CN101613693B - 膨润土、罗望子胶与海藻酸钠复合凝胶固定化细胞载体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高分子材料领域，我们在专利申请号为200710151906.3中公开的膨润土、生物多糖复合凝胶固定化细胞载体的凝胶原料为卡拉胶、瓜尔豆胶复合天然植物多糖，各种性能均比既有技术提高，但固化温度较高，而热分解温度和机械强度较低，使微生物活性的损失较大，因此细胞载体球的破坏率较大，为了进一步提高这些性能，采用罗望子胶与海藻酸钠复合生物多糖制备成2.4％-3.0％的水溶液，取100ml，然后在水溶液中再加入膨润土0.5-1g，冷却到3-5℃，经2.5％-3.5％的氯化钙溶液和2.5％-3.5％的四硼酸钠溶液中二次固化，最后将其保持在生理盐水中，本发明具有机械强度和热分解温度均高，破损率小，微生物固化率高和成本低的有益效果。

Description

膨润土、罗望子胶与海藻酸钠复合凝胶固定化细胞载体的制备方法

技术领域

本发明涉及功能性高分子材料领域，尤其是固定化细胞载体的材料。

背景技术

固定化细胞载体是近三十年来发展起来的一种新型功能性高分子材料。固定化细胞载体球可通过包埋、共价键结合植物、动物、微生物细胞等生物活性物质，使生物活性物质具有良好的操作性能和生产性能，应用于多种领域。

国内外学者对固定化细胞载体的研究十分重视。研究了多种固定化载体，我们于2007年9月20日申请了“膨润土、生物多糖复合凝胶固定化细胞载体及其制备方法”，申请号为200710151906.3，该发明专利申请具有以下特点：

1.以卡拉胶、瓜尔豆胶等复合天然植物多糖及膨润土为原料，氯化钾溶液为固化剂，制备出固定化细胞载体球。原料容易获得，成本较低。

2.载体球形态均一，直径为3～5mm；机械强度为1.70～1.90kg/g；X射线证实膨润土完全剥离；DSC试验证实膨润土、生物多糖复合凝胶固定化细胞载体分解温度为243.8℃；载体在pH2～11环境下较稳定。所制备载体无毒、生物相容性好，具有良好的操作性能、生产性能、耐热性能和反应特性。这些性能在同类载体中是比较突出的，受到了用户的欢迎。经过实践有些性能还存在继续提高的空间。1.由于卡拉胶自身性能决定，固化温度为35℃，在进行固化细胞的操作过程中，对微生物活性的损失还较大；2.虽然载体材料的机械强度达到了1.70～1.90kg/g，但经过多次反复使用后，还会有破损，造成微生物的流失，进而降低了固定化的效率；3.经DSC热分析证明，固定化细胞载体的分解温度为243.8℃，耐热性能还有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种膨润土、罗望子胶与海藻酸钠复合凝胶固定化细胞载体及其制备的方法。该载体其具有机械强度高、pH适用范围宽、热稳定性强、生物相容性好等优点，可作为固定化细胞的载体应用于食品、生物医学、生物工程、环境科学以及化工生产等不同领域。

本发明膨润土、罗望子胶与海藻酸钠复合凝胶固定化细胞载体的制备方法如下：

1)在温度为85℃～95℃，配制重量百分浓度是2.4～3.0％的罗望子胶和海藻酸钠的复合水溶液，罗望子胶与海藻酸钠质量比为(4～5)∶1，恒温搅拌均匀，得到罗望子胶和海藻酸钠复合溶液，然后向上述复合溶液中加入膨润土，其中膨润土与复合溶液比为质量(g)∶体积(ml)＝(0.5～1.0)∶100，然后冷却至室温，备用，

2)在温度为3～5℃边搅拌边将膨润土的复合溶液滴入重量百分浓度为2.5～3.5％的氯化钙溶液中，复合溶液和氯化钙溶液的体积比为(1～1.5)∶10，恒温固化反应1～2小时，初步形成膨润土、罗望子胶与海藻酸钠复合凝胶固定化细胞载体，

3)室温下，过滤去除氯化钙溶液，用去离子水洗涤，然后吸去表面水分，再将初步形成的复合凝胶固定化细胞载体加到重量百分浓度为2.5～3.5％的四硼酸钠溶液中，复合凝胶固定化细胞载体和四硼酸钠溶液体积比为(1～1.5)∶20，固化3～4小时，

