[發明專利]一種高分子蒙脫石載菌凝膠球的制備方法

在審

• 申請號: 201410571712.9
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN105585742A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 呂英海;李桂江;鄒玉紅;崔立強;周仕學
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: C08L5/04
• 分類號: C08L5/04;C08L89/00;C08K3/34;C08K5/07;C08K3/16;C08J3/24;C08J3/12;C08J3/075;C12N11/14;C12N11/10;C12N11/04;C12R1/19
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技術領域

本發明涉及一種高分子水凝膠球的制備方法，屬于生物化工和環保功能材料領域。

背景技術

固定化細胞的應用極其廣泛，目前該技術己經普遍應用于工業、醫療診斷、化學分析、環境保護、能源開發與相關理論研究等多個領域。一個理想的固定化微生物材料要基本具備以下條件：(1)密集微生物，維持反應器中的生物量濃度；(2)載體具有較高的機械強度，傳質阻力小；(3)載體可再生，并可重復使用；(4)載體價格低廉，固定化方法費用低；(5)載體與微生物的固定結合強度高，能耐水力波動的沖擊；(6)載體對微生物無毒，能抗微生物分解。

常用的固定化材料包括無機載體、有機高分子載體、復合載體等多種類型。無機載體具有機械強度大、對微生物無毒性、不易被微生物分解、耐酸堿、成本低、壽命長等特性。蒙脫石屬于天然無機載體，為蒙皂石族單斜晶系，TOT型，其單位晶胞是由兩層Si-O四面體夾一層Al-O八面體構成，晶格置換、破鍵、八面體片層解離等因素都會導致蒙脫石具有電負性，使蒙脫石易于吸附帶正電荷的有機陽離子。此外，蒙脫石還具有較大的比表面積、優良的吸附特性、良好的納米空間結構，這使它在作為固定化細胞載體等方面的應用具有更多的優越性。但是無機載體固定化細胞時，主要靠吸附作用和電荷效應(范德化力、氫鍵及靜電作用)，細胞結合不牢固，容易脫落。

有機高分子載體中的天然高分子凝膠載體一般具有生物相容性好、制備工藝簡單、傳質性能好等優點。常見的天然高分子凝膠有瓊脂、角叉萊膠、海藻酸鈣、甲殼素等。在這幾種天然載體中，瓊脂強度最差，角叉萊膠價格較貴，甲殼素不溶于普通試劑。相比之下，海藻酸鈣具有價格低廉、制備容易、傳質性能好等優點，應用最為廣泛。但海藻酸鈉強度較低，在厭氧條件下易被微生物分解，壽命較短。由于有機和無機載體材料各有其優缺點，而兩類材料在許多方面互補。因此，可將這兩類材料結合在一起，組成復合載體材料，以改進材料的性能。

包埋法是將微生物限定在凝膠的微小格子或微膠囊等有限空間內，同時能讓基質滲入和產物擴散出來。包埋法對微生物活性影響小、顆粒強度高，是目前研究最多的固定化方法。交聯法是通過微生物與具有兩個或兩個以上的官能基團的試劑反應，使微生物菌體相互連接成網狀結構，而達到固定微生物的目的。在包埋過程中讓天然有機高分子發生交聯，會使高分子凝膠更加穩定、堅固。雖然，固定化微生物細胞的凝膠基質可以防止細胞的泄漏，但同時也是底物和氧分子擴散的屏障。擴散阻礙會引起表觀反應速率的下降。有時，甚至會由于質量傳遞限制而改變包埋固定在凝膠顆粒中細胞的代謝行為。因此，在固定化細胞動力學研究過程中應考慮凝膠內物質的擴散行為。同時，顆粒的完整性受其機械強度、相互碰撞、摩擦和剪切力的影響，這些因素都會導致顆粒破裂。因此，包埋顆粒的機械強度和耐久性也是固定化微生物操作是否成功的關鍵。

發明內容

包埋載體應具備對微生物無毒，制備容易，傳質性能好，價格便宜等特點，海藻酸鈉作為載體具有操作方便，包埋微生物的活性高。明膠是一種常用的蛋白質膠凝劑,溶解性好而且價格低廉,可以很好的改善海藻酸鈉的成型效果。利用海藻酸鈉與明膠聯合固定化制備的膠粒與單一的應用海藻酸鈉相比可以提供更大的固定化空間,有利于物質的擴散。蒙脫石結構特征決定其層間域具有優良的離子交換性能和分子吸附特征。將海藻酸鈉、明膠與蒙脫石一起制備凝膠小球，可以解決蒙脫石在水中具有的分散懸浮性強、固液分離速度慢、絮凝物脫水效果差、不易分離等缺點。

稱取適量海藻酸鈉置于沸水中攪拌使其充分溶解，冷卻至室溫，配制濃度為5.0%的海藻酸鈉母液；稱取適量明膠置于沸水中攪拌使其充分溶解，冷卻至室溫，配制濃度為30.0%的明膠母液；取適量配制好的明膠母液、海藻酸鈉母液，加入適量蒙脫石及蒸餾水混合均勻，使海藻酸鈉濃度為1-4%，明膠濃度為0.5-3%，蒙脫石濃度為0.02-0.1g/mL，混合溶液體積為5-20mL。通過注射器(針頭型號22-27G)的針頭將上述混合液以5cm高度注入30mL含有濃度為0.4-0.7%的戊二醛及濃度為3-6%的氯化鈣混合溶液中，立即形成光滑的微球體。將此固定化小球在上述溶液中靜置3-10h，倒掉混合溶液，用適量蒸餾水洗滌小球兩次，備用。