[發(fā)明專利]一種微通道內(nèi)納米材料混合液分段流培養(yǎng)生物被膜的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710770550.5
• 申請(qǐng)日: 2017-08-31
• 公開（公告）號(hào): CN107760617B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王俊;朱長(zhǎng)通;梅藝苑;許晏;盛晟;吳福安
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C12N1/20
• 分類號(hào): C12N1/20;C12N11/08
• 代理公司: 32200 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 樓高潮

一種微通道內(nèi)納米材料混合液分段流培養(yǎng)生物被膜的方法，以硅烷試劑修飾微通道內(nèi)壁，修飾完成后，微通道用微流泵將預(yù)培養(yǎng)的重組菌株通入管道中，菌株內(nèi)植固定后，通入含納米材料的培養(yǎng)液，采用單相流培養(yǎng)，隨后利用T?型接頭連接第二個(gè)微流泵注入滅菌空氣，采用“空氣/納米材料混合培養(yǎng)液”分段流，在微通道反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)菌株制備穩(wěn)定生長(zhǎng)的生物被膜。該法設(shè)計(jì)新穎，操作簡(jiǎn)便，條件溫和，解決了重組大腸桿菌在微通道反應(yīng)器中難以定植和生物被膜生長(zhǎng)不可控的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了微通道內(nèi)生物被膜的可控制備，且其通透性得到明顯改善。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物工程領(lǐng)域，具體涉及一種微通道內(nèi)納米材料混合液分段流培養(yǎng)生物被膜的方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)：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關(guān)的微生物群體以及微生物形成的絮凝體或凝聚體構(gòu)成，能夠適應(yīng)各種各樣的環(huán)境壓力。生物被膜有機(jī)體能在各種各樣的界面(如油/水/空氣)產(chǎn)生，并能嵌入自身分泌的胞外聚合物，從而在生物被膜內(nèi)部以特定的生態(tài)位和諧地受益(Trends in Biotechnology,2009,27(11),636-643)。十多年前，人們一直嘗試將生物被膜作為一種新型的全細(xì)胞催化劑用于化學(xué)合成，后逐步拓展到精細(xì)化學(xué)擴(kuò)展到精細(xì)化學(xué)品、生物燃料和微生物燃料電池等領(lǐng)域，但僅限于常規(guī)反應(yīng)器，且大多情況下生物被膜在反應(yīng)器內(nèi)無序過度生長(zhǎng)甚至無法控制導(dǎo)致傳質(zhì)受限從而降低反應(yīng)器的工作效率(Chemie Ingenieur Technik,2014,86(12),2215-2225)。為了解決細(xì)菌形成生物被膜不可控的問題，因而亟需找到一種控制生物被膜穩(wěn)定生長(zhǎng)的方法。

微流控技術(shù)作為影響人類未來15件最重要的發(fā)明之一，具有高速混合、高效傳熱、停留時(shí)間分布窄、重復(fù)性好、系統(tǒng)響應(yīng)迅速、便于自動(dòng)化控制、幾乎無放大效應(yīng)以及安全性能高等諸多優(yōu)點(diǎn)。微尺度下通道尺寸更接近與生物體內(nèi)環(huán)境，微流傳質(zhì)更能精準(zhǔn)的控制細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境和過程。近年來，隨著微流化學(xué)(Microfluidic chemistry)和微流控技術(shù)(Microfluidic technique)的迅猛發(fā)展，以微尺度流體理論、芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab-on-a-Chip)、微流控生物工程技術(shù)為依托，微流控系統(tǒng)基礎(chǔ)、方法學(xué)及其在生命科學(xué)的應(yīng)用研究逐步深入，人們探索將生物被膜應(yīng)用于微反應(yīng)器(Organic Process Research&Development,2016,20(2):361-370)。細(xì)菌粘附于接觸微反應(yīng)器通道的從表面，分泌多糖基質(zhì)、纖維蛋白、脂質(zhì)蛋白等，將其自身包繞其中而形成的大量細(xì)菌聚集膜樣物。如Ng等用陽(yáng)離子改性蛋白cBSA-147作為靜電介導(dǎo)將大腸桿菌E.coli BL21star(DE3)定植在毛細(xì)管柱中，可對(duì)映選擇性拆分乙酰乙酸乙酯合成R-(-)羥基丁酸乙酯(Biointerphases,5(3),41-47)。2014年，德國(guó)多特蒙德工業(yè)大學(xué)Schmid和Buehler教授課題組在微通道內(nèi)定植生物被膜取得了重大突破(Biotechnology and Bioengineering,111(9),1831-1840)，課題組應(yīng)用分段流技術(shù)在連續(xù)流多相反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)了生物被膜生長(zhǎng)和分布的技術(shù)制備的Pseudomonas sp.VLB120DC單菌膜催化苯乙烯環(huán)氧化反應(yīng)高效生成(S)-氧化苯乙烯(ee>99.8％)。然而，這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內(nèi)難以固定且生長(zhǎng)較慢。后者制備的生物菌膜結(jié)構(gòu)過于致密通透性較差，不利于溶液中底物與重組菌株表達(dá)的酶蛋白接觸，降低催化效果。因此本發(fā)明提出的對(duì)微通道進(jìn)行表面修飾，并采用納米材料與菌株混合培養(yǎng)快速形成生物被膜及改善其結(jié)構(gòu)。