4)过滤去四硼酸钠溶液，用去离子水洗涤，保存在生理盐水中，即制得膨润土、罗望子胶与海藻酸钠复合凝胶固定化细胞载体。

上述技术方案中的罗望子胶和海藻酸钠都是凝胶体，在特定的固化剂中形成多孔的网状结构的载体，如果用单一海藻酸钠制成的固定化细胞载体球易发生破损、软化等问题，凝胶颗粒的稳定性和机械强度较差，不利于固定化细胞的多次利用；而罗望子胶本身单独无法成球，目前国内外还没有使用罗望子胶做固定化细胞载体的报道。

膨润土是一种天然产物，它是一种含水富镁铝的硅酸盐矿物，它是表面积很大的极薄的片状晶体，化学通式为[(Al_2-xMg)₂]·SiO₄O₁₀]₂·[(OH)₂]·nH₂O，其晶体结构由两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体形成夹心薄片结构，薄片表面的净负电荷使它们能够吸引Na⁺、Ca⁺、Mg²⁺或Zn²⁺等阳离子，这些阳离子易被其他有机或无机阳离子交换，因此经常用来对高聚物进行改性。有机单体进入膨润土层间原位聚合或聚合物直接插入膨润土层间，导致膨润土片层间距离增大甚至剥离而均匀分散于聚合物基体中，形成插层型或剥离型纳米复合材料。同时，膨润土的资源丰富，广泛应用于冶金、石油、铸造、食品、化工、环保及其他工业部门。因此以膨润土、海藻酸钠与罗望子胶为原料制备的固定化细胞载体是本发明的重点。

本发明具有如下优点：

1.本发明是以罗望子胶和海藻酸钠复合生物多糖及膨润土为原料，氯化钙溶液和四硼酸钠溶液为固化剂，制备出固定化细胞载体。原材料价廉易得，罗望子胶比卡拉胶价低，膨润土的使用，更有利于节约成本。载体制备方法简单，固化温度可从35℃降至室温，在室温下操作凝胶载体成型速度快，可减少包埋微生物的活性的损失。

2.以膨润土作为原料之一，除保持生物相容性良好，耐酸碱性强，在pH3～11环境下稳定，具有良好的操作性能、生产性能和反应活性等优点之外，载体材料的机械强度与弹性更好，从1.70-1.90kg/g提高到2.50-2.70kg/g，反复使用的破损率大大减小，减少了微生物流失，提高了固定化效率。大孔的交联网状结构更为明显，耐热性能更强，DSC热分析证明载体分解温度为526.2℃，比原申请专利技术提高了280℃。用作酶、微生物细胞、动植物细胞的固定化载体，应用前景更为广阔。

附图说明

图1为本发明的表面SEM照片(放大倍数为35倍)

图2为本发明的表面SEM照片(放大倍数为300倍)

图3为本发明的内部SEM照片(放大倍数为300倍)

图4为本发明的内部SEM照片(放大倍数为1000倍)

图5为载体材料的DSC热分析曲线(分解温度为526.2℃)

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明

实施例1

1)在温度为85℃、转速为500转/分钟的条件下，配制重量百分浓度是2.4％的罗望子胶和海藻酸钠的复合水溶液，罗望子胶与海藻酸钠质量比为5∶1，恒温搅拌25分钟，得到罗望子胶和海藻酸钠复合溶液，然后向上述复合溶液中加入膨润土，其中膨润土与复合溶液比为质量(g)∶体积(ml)＝0.5∶100，然后冷却至室温，备用；

2)在温度为3℃、120转/分钟的转速下，用带有7号针头的注射器将膨润土的复合溶液滴入重量百分浓度为2.5％的氯化钙溶液中，膨润土的复合溶液和氯化钙溶液的体积比为1∶10，恒温固化反应2小时，初步形成膨润土、罗望子胶与海藻酸钠复合凝胶固定化细胞载体，

3)室温下，过滤去除氯化钙溶液，用去离子水洗涤2次，然后用滤纸吸去表面水分，再将初步形成的复合凝胶固定化细胞载体加到重量百分浓度为2.5％的四硼酸钠溶液中，复合凝胶固定化细胞载体和四硼酸钠溶液体积比为1∶20，固化3小时；

4)过滤去四硼酸钠溶液，用去离子水洗涤2次，保存在生理盐水中，即制得膨润土、罗望子胶与海藻酸钠复合凝胶固定化细胞载体。

实施例2

1)在温度为95℃、转速为600转/分钟的条件下，配制重量百分浓度是3.0％的罗望子胶和海藻酸钠的复合水溶液，罗望子胶与海藻酸钠质量比为4∶1，恒温搅拌35分钟，得到罗望子胶和海藻酸钠复合溶液，然后向上述复合溶液中加入膨润土，其中膨润土与复合溶液比为质量(g)∶体积(ml)＝1.0∶100，然后冷却至室温，备用；

