專利名稱：膨潤(rùn)土、羅望子膠與海藻酸鈉復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功能性高分子材料領(lǐng)域，尤其是固定化細(xì)胞載體的材料。
背景技術(shù)：
固定化細(xì)胞載體是近三十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型功能性高分子材料。固定化細(xì)胞載體 球可通過(guò)包埋、共價(jià)鍵結(jié)合植物、動(dòng)物、微生物細(xì)胞等生物活性物質(zhì)，使生物活性物質(zhì)具有 良好的操作性能和生產(chǎn)性能，應(yīng)用于多種領(lǐng)域。
國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)固定化細(xì)胞載體的研究十分重視。研究了多種固定化載體，我們于2007年 9月20日申請(qǐng)了 "膨潤(rùn)土、生物多糖復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體及其制備方法"，申請(qǐng)?zhí)枮?200710151906. 3，該發(fā)明專利申請(qǐng)具有以下特點(diǎn)
1. 以卡拉膠、瓜爾豆膠等復(fù)合天然植物多糖及膨潤(rùn)土為原料，氯化鉀溶液為固化劑，制 備出固定化細(xì)胞載體球。原料容易獲得，成本較低。
2. 載體球形態(tài)均一，直徑為3 5mra;機(jī)械強(qiáng)度為1. 70 1. 90kg/g; X射線證實(shí)膨潤(rùn)土完 全剝離；DSC試驗(yàn)證實(shí)膨潤(rùn)土、生物多糖復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體分解溫度為243.8'C;載體 在pH2 ll環(huán)境下較穩(wěn)定。所制備載體無(wú)毒、生物相容性好，具有良好的操作性能、生產(chǎn)性 能、耐熱性能和反應(yīng)特性。這些性能在同類載體中是比較突出的，受到了用戶的歡迎。經(jīng)過(guò) 實(shí)踐有些性能還存在繼續(xù)提高的空間。1.由于卡拉膠自身性能決定，固化溫度為35'C，在進(jìn) 行固化細(xì)胞的操作過(guò)程中，對(duì)微生物活性的損失還較大；2.雖然載體材料的機(jī)械強(qiáng)度達(dá)到了 1.70 1.90kg/g，但經(jīng)過(guò)多次反復(fù)使用后，還會(huì)有破損，造成微生物的流失，進(jìn)而降低了固定 化的效率；3.經(jīng)DSC熱分析證明，固定化細(xì)胞載體的分解溫度為243.8'C，耐熱性能還有待 進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種膨潤(rùn)土、羅望子膠與海藻酸鈉復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體及其制 備的方法。該載體其具有機(jī)械強(qiáng)度高、PH適用范圍寬、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)， 可作為固定化細(xì)胞的載體應(yīng)用于食品、生物醫(yī)學(xué)、生物工程、環(huán)境科學(xué)以及化工生產(chǎn)等不同 領(lǐng)域。本發(fā)明膨潤(rùn)土、羅望子膠與海藻酸鈉復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體的制備方法如下
1) 在溫度為85。C 95'C，配制重量百分濃度是2.4 3.0°/。的羅望子膠和海藻酸鈉的復(fù) 合水溶液，羅望子膠與海藻酸鈉質(zhì)量比為(4 5): 1，恒溫?cái)嚢杈鶆?，得到羅望子膠和海藻 酸鈉復(fù)合溶液，然后向上述復(fù)合溶液中加入膨潤(rùn)土，其中膨潤(rùn)土與復(fù)合溶液比為質(zhì)量(g): 體積(ml) = (0.5 1.0): 100，然后冷卻至室溫，備用，
2) 在溫度為3 5°C邊攪拌邊將膨潤(rùn)土的復(fù)合溶液滴入重量百分濃度為2. 5 3. 5%的氯 化鈣溶液中，復(fù)合溶液和氯化鈣溶液的體積比為G 1.5): 10，恒溫固化反應(yīng)1 2小時(shí)， 初步形成膨潤(rùn)土、羅望子膠與海藻酸鈉復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體，
