RU2614249C1 - Composition for producing hydrogel based on polyvinyl alcohol for immobilization of microorganisms - Google Patents
Composition for producing hydrogel based on polyvinyl alcohol for immobilization of microorganisms Download PDFInfo
- Publication number
- RU2614249C1 RU2614249C1 RU2016114853A RU2016114853A RU2614249C1 RU 2614249 C1 RU2614249 C1 RU 2614249C1 RU 2016114853 A RU2016114853 A RU 2016114853A RU 2016114853 A RU2016114853 A RU 2016114853A RU 2614249 C1 RU2614249 C1 RU 2614249C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microorganisms
- polyvinyl alcohol
- composition
- immobilization
- pva
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L29/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal or ketal radical; Compositions of hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L29/02—Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
- C08L29/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
- C12N11/02—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
- C12N11/08—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier the carrier being a synthetic polymer
Landscapes
- Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к биотехнологии, а именно к системам на основе микроорганизмов, иммобилизованных в матрицу синтетического носителя.The invention relates to biotechnology, and in particular to systems based on microorganisms immobilized into a matrix of a synthetic carrier.
Известна полимерная композиция для иммобилизации микроорганизмов на основе криогеля поливинилового спирта (ПВС). Криогели ПВС образуются при замораживании 10-20%-ных водных растворов при (-18) – (-22)°C в течение 16-48 ч и последующем оттаивании при 4-20°C. [Патент РФ 2315102 Иммобилизованный биокатализатор для биологической очистки жиросодержащих сточных вод и способ его получения]. Иммобилизованные в данной композиции микроорганизмы мало пригодны для применения в качестве рецепторных элементов биосенсорных анализаторов, так как в виде тонких пленок криогель ПВС обладает очень низкой механической прочностью.Known polymer composition for immobilization of microorganisms based on cryogel polyvinyl alcohol (PVA). PVA cryogels are formed by freezing 10-20% aqueous solutions at (-18) - (-22) ° C for 16-48 hours and subsequent thawing at 4-20 ° C. [RF patent 2315102 Immobilized biocatalyst for biological treatment of fat-containing wastewater and method for its preparation]. Microorganisms immobilized in this composition are not very suitable for use as biosensor analyzers as receptor elements, since PVA cryogel has very low mechanical strength in the form of thin films.
Известна сшивка ПВС с помощью сульфата натрия в присутствии борной кислоты. Иммобилизация микроорганизмов происходит одновременно со сшивкой ПВС. Готовят раствор А: 10%-ный раствор ПВС, для этого 10 г ПВС растворяют в 90 мл воды и нагревают до температуры 80°C, после растворения ПВС сразу же приливают 20 мл 1%-ного раствора альгината натрия и охлаждают до комнатной температуры. После охлаждения ПВС-альгинатного раствора, добавляют 10%-ный активный ил. Одновременно с раствором А готовят раствор В: к 500 мл насыщенного 7%-ного раствора Н3ВО3 прибавляли 2-5%-ный раствор CaCl2. Затем раствор А погружали в раствор В на 1 ч. При этом формировались ПВС-боратные гранулы. Гранулы промывали и хранили при 4°C в дистиллированной воде. ПВА-сульфатные гранулы (группа S) были подготовлены путем переноса гранулы (группа В) в 0,5 м раствор Na2SO4 погружая их на 1 ч. Гранулы промывали и хранили при 4°C в дистиллированной воде. [Leu Tho Bach, Pham Van Dinh. Immobilized bacteria by using PVA (Polyvinyl alcohol) crosslinked with Sodium sulfate // International Journal of Science and Engineering (IJSE). 2014. V. 7(1). P. 41-47] Недостатком методики является губительное воздействие борной кислоты, многокомпонентность смесей и трудоемкий процесс приготовления гидрогеля.Crosslinking of PVA with sodium sulfate in the presence of boric acid is known. Immobilization of microorganisms occurs simultaneously with crosslinking of PVA. Solution A is prepared: a 10% PVA solution, for this 10 g of PVA is dissolved in 90 ml of water and heated to a temperature of 80 ° C, after dissolving the PVA, 20 ml of a 1% sodium alginate solution are immediately poured and cooled to room temperature. After cooling the PVA alginate solution, 10% activated sludge is added. Simultaneously with solution A, solution B is prepared: a 2-5% CaCl 2 solution is added to 500 ml of a saturated 7% solution of H 3 BO 3 . Then, solution A was immersed in solution B for 1 h. In this case, PVA-borate granules were formed. The granules were washed and stored at 4 ° C in distilled water. PVA-sulfate granules (group S) were prepared by transferring the granules (group B) into a 0.5 m Na 2 SO 4 solution by immersing them for 1 hour. The granules were washed and stored at 4 ° C in distilled water. [Leu Tho Bach, Pham Van Dinh. Immobilized bacteria by using PVA (Polyvinyl alcohol) crosslinked with Sodium sulfate // International Journal of Science and Engineering (IJSE). 2014.V. 7 (1). P. 41-47] The disadvantage of this method is the destructive effect of boric acid, the multicomponent mixtures and the laborious process of preparing a hydrogel.
