CN102533713B

CN102533713B - 具有生物活性的陶瓷基生物组件的制备方法

Info

Publication number: CN102533713B
Application number: CN 201110445449
Authority: CN
Inventors: 黄凤萍; 樊英鸽; 王保和; 王映俊; 孙晶晶; 彭莉
Original assignee: ZHEJIANG WENZHOU LIGHT INDUSTRY RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: ZHEJIANG WENZHOU LIGHT INDUSTRY RESEARCH INSTITUTE
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: CN102533713A

Abstract

本发明提供了一种具有生物活性的陶瓷基生物组件的制备方法。在本发明中，以多孔碳化硅基板或多孔电气石基板为载体，将利于细胞生长的海藻酸钠、聚乙烯醇、硅溶胶中的一种或几种作为诱导材料涂敷在基板微孔表面形成诱导膜，然后将筛选的细胞采用表面吸附的方法固定在其上，制成一种具有生物活性的陶瓷基生物组件。本组件综合了无机多孔材料强度高、比表面积大、通透性好、稳定性强、可再生利用等优点，及有机材料与细胞良好的亲和性，使悬浮的细胞固定技术得到改进，解决了传统载体不易回收、造成二次污染的不足，在污水处理方面具有广泛的应用前景。

Description

具有生物活性的陶瓷基生物组件的制备方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷基生物组件的制备方法，具体涉及一种具有生物活性的陶瓷基生物组件的制备方法。

背景技术

固定化微生物技术是用化学或物理的方法将游离细胞定位于材料的限定空间中，并使其保持生物活性且可反复利用的生物技术。随着社会经济的高速发展及人们生活水平的不断提高，生产与生活污水的排放量急剧增加，全球性水体污染日趋严重，威胁着社会经济乃至人类自身的可持续发展。传统的污水生物处理技术已难于适应污水处理的发展要求，研究开发和应用新型废水处理工艺、技术及材料，已成为世界水体污染控制与防治工程领域的研究热点，固定化细胞技术应用在水处理和生物生产领域，它具有生物浓度易控制、耐毒害能力强、菌种流失少、产物易分离、运行设备小型化等特点。但是，由于固定化材料性能的诸多不足，固定化微生物技术的工程应用受到很大的限制，研制优质的固定化材料势在必行。

专利申请：201010618505.6公布了一种细胞的载体固定化方法，采用一个壁上布满小孔的不锈钢接种筒，使载体套在圆筒上，通过加压将种子液由圆筒内转移到载体中，配合特定的反冲装置实现固定化细胞在载体中均匀分布。具有操作简单、对细胞活性影响小、固着态细胞密度大，适合工业化大规模生产的特点，载体可先整体用于细胞固定化，再根据需要分割成适当尺寸的载体颗粒，有效避免了将小颗粒载体直接用于细胞固定化所产生的细胞固着不均匀及载体利用率不高的缺点。

专利：200610011073.6公布了一种固定化细胞有机-无机复合材料膜状载体的制备，是在普通聚醚型聚氨酯泡沫、海藻酸钠、聚乙烯醇(聚合度1750±50)等高分子聚合物材料中添加氧化铝前驱体如薄水铝石、拟薄水铝石以及介孔分子筛MCM-41等无机物质进行改性，制备出克服传统细胞固定化载体材料缺点的有机-无机复合材料，具有独特孔道结构，通透性强，机械强度好，化学稳定性好，可再生利用的特点。

专利：200910209768.9公布了一种廉价的可用于细胞固定化的无机多孔吸附载体。该载体利用粘土烧制而成，具有多孔性、对微生物细胞无毒、机械强度大、性质稳定、可反复使用，价格低廉、细胞固定操作简单、细胞固定量大等特点，可用于工业化规模的细胞固定化。

文献“中国专利NO200510132133.5”公布了一种开孔有机泡沫材料作为固定化酶/固定化细胞的载体以及相关的固定化酶/固定化细胞的制备技术，采用凝絮交联方法将酶蛋白/固定化细胞固定在开孔有机泡沫材料上，具有比表面积大，比活性高的特点。

中国：200410080293.5公布了一种对含有重金属离子和苯酚、胺等有机污染物污水处理的复合天然微孔材料的制备，是由廉价且具有良好吸附性能的不同孔径的硅藻土、沸石、膨润土等天然微孔材料制成，该污水处理剂可适合现有的污水处理工艺，也可自成体系进行污水处理，克服现有污水处理工艺中，材料及工艺的运营成本高、同种工艺对重金属离子和苯酚、胺等到多种污染物较难同时高效去除、易造成二次污染等特点。

专利：200910169247.5公布了一种以壳聚糖为载体的固定化方法，将壳聚糖溶液与酶、细胞、菌体、发酵液或蛋白质等待固定物质的溶液或悬浮液直接混合，交联，再在碱性条件下固化，分散得到颗粒状的交联壳聚糖，具有多孔结构，机械强度好，过滤性能强的特点。