3) 室溫下，過(guò)濾去除氯化鈣溶液，用去離子水洗滌，然后吸去表面水分，再將初步形 成的復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體加到重量百分濃度為2. 5 3. 5%的四硼酸鈉溶液中，復(fù)合凝膠 固定化細(xì)胞載體和四硼酸鈉溶液體積比為(1 1.5): 20，固化3 4小時(shí)，
4) 過(guò)濾去四硼酸鈉溶液，用去離子水洗滌，保存在生理鹽水中，即制得膨潤(rùn)土、羅望 子膠與海藻酸鈉復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體。
上述技術(shù)方案中的羅望子膠和海藻酸鈉都是凝膠體，在特定的固化劑中形成多孔的網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)的載體，如果用單一海藻酸鈉制成的固定化細(xì)胞載體球易發(fā)生破損、軟化等問(wèn)題，凝膠 顆粒的穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度較差，不利于固定化細(xì)胞的多次利用；而羅望子膠本身單獨(dú)無(wú)法成 球，目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有使用羅望子膠做固定化細(xì)胞載體的報(bào)道。
膨潤(rùn)土是一種天然產(chǎn)物，它是一種含水富鎂鋁的硅酸鹽礦物，它是表面積很大的極薄的 片狀晶體，化學(xué)通式為[(Al2—xMg)2] 'Si040u)]2' [ (0H) 2] nH20,其晶體結(jié)構(gòu)由兩層硅氧四 面體夾著一層鋁氧八面體形成夾心薄片結(jié)構(gòu)，薄片表面的凈負(fù)電荷使它們能夠吸引Na+、 Ca+、 MgS+或Z^+等陽(yáng)離子，這些陽(yáng)離子易被其他有機(jī)或無(wú)機(jī)陽(yáng)離子交換，因此經(jīng)常用來(lái)對(duì)高聚物進(jìn) 行改性。有機(jī)單體進(jìn)入膨潤(rùn)土層間原位聚合或聚合物直接插入膨潤(rùn)土層間，導(dǎo)致膨潤(rùn)土片層 間距離增大甚至剝離而均勻分散于聚合物基體中，形成插層型或剝離型納米復(fù)合材料。同時(shí)， 膨潤(rùn)土的資源豐富，廣泛應(yīng)用于冶金、石油、鑄造、食品、化工、環(huán)保及其他工業(yè)部門。因 此以膨潤(rùn)土、海藻酸鈉與羅望子膠為原料制備的固定化細(xì)胞載體是本發(fā)明的重點(diǎn)。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1.本發(fā)明是以羅望子膠和海藻酸鈉復(fù)合生物多糖及膨潤(rùn)土為原料，氯化鈣溶液和四硼酸
4鈉溶液為固化劑，制備出固定化細(xì)胞載體。原材料價(jià)廉易得，羅望子膠比卡拉膠價(jià)低，膨潤(rùn) 土的使用，更有利于節(jié)約成本。載體制備方法簡(jiǎn)單，固化溫度可從35'C降至室溫，在室溫下 操作凝膠載體成型速度快，可減少包埋微生物的活性的損失。
2.以膨潤(rùn)土作為原料之一，除保持生物相容性良好，耐酸堿性強(qiáng)，在pH3 ll環(huán)境下穩(wěn) 定，具有良好的操作性能、生產(chǎn)性能和反應(yīng)活性等優(yōu)點(diǎn)之外，載體材料的機(jī)械強(qiáng)度與彈性更 好，從1.70-1. 90kg/g提高到2.50-2. 70kg/g，反復(fù)使用的破損率大大減小，減少了微生物 流失，提高了固定化效率。大孔的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更為明顯，耐熱性能更強(qiáng)，DSC熱分析證明 載體分解溫度為526.2t:，比原申請(qǐng)專利技術(shù)提高了28(TC。用作酶、微生物細(xì)胞、動(dòng)植物細(xì) 胞的固定化載體，應(yīng)用前景更為廣闊。


圖1為本發(fā)明的表面SEM照片(放大倍數(shù)為35倍)
圖2為本發(fā)明的表面SEM照片(放大倍數(shù)為300倍)
圖3為本發(fā)明的內(nèi)部SEM照片(放大倍數(shù)為300倍)
圖4為本發(fā)明的內(nèi)部SEM照片(放大倍數(shù)為1000倍)
圖5為載體材料的DSC熱分析曲線(分解溫度為526. 2'C)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明 實(shí)施例l
