CN107607457A - 一种快速筛选包埋固定化凝胶的孔隙渗透效果的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速筛选包埋固定化凝胶的孔隙渗透效果的方法。本发明将选取用于对细胞进行包埋固定化的包埋载体，制成不同浓度和配比凝胶，以预先浸入1％糊化淀粉数秒的滤纸作为待包埋固定的细胞膜片，镶嵌至凝胶中，通过磨具制成三明治式药片状的固定化片，自然凝固5‑10min，之后吸取少量固化溶液于凝胶上表面数秒，然后浸泡于固化剂溶液中固化3小时；脱模的“三明治式药片”泡入浓度为0.001mol/L的碘液，浸泡数小时后，凝胶滤纸片的蓝颜色深浅变化和着色面积大小，表示凝胶的渗透效果。本发明采用的“三明治式药片”的包埋固定化，可以方便的通过外观颜色的变化，反映出包埋凝胶的孔隙的大小，特别适合复合多种凝胶的优化与筛选。

Description

一种快速筛选包埋固定化凝胶的孔隙渗透效果的方法

技术领域

本发明涉及一种快速筛选包埋固定化凝胶的孔隙渗透效果的方法。

背景技术

水资源的匮乏一直是制约我国经济发展的限制性关键因素之一。解决此问题主要是加强污水的综合处理。目前去除水体中有机质污染物常常采取微生物方法。异养微生物能利用污水中的有机质，在将这些有机污染物转化为其生命活动中所需的营养物质过程中实现水体的净化，但废水中的一些无机质，如N、P和一些重金属离子，不能有效的去除。因此，采用能充分利用无机物转化为有机物的自养生物，如：藻类植物，是十分有效的去除无机物的办法。颤藻是一种生活在淡水水域中的丝状多细胞藻类植物，其分布广泛、生长不受季节变化的影响，生命力极强，且具有吸附重金属离子的特性，是去除水体中重金属污染的首选生物。利用物理技术将有活性的藻细胞限定在有限的区域内的包埋技术，不仅能够保持藻细胞的活性，反复多次使用，且对环境耐受力强，固液分离效果好，对环境友好等诸多优点，因此，在废水处理中有广阔的应用前景。固定化的包埋载体材料主要有海藻酸盐、琼脂、琼脂糖、聚丙烯酰胺、角叉菜聚糖等胶。载体材料的组成和使用浓度，决定着包埋凝胶的强度或孔隙。凝胶的强度特性可通过质构仪或者通过在水中的浸泡时间得到，而凝胶的孔隙特性却不能快捷方便的测定，而此特性决定着被包埋活细胞的营养供给及废物排泄，更重要的是决定着包埋固定的藻细胞清除重金属离子的效果。因此，对于二种以上凝胶配方的筛选，如何快速选择具有适当强度的复配凝胶，同时拥有大的孔隙，是此应用的关键。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的不足，提供一种快速筛选包埋固定化凝胶的孔隙渗透效果的方法。

本发明快速筛选包埋固定化凝胶的孔隙渗透效果的方法，采用下述技术方案：按照下述步骤进行：

(1)配制总浓度为2～6％的复配凝胶溶液，复配凝胶的组成成分至少为2种，经加热溶解复配凝胶并降至45℃，取一对模具，模具尺寸：内径为0.5-34mm，高度d为1-3mm，向其中一个模具套环中加入凝胶至充满环体；

(2)选择与上述模具套环相同内径的已浸泡过1％淀粉液滤纸片放入凝胶模具中，将另一个模具套环套于第一个模具套环之上，加入凝胶至充满环体；

(3)自然凝固5min后，之后将整个凝胶模具套环都浸泡于3％氯化钙溶液中，固化3小时后形成“三明治式药片”；

(4)将脱模的上述“三明治式药片”泡入浓度为0.001mol/L的碘液，浸泡1-3小时后，取出固定的凝胶片，切开凝胶，滤纸片的颜色变化和着色面积大小，表示凝胶的渗透效果，滤纸片的颜色变化大、着色面积大表示凝胶的渗透效果好。

所述复配凝胶组分为海藻酸钠和琼脂。所述复配凝胶溶液总各组分的配比为含有质量百分比2％海藻酸钠和2％琼脂。

所述模具的最佳优选尺寸为：内径高度d1.5mm。

本发明可以从具有选择适当强度的复配凝胶中快速直观的筛选拥有大的孔隙的凝胶，整个过程仅需3h，不需要特殊的设备，克服了固定化微藻所需的培养微藻和制造藻片的时间；同时也省去了检测渗透效果的特殊的设备，因此具有经济，快捷，方便，直观的优点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

