[發(fā)明專利]一種小球藻細(xì)胞表面耗氧保護(hù)層的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811156727.3
• 申請(qǐng)日: 2018-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN109251865B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃鑫;蘇東悅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C12N1/12
• 分類號(hào): C12N1/12;C12R1/89
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種小球藻細(xì)胞表面耗氧保護(hù)層的制備方法。本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小球藻細(xì)胞表面耗氧保護(hù)層的制備方法。本發(fā)明的目的是將細(xì)胞表面工程技術(shù)引入到了綠藻細(xì)胞表面，通過綠藻細(xì)胞表面的單包覆實(shí)現(xiàn)了綠藻細(xì)胞在大氣環(huán)境下產(chǎn)生氫氣；在細(xì)胞表面人工構(gòu)筑功能化保護(hù)層來改進(jìn)生物體固有的性質(zhì)和功能。方法：一、蛋白核小球藻細(xì)胞的培養(yǎng)；二、制備聚多巴胺修飾的蛋白核小球藻細(xì)胞；三、制備聚多巴胺與漆酶包覆的蛋白核小球藻細(xì)胞。本發(fā)明在蛋白核小球藻表面構(gòu)筑一層雙組分結(jié)構(gòu)的耗氧保護(hù)層。該耗氧保護(hù)層具有較好的生物相容性，不但能夠維持生物體自身活性，使蛋白核小球藻周圍保持厭氧環(huán)境產(chǎn)生氫氣，并且在外界環(huán)境不利時(shí)對(duì)于生物體具有一定的防御保護(hù)作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小球藻細(xì)胞表面耗氧保護(hù)層的制備方法。

背景技術(shù)

能源是人類社會(huì)生存與發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著化石燃料的日益消耗殆盡,尋求并開發(fā)清潔無污染的綠色替代能源已成為科技工作者關(guān)注的重要課題。氫能作為一種無碳的清潔能源，具有發(fā)熱值高、能量轉(zhuǎn)化效率高和燃燒產(chǎn)物清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)，無疑是一種極有潛力的化石燃料替代能源。但是氫能是次級(jí)能源載體，必須由其他能源轉(zhuǎn)換生成。目前制氫的方法有電解水制氫、水煤氣法制氫、由石油熱裂的合成氣和天然氣制氫、焦?fàn)t煤氣冷凍制氫、電解食鹽水的副產(chǎn)氫、釀造工業(yè)副產(chǎn)和鐵與水蒸氣反應(yīng)制氫；上述方式將不可再生的化石能源轉(zhuǎn)化成氫能，或需消耗大量的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這種以消耗不可再生能源為代價(jià)的轉(zhuǎn)化方式并不能改進(jìn)能源消耗的結(jié)構(gòu)，也不能節(jié)約能源，成本高，并且不可持續(xù)等。相比之下，生物制氫是氫氣生產(chǎn)的一種綠色途徑，在氫能的研究中越來越受到重視，基于光能驅(qū)動(dòng)的氫氣轉(zhuǎn)化過程頗具發(fā)展前景。所謂的生物制氫是通過完整的細(xì)胞催化有機(jī)物或水裂解生成氫氣，制氫機(jī)制包括直接光裂解、間接光裂解、光發(fā)酵和暗發(fā)酵。其中直接光裂解是指生物體利用太陽能作為能量，光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)催化水裂解產(chǎn)生氫氣的過程。該過程的產(chǎn)氫電子來源于水，綠藻在光照厭氧條件下主要以該方式產(chǎn)生氫氣。綠藻中催化產(chǎn)氫的酶為[FeFe]-氫酶。直接光裂解機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)氫電子來源于水，無需添加其他有機(jī)底物作為電子供體；光能、CO₂、無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽和構(gòu)成了綠藻產(chǎn)氫的基本體系。這種制備氫氣過程的優(yōu)點(diǎn)為耗能低、效率高、可再生、原料成本低、制氫過程不污染環(huán)境等。

自1939年Gaffron發(fā)現(xiàn)厭氧條件Scenedesmus obliquus與氫氣代謝相關(guān)的活動(dòng)后，科學(xué)家們陸續(xù)開展了綠藻產(chǎn)氫方面的研究。綠藻制氫在氫能的研究中越來越受到重視，這種光能驅(qū)動(dòng)的氫氣轉(zhuǎn)化過程頗具發(fā)展前景。在自然界中，綠藻能夠通過光合系統(tǒng)與氫酶的共同作用下將水光解生成氫氣，其中水光解生成的電子經(jīng)過鐵氧化還原蛋白傳遞給氫酶，氫酶還原質(zhì)子生成氫氣，所以氫酶的正常表達(dá)與激活是綠藻產(chǎn)氫的關(guān)鍵。PSⅡ光裂解水生成氧氣、電子和質(zhì)子，產(chǎn)生的電子通過線性電子傳遞鏈(LET)經(jīng)Fd傳遞到氫酶，還原質(zhì)子生成氫氣。通過該途徑能達(dá)到將太陽能轉(zhuǎn)化為氫能的理論最大能量轉(zhuǎn)化率。但是氫酶對(duì)氧氣極為敏感，PSⅡ光解水伴隨著大量氧氣的放出，短時(shí)間內(nèi)就能完全抑制氫酶反應(yīng)的進(jìn)行，只有在厭氧的環(huán)境下氫酶才能夠表達(dá)與激活。目前，綠藻制氫的方法主要有缺硫培養(yǎng)、基因工程手段構(gòu)造耐氧氫酶和仿生硅化自組裝等方法，使綠藻處于厭氧環(huán)境產(chǎn)生氫氣。但現(xiàn)有通過細(xì)胞表面工程技術(shù)來改變綠藻細(xì)胞在大氣環(huán)境下由產(chǎn)氧變?yōu)楫a(chǎn)氫的相關(guān)研究還比較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是將細(xì)胞表面工程技術(shù)引入到了綠藻細(xì)胞表面，通過綠藻細(xì)胞表面的單包覆實(shí)現(xiàn)了綠藻細(xì)胞在大氣環(huán)境下產(chǎn)生氫氣；在細(xì)胞表面人工構(gòu)筑功能化保護(hù)層來改進(jìn)生物體固有的性質(zhì)和功能，而提供了一種小球藻細(xì)胞表面耗氧保護(hù)層的制備方法。

一種小球藻細(xì)胞表面耗氧保護(hù)層的制備方法具體是按以下步驟進(jìn)行的：

一、蛋白核小球藻細(xì)胞的培養(yǎng)：選擇蛋白核小球藻作為生物模板，利用TAP培養(yǎng)基在溫度為25～30℃的光照培養(yǎng)箱中持續(xù)光照1200～4800LUX進(jìn)行培養(yǎng)，當(dāng)?shù)鞍缀诵∏蛟寮?xì)胞數(shù)目達(dá)到對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí)進(jìn)行包覆，得到生長(zhǎng)對(duì)數(shù)期的蛋白核小球藻細(xì)胞；