1) 在溫度為85"C、轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分鐘的條件下，配制重量百分濃度是2. 4%的羅望子 膠和海藻酸鈉的復(fù)合水溶液，羅望子膠與海藻酸鈉質(zhì)量比為5: 1，恒溫?cái)嚢?5分鐘，得到 羅望子膠和海藻酸鈉復(fù)合溶液，然后向上述復(fù)合溶液中加入膨潤(rùn)土，其中膨潤(rùn)土與復(fù)合溶液
比為質(zhì)量(g):體積(ml) =0.5: 100，然后冷卻至室溫，備用；
2) 在溫度為3。C、 120轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下，用帶有7號(hào)針頭的注射器將膨潤(rùn)土的復(fù)合溶 液滴入重量百分濃度為2.5%的氯化鈣溶液中，膨潤(rùn)土的復(fù)合溶液和氯化鈣溶液的體積比為 1: 10，恒溫固化反應(yīng)2小時(shí)，初步形成膨潤(rùn)土、羅望子膠與海藻酸鈉復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞 載體，3) 室溫下，過(guò)濾去除氯化鈣溶液，用去離子水洗滌2次，然后用濾紙吸去表面水分， 再將初步形成的復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體加到重量百分濃度為2.5%的四硼酸鈉溶液中，復(fù)
合凝膠固定化細(xì)胞載體和四硼酸鈉溶液體積比為1: 20，固化3小時(shí)；
4) 過(guò)濾去四硼酸鈉溶液，用去離子水洗滌2次，保存在生理鹽水中，即制得膨潤(rùn)土、 羅望子膠與海藻酸鈉復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體。
實(shí)施例2
1) 在溫度為95'C、轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分鐘的條件下，配制重量百分濃度是3. 0%的羅望子 膠和海藻酸鈉的復(fù)合水溶液，羅望子膠與海藻酸鈉質(zhì)量比為4: 1，恒溫?cái)嚢?5分鐘，得到 羅望子膠和海藻酸鈉復(fù)合溶液，然后向上述復(fù)合溶液中加入膨潤(rùn)土，其中膨潤(rùn)土與復(fù)合溶液
比為質(zhì)量(g):體積(ml) =1.0: 100，然后冷卻至室溫，備用；
2) 在溫度為5'C、 150轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下，用帶有7號(hào)針頭的注射器將膨潤(rùn)土的復(fù)合溶 液滴到重量百分濃度為3.5%的氯化鈣溶液中，膨潤(rùn)土的復(fù)合溶液和氯化鈣溶液的體積比為 1.5: 10，恒溫固化反應(yīng)2小時(shí)，初步形成膨潤(rùn)土、羅望子膠與海藻酸鈉復(fù)合凝膠固定化細(xì) 胞載體；
3) 室溫下，過(guò)濾去除氯化鈣溶液，用去離子水洗滌4次，然后用濾紙吸去表面水分， 再將初步形成的復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體加到重量百分濃度為3.5%的四硼酸鈉溶液中，復(fù) 合凝膠固定化細(xì)胞載體和四硼酸鈉溶液體積比為1.5: 20，固化4小時(shí)；
4) 過(guò)濾去四硼酸鈉溶液，用去離子水洗滌4次，保存在生理鹽水中，即制得膨潤(rùn)土、 羅望子膠與海藻酸鈉復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體。
實(shí)施例3
1) 在溫度為90'C、轉(zhuǎn)速為550轉(zhuǎn)/分鐘的條件下，配制重量百分濃度是2. 7%的羅望子 膠和海藻酸鈉的復(fù)合水溶液，羅望子膠與海藻酸鈉質(zhì)量比為4.5: 1，恒溫?cái)嚢?0分鐘，得 到羅望子膠和海藻酸鈉復(fù)合溶液，然后向上述復(fù)合溶液中加入膨潤(rùn)土，其中膨潤(rùn)土與復(fù)合溶
液比為質(zhì)量(g):體積(ml) =0.75: 100，然后冷卻至室溫，備用；
2) 在溫度為4'C、 135轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下，用帶有7號(hào)針頭的注射器將膨潤(rùn)土的復(fù)合溶 液滴到重量百分濃度為3.0%的氯化鈣溶液中，膨潤(rùn)土的復(fù)合溶液和氯化鈣溶液的體積比為 1.25: 10，恒溫固化反應(yīng)1.5小時(shí)，初步形成膨潤(rùn)土、羅望子膠與海藻酸鈉復(fù)合凝膠固定化 細(xì)胞載體；3) 室溫下，過(guò)濾去除氯化鈣溶液，用去離子水洗滌3次，然后用濾紙吸去表面水分， 再將初步形成的復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體加到重量百分濃度為3.0%的四硼酸鈉溶液中，復(fù) 合凝膠固定化細(xì)胞載體和四硼酸鈉溶液體積比為1.25: 20，固化3.5小時(shí)；