凝胶总浓度为质量百分比4％，组成为①3％海藻酸钠+1％琼脂、②2％海藻酸钠+2％琼脂、③1％海藻酸钠+3％琼脂、④4％琼脂，(上述质量百分比溶液中溶剂是水)经加热溶解好降至45℃的凝胶，往内径高度d1.5mm的模具套环中加入0.5mL凝胶，立即用镊子夹起已浸泡过1％淀粉液的同直径的滤纸片放入凝胶模具中，再继续往模具套环中注入0.5mL凝胶包埋固定滤纸片。每个包埋总共包埋凝胶量为1mL。自然凝固5min后，再用另一支(无针头)的注射器吸取氯化钙溶液，先轻轻注射少量氯化钙溶液于凝胶上表面，稍微停顿一下，再继续注入氯化钙溶液，将整个凝胶模具套环都浸泡于氯化钙溶液中，使包埋固定化滤纸片凝胶继续浸泡在氯化钙溶液中，固化3小时，完成一个滤纸片的包埋固定化。

表1是总胶浓度4％的包埋凝胶性能感官和模型评定。

表1

模型渗透效果的验证

铅、铜离子的测定方法：选用火焰原子吸收光谱法。TAS-990AFG型原子吸收分光光度计工作条件为：波长283.3nm；狭缝带宽0.4nm；灯电流1.5mA；负高压398.00v；燃烧头高度6mm；乙炔流量1.5L/min；空气流量6.0L/min。

取100μg/mL铅标准使用液，用0.5％盐酸溶液配制成0μg/mL、0.3μg/mL、0.5μg/mL、1.0μg/mL、3.0μg/mL铅离子标准系列溶液。将样品稀释10倍，从铅离子标准曲线中得到经包埋固定化藻饼吸附后的铅离子样品溶液中铅离子浓度。

铜离子测定工作参数：吸收光波长327.4nm；工作灯3-Cu；工作电流3mA；谱带宽度0.4mm；燃气流量1.5L/min；燃烧器高度6.0mm；空气压力0.24MPa；积分时间3s。

用1mg/mL铜标准储备液配制1mg/L、2mg/L、4mg/L、6mg/L铜离子标准系列溶液于25mL容量瓶中，样品稀释25倍，通过铜离子标准曲线测得样品铜离子浓度。

从外观看，单独的琼脂凝胶，强度弱，弹性差，不适合包埋藻片。为此，我们对总胶浓度4％(m/v)，配比为3％海藻酸钠+1％琼脂；2％海藻酸钠+2％琼脂；1％海藻酸钠+3％琼脂，用藻细胞膜片(配置方法为预先将培养至多数后期的颤藻，每瓶150mL并加入30颗玻璃珠，摇床恒温培养，转速120r/min，温度25℃，24h，获得藻悬藻液。一定体积的藻悬浮液，放置与模型内径相同，但高度为8mm的磨具中，抽滤制成颤藻片。每片藻片含藻干重可通过颤藻色素吸光度对干重标准曲线计算获得。)原子吸收法测定的结果，将培养的颤藻细胞经过每1g颤藻干粉吸附金属铜离子分别为：3％海藻酸钠+1％琼脂(铜1.497mg、铅离子2.610mg)；2％海藻酸钠+2％琼脂(铜1.517mg、铅离子2.713mg)；1％海藻酸钠+3％琼脂(铜1.527mg、铅离子2.719mg)

在强度都满足包埋要求的前提下，海藻酸钠含量大，胶的强度高，孔隙度小，从金属离子变化水平也能看出。但是由于琼脂含量高，相应的弹性查，综合考虑，2％海藻酸钠+2％琼脂配方是一个合理的。

这个模型很方便的仅用几个小时就可以判断出孔隙度的相对大小。从而省去了藻细胞的培养，悬浮液的制备，细胞膜片的制备，离子变化的检查等步骤。不仅省时，而且也经济。

实施例2

载体组成为1.5％(m/v)琼脂添加量下，海藻酸钠的质量百分比分别为2％、3％、4％、5％、6％，经加热溶解好降至45℃的凝胶，往内径高度d1.5mm的模具套环中加入0.5mL凝胶，立即用镊子夹起已浸泡过1％淀粉液的同直径的滤纸片放入凝胶模具中，再继续往模具套环中注入0.5mL凝胶包埋固定滤纸片。每个包埋总共包埋凝胶量为1mL。自然凝固5min后，再用另一支(无针头)的注射器吸取氯化钙溶液，先轻轻注射少量氯化钙溶液于凝胶上表面，稍微停顿一下，再继续注入氯化钙溶液，将整个凝胶模具套环都浸泡于氯化钙溶液中，使包埋固定化滤纸片凝胶继续浸泡在氯化钙溶液中，固化3小时，完成一个滤纸片的包埋固定化。

