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基于二氧化硅的材料固定化枯草芽孢杆菌的研究

方晓雨  
【摘要】:利用枯草芽孢杆菌发酵法生产肌苷,难以分离、提纯发酵所生产的肌苷,影响产量。为解决上述问题,本研究尝试利用生物固定枯草芽孢杆菌生产肌苷,即利用Sol-Gel法合成基于SiO2的材料包埋枯草芽孢杆菌生产肌苷。 固定化细胞的核心问题之一是材料的设计与合成。与传统用于固定化细胞的有机载体相比,基于SiO2的材料机械强度高,化学稳定性好,无毒副作用,抗微生物能力强,具有可调控的多孔结构,有利于细胞的传质发生,并为细胞提供良好的生物适应性,亲水性等微环境。虽然科研人员早就采用Sol-Gel法,以TMOS、TEOS为硅源合成多孔硅胶材料固定酶、细胞,但由于成胶过程释放醇类物质对酶,细胞有毒害作用,并且亲水性差,限制了其应用。本论文采用Sol-Gel法,用两类硅源:烷氧基与水溶性硅源合成有机物修饰TMOS、TEOS、硅酸钠溶液等复合硅胶包埋枯草芽孢杆菌产肌苷并研究包埋过程对枯草芽孢杆菌影响因素,为包埋载体的合成提供参考。 采用TMOS为硅源合成TMOS硅胶,TEOS为硅源合成释放微量酒精的TEOS硅胶;生物适应性好的DGS及其与有机物掺杂的复合硅胶;MSS、MMS硅胶,用TMOS与海藻酸钙合成双层结构复合硅胶并研究材料的结构,用这些合成的硅胶包埋枯草芽孢杆菌产肌苷。这些硅胶材料是介孔材料,其中有部分是微孔。其肌苷的产量也比自由态的枯草芽孢杆菌产量高,TMOS/海藻酸钙复合硅胶包埋枯草芽孢杆菌产肌苷的量可以达到13.45g/L。 采用硅酸钠溶液为硅源合成硅酸钠凝胶,含微量Na+的H+交换硅酸钠凝胶及其与GLTES掺杂的复合硅胶,用纳米二氧化硅粉末与海藻酸钠合成的复合硅胶,用这些合成的硅胶包埋枯草芽孢杆菌产肌苷并且分析材料与细胞的相互作用。这些硅胶材料是介孔材料,其孔径分布范围为4-40nm,包埋后,细胞完整无缺,其肌苷产量有所提高,特别是GLTES/H+交换硅酸钠溶液合成的复合硅胶包埋枯草芽孢杆菌产肌苷的量可以达到14.91g/L。 由此可知,水溶性硅源较烷氧基硅源前驱体合成的硅胶具有较大的孔径,更好的生物适应性与亲水性,并产生更多的肌苷。


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