Наиболее близкой к заявленному техническому решению, принятой за прототип, является полимерная композиция для иммобилизации микроорганизмов на основе ПВС, модифицированного N-винилпирролидоном [Пат. РФ №2461625, МПК8 C12N 11/04; C08F 216/06 от 30.12.2010 г. Композиция для получения полимерной пленки для иммобилизации микроорганизмов в биосенсорных анализаторах]. Полимерную композицию получают из поливинилового спирта, модифицированного N-винилпирролидоном. Модификацию проводят в токе азота в присутствии нитрата церия-аммония в качестве катализатора при мольном соотношении реагентов ПВС : N-ВП : катализатор - 239:(9,0-56,2):(0,7-6,0). Для приготовления рецепторных элементов биосенсора полученный раствор композиции для получения полимерной пленки смешивают с бактериальными клетками и высушивают в течение 2 ч при 20°C.Closest to the claimed technical solution adopted for the prototype is a polymer composition for immobilizing microorganisms based on PVA modified with N-vinylpyrrolidone [US Pat. RF №2461625, IPC 8 C12N 11/04; C08F 216/06 dated 12/30/2010. Composition for producing a polymer film for immobilizing microorganisms in biosensor analyzers]. The polymer composition is prepared from polyvinyl alcohol modified with N-vinyl pyrrolidone. The modification is carried out in a stream of nitrogen in the presence of cerium-ammonium nitrate as a catalyst at a molar ratio of PVA: N-VP: catalyst: 239: (9.0-56.2) :( 0.7-6.0). To prepare the biosensor receptor elements, the resulting solution of the composition for producing a polymer film is mixed with bacterial cells and dried for 2 hours at 20 ° C.
К недостаткам изобретения можно отнести то, что при модификации с использованием N-ВП помимо сшивки цепей ПВС возможны реакции с образованием разветвленного полимера, который растворим в воде. В результате в процессе эксплуатации гидрогеля с иммобилизованными микроорганизмами часть биоматериала вымывается. Исключение из композиции N-ВП является экономически обоснованным, так как приводит к удешевлению используемого носителя.The disadvantages of the invention include the fact that when modified using N-VP, in addition to crosslinking PVA chains, reactions are possible with the formation of a branched polymer that is soluble in water. As a result, during the operation of the hydrogel with immobilized microorganisms, part of the biomaterial is washed out. An exception to the composition of N-VP is economically feasible, as it reduces the cost of the used carrier.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности и чувствительности анализа с использованием биосенсора путем получения сшитого поливинилового спирта, обеспечивающего образования нерастворимого в воде гидрогеля для иммобилизации микроорганизмов.The problem to which the invention is directed, is to increase the accuracy and sensitivity of the analysis using a biosensor by obtaining a cross-linked polyvinyl alcohol, providing the formation of a water-insoluble hydrogel to immobilize microorganisms.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемой композиции для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов, заключается в том, что полученные тонкие, эластичные пленки, набухающие в воде с образованием гидрогеля, могут быть использованы для иммобилизации микроорганизмов при создании рецепторных элементов биосенсорных анализаторов.The technical result that can be obtained by using the inventive composition to obtain a polyvinyl alcohol-based hydrogel for immobilizing microorganisms is that the obtained thin, flexible films swelling in water to form a hydrogel can be used to immobilize microorganisms to create receptor elements biosensor analyzers.
Сущность технического решения заключается в том, что композиция для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов в биосенсорных анализаторах состоит из полимера на основе поливинилового спирта, полученного окислительной сшивкой под действием ионов церия (IV), при этом исходные компоненты взяты в мольном соотношении ПВС:(NH4)2Се(NO3)6 160-110:1-1,3.The essence of the technical solution lies in the fact that the composition for producing a hydrogel based on polyvinyl alcohol for immobilizing microorganisms in biosensor analyzers consists of a polymer based on polyvinyl alcohol obtained by oxidative crosslinking under the action of cerium (IV) ions, while the initial components are taken in the PVA molar ratio : (NH 4 ) 2 Ce (NO 3 ) 6 160-110: 1-1.3.