上述在琼脂质量浓度为1.5％(m/v)下，添加不同浓度的海藻酸钠制得的复配凝胶淀粉～碘渗透模型显示，随着海藻酸钠浓度的增加，凝胶的渗透效果越差。当海藻酸钠浓度为2％(m/v)时，蓝色充满整个滤纸片，当浓度为3％(m/v)，蓝色和充盈程度都明显小于2％(m/v)的，当浓度为6％(m/v)，仅有边缘有些颜色的变化。

琼脂与海藻酸钠凝胶复配，当1.5％(m/v)琼脂，海藻酸钠质量百分比浓度分别为2％、3％、4％、5％、6％(m/v)五种包埋凝胶进行包埋固定化成凝胶片，利用手感、肉眼查看进行初步感官评定，并拿淀粉—碘模型方法对渗透性能效果的测定进行首次试验。获得此五种包埋凝胶浓度感官评定及渗透试验结果如表2。表2是1.5％琼脂、不同海藻酸钠质量浓度(％)包埋凝胶性能及吸附结果。

表2

从添加不同浓度的海藻酸钠制得的复配凝胶淀粉～碘渗透模型显示，在琼脂添加量相同情况下，海藻酸钠越多，包埋凝胶渗透效果越差。原子吸收的结果与模型预测一致。

实施例3

按照实施例1的制备工艺，制备胶的组成分别为①2％海藻酸钠+1％琼脂、②1％海藻酸钠+2％琼脂、③3％琼脂；渗透模型效果见表3，表3是总胶浓度3％，海藻酸钠与琼脂的渗透效果。

表3

模型的预测与实际的结果一致。

本发明中采用色素法对固定化颤藻的生物量进行定量。首先将培养获得的颤藻收集、冻干，称量0.14g干藻粉，加入7毫升丙酮搅拌均匀配成母液。分别从母液中取0.05mL、0.1mL、0.15mL、0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL、0.6mL、0.7mL、0.8mL、0.9mL于10mL离心管中，分别相当于1mg、2mg、3mg、4mg、6mg、8mg、10mg、12mg、14mg、16mg、18mg颤藻干重。用丙酮定容到6mL，拿去超声破碎提取颤藻色素，超声功率300w，超声时间5s，间隙时间5s，工作次数50次，超声过程循环4次，即超声一个样品总超声时间33min。结束超声后于高速离心机6000r/min，4℃下离心15min，在颤藻色素提取样品最大吸收波长664nm下测定其吸光度。同样将其他各标准样品超声提取、离心测定吸光度后，收集数据，得到标准曲线。

浓缩藻悬液生物量的确定，取1mL进行超声波破碎丙酮萃取色素进行吸光度测定，平行测定两次取平均值，从标准曲线上获得每1mL藻悬液的颤藻干重。从而得到每片固定化的藻片的生物量。

Claims (4)

1.一种快速筛选包埋固定化凝胶的孔隙渗透效果的方法，其特征是，按照下述步骤进行：

(1)配制总浓度为2～6％的复配凝胶溶液，经加热溶解复配凝胶并降至45℃，取一对模具，模具尺寸：内径为0.5-34mm，高度d为1-3mm，向其中一个模具套环中加入凝胶至充满环体；

(2)选择与上述模具套环相同内径的已浸泡过1％淀粉液滤纸片放入凝胶模具中，将另一个模具套环套于第一个模具套环之上，加入凝胶至充满环体；

(3)自然凝固5min后，之后将整个凝胶模具套环都浸泡于3％氯化钙溶液中，固化3小时后形成“三明治式药片”；

(4)将脱模的上述“三明治式药片”泡入浓度为0.001mol/L的碘液，浸泡1-3小时后，取出固定的凝胶片，切开凝胶，滤纸片的颜色变化和着色面积大小，表示凝胶的渗透效果，滤纸片的颜色变化大、着色面积大表示凝胶的渗透效果好。

2.根据权利要求1所述的快速筛选包埋固定化凝胶的孔隙渗透效果的方法，其特征是，所述复配凝胶组分为海藻酸钠和琼脂。

3.根据权利要求2所述的快速筛选包埋固定化凝胶的孔隙渗透效果的方法，其特征是，所述复配凝胶溶液总各组分的配比为含有质量百分比2％海藻酸钠和2％琼脂。

4.根据权利要求1所述的快速筛选包埋固定化凝胶的孔隙渗透效果的方法，其特征是，所述模具尺寸为：内径高度d1.5mm。