磁性纳米材料固定化微杆菌细胞的研究(6)
磁性微球应用于细胞的固定化，具有以下优点：磁性微球颗粒小，接近于纳米尺寸，有巨大的比表面积，能对周围的小颗粒产生较强的吸附作用，将底物颗粒富集于微球表面的细胞周围[26]。便于底物与细胞充分接触；固定化细胞从反应体系中分离和回收简便；利用外部磁场可以控制磁性材料固定细胞的运动和方向，替代传统的机械搅拌，提高固定化酶的催化效率[27]。
1.4.2 研究思路
本实验利用磁性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，通过对磁性纳米材料的表征来探讨壳聚糖包裹的纳米材料是否能够提高材料的磁性。接着使用微杆菌细胞直接固定到磁性Fe3O4 /CS纳米材料上，探讨固定化了的微杆菌细胞是否便于分离、便于吸附、回收利用。并对固定化的细胞进行性能研究，探讨固定化的细胞比游离细胞是否能提高热稳定性、酶活性等。
2 实验的原理和流程
2.1 实验原理
壳聚糖是天然碱性氨基多聚糖，由甲壳素脱去分子中的乙酰氨基得到，由2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖以β(1→4)糖苷键连接而成[28]。壳聚糖为甲壳素在碱性条件下脱乙酰基产物，是一种天然碱性多糖。壳聚糖分子中含有大量的氨基和羟基活性基团，对金属离子有较强的结合作用，可用于含重金属离子废水的处理及贵重金属的回收。其具有独特的分子结构、易化学修饰、生物相容性等特点，可应用于生物医学等领域[29]。但壳聚糖在酸性溶液中易溶解，稳定性差，难于从吸附基质中分离，使其在应用上受到了限制。将壳聚糖进行改性制备成磁性交联壳聚糖，不但可提高其稳定性及机械强度，还可用简单的磁场分离方法将吸附金属离子后的改性壳聚糖与基质分离，在许多领域有广阔的应用前景。
本实验采用交联法合成壳聚糖，此法将酸性壳聚糖溶液与交联剂直接交联制备壳聚糖凝胶：壳聚糖溶液浸于盛有交联剂的圆盘可制得壳聚糖薄膜；滴入交联剂溶液可制得壳聚糖微球。交联剂兼有交联和活化载体的双重作用[30]。目前戊二醛是使用较多的交联剂，原因在于戊二醛上的氨基不仅能与酶发生Schiff反应，且能与载体壳聚糖发生Schiff反应，从而使酶和载体紧密连接[31]。
采用包埋法、单体聚合法、原位法等可制备磁性壳聚糖，得到的微球粒径分布较宽，对微球的粒径的控制以及对粒径和磁性能的关系问题尚无定论[32]。磁性壳聚糖以吸附容量大、吸附速度快、易洗脱、应用范围广、可以重复利用等优点在固定化酶、废水处理等领域得到初步的应用，并取得很好的使用效果。本实验磁性壳聚糖微球的合成的主要途径是利用壳聚糖直接包埋磁性材料，形成具有磁核的高分子微球或在磁流体存在下通过交联聚合形成磁性微球。
2.2 实验流程
本实验的操作具体分为四大部分进行，具体如下：
3 试验方法与材料
3.1 实验材料
3.1.1 菌种
初始培养基(g/L)：聚蛋白胨10，酵母粉2， MgSO4•7H2O 1.0，pH7.0。
种子液培养基(g/L)：聚蛋白胨10，酵母粉2，MgSO4•7H2O 1.0，pH7.0。
优化后培养基(g/L)：麦芽糖18，酵母粉10，MgSO4•7H2O 1.0，pH7.5。
种子液培养：自平板取一环菌体，无菌操作，接入装液50 ml培养基的250 ml摇瓶中，30 oC，180 rpm培养48 h。
摇瓶发酵培养：250 ml摇瓶，装液量为50 ml，按10% (v/v)的接种量接入种子液5.0mL，在30 oC，180 rpm条件下培养48h。
即得巧克力微杆菌细胞。
3.1.2 主要试剂
表3.1 主要试剂
试剂 级别 生产厂家
壳聚糖 高粘度>400mPa.s Aladdin