目前的大量报道显示细胞固定化常用载体有无机载体和有机载体，无机载体材料具有机械强度大、对微生物无毒性、不易被微生物分解、耐酸碱、成本低、寿命长等特征，但其存在细胞不易在其表面生长的缺点。有机高分子载体材料又分为天然高分子载体材料和人工合成有机高分子载体材料。天然高分子载体材料一般对生物无毒性、传质性能好，但强度较低、在厌氧条件下易被微生物降解、寿命短。合成有机高分子载体材料一般强度较大，生物亲和性好，但传质性能差，比表面积小，对细胞活性有一定影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决传统载体不易回收、造成二次污染的具有生物活性的陶瓷基生物组件的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：将多孔碳化硅基板或多孔电气石基板浸泡在海藻酸钠与聚乙烯醇(PVA)的混合溶液中，然后再将其浸泡在硼酸与氯化钙的混合溶液中或将多孔碳化硅基板或多孔电气石基板浸泡在硅溶胶和聚乙烯醇的混合溶液中，得到负载有机诱导膜的多孔碳化硅基板或多孔电气石基板；

然后将筛选的细胞采用表面吸附的方法固定在负载有机诱导膜的多孔碳化硅基板或多孔电气石基板上制成具有生物活性的陶瓷基生物组件。

本发明的具体制备步骤如下：

1)首先，按质量百分比将7～9％的PVA、1～2％的海藻酸钠和90～91％的蒸馏水混合得溶液A；

2)然后，按质量百分比将3.7～4％的硼酸、1.3～4.0％的氯化钙和92～95％的蒸馏水混合后搅拌溶化均匀得溶液B；

3)将多孔碳化硅基板或多孔电气石基板浸泡在溶液A中静置1～2小时后取出晾干；

4)将溶液B先缓慢地滴加到经溶液A处理过的多孔碳化硅基板或多孔电气石基板进行逐步交联，然后再将多孔碳化硅基板或多孔电气石板基板放入溶液B中继续交联2～4h；

5)重复步骤3)、4)数次得到负载有机诱导膜的多孔碳化硅基板或多孔电气石基板；

6)然后将筛选的细胞采用表面吸附的方法固定在负载有机诱导膜的多孔碳化硅基板或多孔电气石基板上放入培养基上培养3～5天制成具有生物活性的陶瓷基生物组件。

本发明另一种具体制备步骤如下：

1)将质量含量为25～26的％的硅溶胶与质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液按10∶1的体积比混合均匀得混合溶液；

2)将多孔碳化硅基板或多孔电气石基板浸泡在混合溶液中静置1～3h取出后晾干，重复数次，得到负载有机诱导膜的多孔碳化硅基板或多孔电气石基板；

3)然后将筛选的细胞采用表面吸附的方法固定在负载有机诱导膜的多孔碳化硅基板或多孔电气石基板上放入培养基上培养3～5天制成具有生物活性的陶瓷基生物组件。

本发明结合了有机载体和无机载体的优点，将微生物细胞固定在负载诱导膜的多孔陶瓷基板上使悬浮的细胞固定化得到改进。即将海藻酸钠、聚乙烯醇、硅溶胶中的一种或几种组合涂敷在多孔碳化硅板或者多孔电气石板内部和表面形成诱导膜，既可充分利用无机多孔陶瓷材料独特的孔道结构、较高的强度、大的比表面积、良好的通透性、稳定性、可再生利用等优点，又可充分利用高分子材料与细胞良好的亲和性及包埋量大等特点，使所制备的负载有机诱导膜的多孔陶瓷基板具备细胞固定及生长的功能。所制得的具有生物活性的陶瓷基生物组件使悬浮的细胞固定技术得到改进，解决了传统载体不易回收、造成二次污染的不足，在污水处理方面具有广泛的应用前景。

附图说明

图1a是本发明实施例1制备的微生物固定前的电子镜照片，图1b是本发明实施例1制备的微生物固定后的电子镜照片。

图2a是本发明实施例4制备的微生物固定前的电子镜照片，图2b是本发明实施例4制备的微生物固定后的电子镜照片。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明进一步详细说明。

实施例1：

1)首先，按质量百分比将7％的PVA、2％的海藻酸钠和91％的蒸馏水混合得溶液A；

2)然后，按质量百分比将3.7％的硼酸、1.3％的氯化钙和95％的蒸馏水混合后搅拌溶化均匀得溶液B；

3)将多孔碳化硅基板浸泡在溶液A中静置1～2小时后取出晾干；

4)将溶液B先缓慢地滴加到经溶液A处理过的多孔碳化硅基板进行逐步交联，然后再将多孔碳化硅基板放入溶液B中继续交联2～4h；

5)重复步骤3)、4)数次得到负载有机诱导膜的多孔碳化硅基板；

6)然后将筛选的细胞采用表面吸附的方法固定在负载有机诱导膜的多孔碳化硅基板上放入培养基上培养3～5天制成具有生物活性的陶瓷基生物组件。

由图1a可以看出实施例1的多孔碳化硅板上已负载聚乙烯醇-海藻酸钠诱导膜；由图1a、b对比可以看出，实施例1负载聚乙烯醇-海藻酸钠诱导膜的多孔碳化硅板上生长有微生物，从而实现了微生物细胞的固定。

