整pH后的溶液中加入含烯類基團的硅氧烷及烷基硅氧烷，攪拌至水解，制得溶液A；

或將含雙鍵的單體溶于去離子水b中，加入交聯劑，制得溶液A1；在離子水c中用稀酸調整其pH為1-5.5，然后加入含烯類基團的硅氧烷及烷基硅氧烷，攪拌至水解，制得溶液A2；合并溶液A1和A2，制得溶液A；去離子水b與去離子水c的體積之和等于去離子水a的體積；

其中，含雙鍵的單體與交聯劑的質量比為12-35：1；含雙鍵的單體與去離子水a的配比為6-15g：100ml；含烯類基團的硅氧烷與含雙鍵的單體的質量比為0-10:4-1；烷基硅氧烷與含雙鍵的單體的質量為0-10g：4-1g;

（2）在上述溶液A中加入安息香二甲醚或安息香二乙醚、四甲基乙二胺以及過硫酸鹽，攪拌均勻，得混合液B；其中，過硫酸鹽在混合液B中的質量體積比為0.03-0.67%(g/ml),安息香二甲醚或安息香二乙醚在混合液B中的質量體積比為0.1-1.2%(g/ml)，四甲基乙二胺在混合液B中的體積比為1-5％（ml/ml）；

或在上述溶液A中加入過氧化苯甲酰、四甲基乙二胺以及過硫酸鹽引發劑，得混合液C；其中，其中，過硫酸鹽引發劑在混合液C中的質量體積比為0.03-0.67%(g/ml),過氧化苯甲酰在混合液C中的質量體積比為0.05-1.5%(g/ml)；四甲基乙二胺在混合液C中的體積比為1-5％（ml/ml）；

（3）將步驟2）制得的混合液B置于輻照光源下輻照2-8分鐘，進行固化，制得水凝膠；

或將步驟2）制得的混合液C或B于60-80℃進行聚合反應，反應時間3-8小時，制得水凝膠。

所述步驟（1）中的交聯劑為N,N′-亞甲基雙丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的任一種或幾種的混合物；