磁性纳米材料固定化微杆菌细胞的研究(10)
4.3.3 温度对固定化细胞和游离细胞活性的影响
如图4.11所见，随着反应温度的提高，无论是固定化细胞还是游离细胞，酶活都逐步提高，在温度45℃下最高，在此温度下固定化细胞和游离细胞的酶活都比20℃提高了一倍多。当温度达到50℃时，其相对酶活下降也没有游离细胞快，可能与固定化后对细胞产生了一定保护。同时也说明磁性纳米材料没有细胞毒性，也为其他医疗应用提供了基础。
图4.11 温度对固定化细胞和游离细胞酶活的影响
4.3.4 温度对固定化细胞和游离细胞稳定性的影响
固定化细胞和游离细胞在不同温度下的稳定性试验结果如图4.12所示。可以看出在30℃,40℃，50℃下固定化细胞的剩余酶活均高于游离细胞。随着温度的提高，对细胞内酶产生了一定的变性作用，酶活力也随之下降。经计算得到游离细胞和固定化细胞在30℃，40℃，50℃下的一级失活常数（k1）和酶的半衰期t1/2，见表4.1。50℃下固定化细胞的失活常数为0.1188 h-1，高于游离细胞的0.25 h-1，可见进过固定化后，酶活稳定性得到了提高。
固定化可以提高酶的温度稳定性，这在Rogalski等固定化AsPergillu terreu F-413、Dumitriu等固定化Tricnoderma viride等的报道中都有类似的结果，但不同载体对不同酶的影响有所不同。M.sardar报道了Eudragit S-100固定化ɑ-淀粉酶会使热稳定性降低，而使ß-葡萄糖苷酶和胰岛素等的热稳定性增强。
图4.12 固定化细胞和游离细胞温度稳定性(a)30℃,(b)40℃,(c)50℃
表4.1 不同温度下固定化细胞和游离细胞的失活常数
游离细胞 固定化细胞
T/℃ k/h-1 t1/2/h-1 k/h-1 t1/2/h-1
30 0.0174 39.83 0.0089 77.86
40 0.0382 18.14 0.0196 35.36
50 0.25 2.77 0.1188 5.83
4.3.5 固定化细胞重复利用
利用固定于磁性Fe3O4 /CS纳米材料的细胞，将固定化细胞用于催化反应，经过多次重复反应后的结果如图4.13所示。经过5次重复使用时，游离细胞的转化率迅速下降，到反应到第10批时，转化率仅有10%左右，而此时固定化细胞对底物二酯的催化效果仍有70%，其酶活在重复使用过程中失活速度远远低于游离细胞。这也可能与固定化细胞有较好的温度稳定性，使得在40℃下，细胞活性较好。
图4.13 固定化细胞和游离细胞的重复利用
5 总结与展望
本实验主要做了三方面的研究：一：探索了利用磁性Fe3O4纳米颗粒和高粘度的壳聚糖在交联剂戊二醛的作用下合成磁性Fe3O4 /CS纳米材料，并对合成材料进行了红外光谱、X射线衍射、磁滞回线等性能和外观的表征，证实了合成材料含有Fe3O4和壳聚糖，材料具有晶型结构，且其比饱和磁化强度为51.67 emu/g。二：研究将微杆菌细胞固定到磁性Fe3O4 /CS纳米材料上的方法，进过条件优化，确定了采用pH 7.0，0.1M的磷酸盐缓冲液体系，在摇床振动吸附4h后，每1.5g湿磁性材料可以完全固定10mg干重的微杆菌细胞。
三：对固定化后的细胞性能进行表征：固定化后的细胞的最适反应pH和最适反应温度都没有发生偏离，仍为pH8.0和45℃。而固定化细胞在30℃，40℃，50℃下，细胞稳定性均好于游离细胞。说明磁性Fe3O4 /CS纳米材料对微杆菌细胞无细胞毒性。固定化细胞在重复操作10次后仍有70%转化率，远远高于游离细胞的10%转化率。