2)在温度为5℃、150转/分钟的转速下，用带有7号针头的注射器将膨润土的复合溶液滴到重量百分浓度为3.5％的氯化钙溶液中，膨润土的复合溶液和氯化钙溶液的体积比为1.5∶10，恒温固化反应2小时，初步形成膨润土、罗望子胶与海藻酸钠复合凝胶固定化细胞载体；

3)室温下，过滤去除氯化钙溶液，用去离子水洗涤4次，然后用滤纸吸去表面水分，再将初步形成的复合凝胶固定化细胞载体加到重量百分浓度为3.5％的四硼酸钠溶液中，复合凝胶固定化细胞载体和四硼酸钠溶液体积比为1.5∶20，固化4小时；

4)过滤去四硼酸钠溶液，用去离子水洗涤4次，保存在生理盐水中，即制得膨润土、罗望子胶与海藻酸钠复合凝胶固定化细胞载体。

实施例3

1)在温度为90℃、转速为550转/分钟的条件下，配制重量百分浓度是2.7％的罗望子胶和海藻酸钠的复合水溶液，罗望子胶与海藻酸钠质量比为4.5∶1，恒温搅拌30分钟，得到罗望子胶和海藻酸钠复合溶液，然后向上述复合溶液中加入膨润土，其中膨润土与复合溶液比为质量(g)∶体积(ml)＝0.75∶100，然后冷却至室温，备用；

2)在温度为4℃、135转/分钟的转速下，用带有7号针头的注射器将膨润土的复合溶液滴到重量百分浓度为3.0％的氯化钙溶液中，膨润土的复合溶液和氯化钙溶液的体积比为1.25∶10，恒温固化反应1.5小时，初步形成膨润土、罗望子胶与海藻酸钠复合凝胶固定化细胞载体；

3)室温下，过滤去除氯化钙溶液，用去离子水洗涤3次，然后用滤纸吸去表面水分，再将初步形成的复合凝胶固定化细胞载体加到重量百分浓度为3.0％的四硼酸钠溶液中，复合凝胶固定化细胞载体和四硼酸钠溶液体积比为1.25∶20，固化3.5小时；

4)过滤去四硼酸钠溶液，用去离子水洗涤3次，保存在生理盐水中，即制得膨润土、罗望子胶与海藻酸钠复合凝胶固定化细胞载体。

对实施例1、2、3所制得的产品进行扫描电镜观察证实：球体内部均呈三维网状结构，表面呈多孔蜂窝状结构，表面粗糙，有许多褶皱与突起，载体球形态均一，直径2～3mm，力学试验证实，机械强度为2.50～2.70kg/g；X射线衍射证实膨润土完全剥离；DSC热分析证明膨润土、罗望子胶与海藻酸钠复合凝胶固定化细胞载体分解温度为526.2℃；载体在pH3～11环境下较稳定，均达到了发明目的。

Claims (1)

1.膨润土、罗望子胶与海藻酸钠复合凝胶固定化细胞载体的制备方法，其特征如下：

1)在温度为85℃～95℃，配制重量百分浓度是2.4～3.0％的罗望子胶和海藻酸钠的复合水溶液，罗望子胶与海藻酸钠质量比为(4～5)∶1，恒温搅拌均匀，得到罗望子胶和海藻酸钠的复合溶液，然后向上述复合溶液中加入膨润土，其中膨润土与复合溶液比为质量g：体积ml＝(0.5～1.0)∶100，然后冷却至室温，备用，

2)在温度为3～5℃边搅拌边将步骤1)制备得到的膨润土的复合溶液滴入重量百分浓度为2.5～3.5％的氯化钙溶液中，上述膨润土的复合溶液和氯化钙溶液的体积比为(1～1.5)∶10，恒温固化反应1～2小时，初步形成膨润土、罗望子胶与海藻酸钠复合凝胶固定化细胞载体，

3)室温下，过滤去除氯化钙溶液，用去离子水洗涤，然后吸去表面水分，再将初步形成的复合凝胶固定化细胞载体加到重量百分浓度为2.5～3.5％的四硼酸钠溶液中，复合凝胶固定化细胞载体和四硼酸钠溶液体积比为(1～1.5)∶20，固化3～4小时，

4)过滤去四硼酸钠溶液，用去离子水洗涤，保存在生理盐水中，即制得膨润土、罗望子胶与海藻酸钠复合凝胶固定化细胞载体。

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