实施例2：

1)首先，按质量百分比将9％的PVA、1％的海藻酸钠和90％的蒸馏水混合得溶液A；

2)然后，按质量百分比将4％的硼酸、4％的氯化钙和92％的蒸馏水混合后搅拌溶化均匀得溶液B；

3)将多孔电气石基板浸泡在溶液A中静置1～2小时后取出晾干；

4)将溶液B先缓慢地滴加到经溶液A处理过的多孔电气石基板进行逐步交联，然后再将多孔电气石板基板放入溶液B中继续交联2～4h；

5)重复步骤3)、4)数次得到负载有机诱导膜的多孔电气石基板；

6)然后将筛选的细胞采用表面吸附的方法固定在负载有机诱导膜的多孔电气石基板上放入培养基上培养3～5天制成具有生物活性的陶瓷基生物组件。

实施例3：

1)首先，按质量百分比将8％的PVA、1.5％的海藻酸钠和90.5％的蒸馏水混合得溶液A；

2)然后，按质量百分比将3.8％的硼酸、3％的氯化钙和93.2％的蒸馏水混合后搅拌溶化均匀得溶液B；

4)将溶液B先缓慢地滴加到经溶液A处理过的多孔碳化硅基板进行逐步交联，然后再将多孔电气石板基板放入溶液B中继续交联2～4h；

实施例4：

1)将质量含量为25％的硅溶胶与质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液按10∶1的体积比混合均匀得混合溶液；

2)将多孔碳化硅基板浸泡在混合溶液中静置1～3h取出后晾干，重复数次，得到负载有机诱导膜的多孔碳化硅基板；

3)然后将筛选的细胞采用表面吸附的方法固定在负载有机诱导膜的多孔碳化硅基板上放入培养基上培养3～5天制成具有生物活性的陶瓷基生物组件。

由图2a可以看出实施例4的多孔碳化硅板上已负载硅溶胶-聚乙烯醇诱导膜；由图2a、b对比可以看出实施例4负载硅溶胶-聚乙烯醇诱导膜的多孔碳化硅板上生长有微生物，从而实现了微生物细胞的固定。

实施例5：

1)将质量含量为26％的硅溶胶与质量浓度为5％的聚乙烯醇溶液按10∶1的体积比混合均匀得混合溶液；

2)将多孔电气石基板浸泡在混合溶液中静置1～3h取出后晾干，重复数次，得到负载有机诱导膜的多孔电气石基板；

3)然后将筛选的细胞采用表面吸附的方法固定在负载有机诱导膜的多孔电气石基板上放入培养基上培养3～5天制成具有生物活性的陶瓷基生物组件。

本发明所制备的具有生物活性的陶瓷基生物组件，是一种高效的固定细胞载体，制备方法简单，易于实现，具有高强度、低阻力、高过滤性，高性价比，高活性的特点，改善了传统固定技术处理污水时不易回收、二次污染等问题，在环境领域具有广泛的应用前景。

Claims

1.具有生物活性的陶瓷基生物组件的制备方法，其特征在于：

1）首先，按质量百分比将7～9%的PVA、1～2%的海藻酸钠和90～91%的蒸馏水混合得溶液A；

2）然后，按质量百分比将3.7～4%的硼酸、1.3～4.0%的氯化钙和92～95%的蒸馏水混合后搅拌溶化均匀得溶液B；

3）将多孔碳化硅基板或多孔电气石基板浸泡在溶液A中静置1～2小时后取出晾干；

4）将溶液B先缓慢地滴加到经溶液A处理过的多孔碳化硅基板或多孔电气石基板进行逐步交联，然后再将多孔碳化硅基板或多孔电气石板基板放入溶液B中继续交联2～4h；

5）重复步骤3）、4）数次得到负载有机诱导膜的多孔碳化硅基板或多孔电气石基板；

6）然后将筛选的细胞采用表面吸附的方法固定在负载有机诱导膜的多孔碳化硅基板或多孔电气石基板上放入培养基上培养3～5天制成具有生物活性的陶瓷基生物组件；

或通过以下步骤完成：

1）将质量含量为25～26的%的硅溶胶与质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液按10:1的体积比混合均匀得混合溶液；

2）将多孔碳化硅基板或多孔电气石基板浸泡在混合溶液中静置1～3h取出后晾干，重复数次，得到负载有机诱导膜的多孔碳化硅基板或多孔电气石基板；

3）然后将筛选的细胞采用表面吸附的方法固定在负载有机诱导膜的多孔碳化硅基板或多孔电气石基板上放入培养基上培养3～5天制成具有生物活性的陶瓷基生物组件。