4) 過(guò)濾去四硼酸鈉溶液，用去離子水洗滌3次，保存在生理鹽水中，即制得膨潤(rùn)土、 羅望子膠與海藻酸鈉復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體。
對(duì)實(shí)施例l、 2、 3所制得的產(chǎn)品進(jìn)行掃描電鏡觀察證實(shí)球體內(nèi)部均呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 表面呈多孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)，表面粗糙，有許多褶皺與突起，載體球形態(tài)均一，直徑2 3mm， 力學(xué)試驗(yàn)證實(shí)，機(jī)械強(qiáng)度為2. 50 2. 70kg/g; X射線衍射證實(shí)膨潤(rùn)土完全剝離；DSC熱分析 證明膨潤(rùn)土、羅望子膠與海藻酸鈉復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體分解溫度為526.2'C;載體在 pH3 ll環(huán)境下較穩(wěn)定，均達(dá)到了發(fā)明目的。
權(quán)利要求
1、膨潤(rùn)土、羅望子膠與海藻酸鈉復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體的制備方法，其特征如下1)在溫度為85℃～95℃，配制重量百分濃度是2.4～3.0％的羅望子膠和海藻酸鈉的復(fù)合水溶液，羅望子膠與海藻酸鈉質(zhì)量比為(4～5)∶1，恒溫?cái)嚢杈鶆?，得到羅望子膠和海藻酸鈉的復(fù)合溶液，然后向上述復(fù)合溶液中加入膨潤(rùn)土，其中膨潤(rùn)土與復(fù)合溶液比為質(zhì)量(g)∶體積(ml)＝(0.5～1.0)∶100，然后冷卻至室溫，備用，2)在溫度為3～5℃邊攪拌邊將膨潤(rùn)土的復(fù)合溶液滴入重量百分濃度為2.5～3.5％的氯化鈣溶液中，膨潤(rùn)土的復(fù)合溶液和氯化鈣溶液的體積比為(1～1.5)∶10，恒溫固化反應(yīng)1～2小時(shí)，初步形成膨潤(rùn)土、羅望子膠與海藻酸鈉復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體，3)室溫下，過(guò)濾去除氯化鈣溶液，用去離子水洗滌，然后吸去表面水分，再將初步形成的復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體加到重量百分濃度為2.5～3.5％的四硼酸鈉溶液中，復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體和四硼酸鈉溶液體積比為(1～1.5)∶20，固化3～4小時(shí)，4)過(guò)濾去四硼酸鈉溶液，用去離子水洗滌，保存在生理鹽水中，即制得膨潤(rùn)土、羅望子膠與海藻酸鈉復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體。
全文摘要
本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，我們?cè)趯＠暾?qǐng)?zhí)枮?00710151906.3中公開的膨潤(rùn)土、生物多糖復(fù)合凝膠固定化細(xì)胞載體的凝膠原料為卡拉膠、瓜爾豆膠復(fù)合天然植物多糖，各種性能均比既有技術(shù)提高，但固化溫度較高，而熱分解溫度和機(jī)械強(qiáng)度較低，使微生物活性的損失較大，因此細(xì)胞載體球的破壞率較大，為了進(jìn)一步提高這些性能，采用羅望子膠與海藻酸鈉復(fù)合生物多糖制備成2.4％-3.0％的水溶液，取100ml，然后在水溶液中再加入膨潤(rùn)土0.5-1g，冷卻到3-5℃，經(jīng)2.5％-3.5％的氯化鈣溶液和2.5％-3.5％的四硼酸鈉溶液中二次固化，最后將其保持在生理鹽水中，本發(fā)明具有機(jī)械強(qiáng)度和熱分解溫度均高，破損率小，微生物固化率高和成本低的有益效果。
文檔編號(hào)C12N11/00GK101613693SQ20081012637
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者健 姚, 繼 張, 杜兆莉, 梁俊玉, 許生軍, 鄒柯姝, 馬軍義 申請(qǐng)人:西北師范大學(xué)