На фиг. 1 представлен механизм сшивки ПВС с участием и ионов Се+4 в качестве инициатора, приводящий к образованию сетчатого полимера, впоследствии из которого формируются тонкие полимерные пленки, способные набухать в водных растворах, образуя гидрогель.In FIG. Figure 1 shows the crosslinking mechanism of PVA with the participation of Ce + 4 ions as an initiator, which leads to the formation of a cross-linked polymer, which subsequently forms thin polymer films capable of swelling in aqueous solutions, forming a hydrogel.
В таблице 1 приведены характеристики биосенсора, иммобилизованные в представленную композицию для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов дрожжей Debaryamyces hansenii при анализе глюкозы и этанола.Table 1 shows the characteristics of the biosensor immobilized in the composition for the preparation of a hydrogel based on polyvinyl alcohol to immobilize Debaryamyces hansenii yeast microorganisms in the analysis of glucose and ethanol.
Для приготовления композиции для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов к 20 мл 5%-ного водного раствора ПВС (м.м. 78000±1000) прибавляли 0,8 мл водного раствора нитрата церия-аммония (NH4)2Ce(NO3)6 (Т=0,1 г/мл) при постоянном перемешивании. Перемешивание проводят при температуре 55°C в атмосфере азота в течение 3 ч.To prepare a composition for the preparation of a hydrogel based on polyvinyl alcohol for immobilizing microorganisms, 0.8 ml of an aqueous solution of cerium-ammonium nitrate (NH 4 ) 2 Ce (20 ml) was added to 20 ml of a 5% aqueous solution of PVA (m. 78000 ± 1000) NO 3 ) 6 (T = 0.1 g / ml) with constant stirring. Stirring is carried out at a temperature of 55 ° C in a nitrogen atmosphere for 3 hours
При приготовлении композиции для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов не требуется приготовления многокомпонентных смесей, использования борной кислоты, губительно действующей на микроорганизмы, что позволяет упростить процедуру иммобилизации и избежать потери чувствительности биорецепторных элементов вследствие низких значений рН, губительно действующих на микроорганизмы. Введение биоматериала после синтеза полимера способствует увеличению продолжительности дыхательной активности микроорганизмов. Полученную с использованием описанной методики композицию для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов используют в работе в качестве рецептора на кислородном электроде.When preparing a composition for the preparation of a hydrogel based on polyvinyl alcohol for the immobilization of microorganisms, it is not necessary to prepare multicomponent mixtures, to use boric acid, which has a detrimental effect on microorganisms, which simplifies the procedure of immobilization and avoids the loss of sensitivity of bioreceptor elements due to low pH values that have a detrimental effect on microorganisms. The introduction of biomaterial after the synthesis of the polymer increases the duration of the respiratory activity of microorganisms. Obtained using the described methodology, the composition for the preparation of a hydrogel based on polyvinyl alcohol for immobilization of microorganisms is used in the work as a receptor on an oxygen electrode.
ПримерExample
Для приготовления композиции для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов, к 20 мл 5%-ного водного раствора ПВС марки 16/1 (молярная масса 78000±1000, пр-во Россия) прибавляли 0,8-1,2 мл водного раствора нитрата церия-аммония (NH4)2Ce(NO3)6 (T=0,l г/мл) при постоянном перемешивании. Перемешивание проводили при 50-60°C в атмосфере азота в течение 3 ч.To prepare a composition for producing a hydrogel based on polyvinyl alcohol for immobilizing microorganisms, 0.8-1.2 ml of water was added to 20 ml of a 5% aqueous solution of PVA grade 16/1 (molar mass 78000 ± 1000, made in Russia) a solution of cerium ammonium nitrate (NH 4 ) 2 Ce (NO 3 ) 6 (T = 0, l g / ml) with constant stirring. Stirring was carried out at 50-60 ° C in an atmosphere of nitrogen for 3 hours
Для иммобилизации дрожжей Debaryamyces hansenii ВКМ Y-2482 раствор композиции для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта охлаждали до комнатной температуры, отбирали необходимое количество микропипеткой и добавляли в него дрожжевые клетки Debaryamyces hansenii ВКМ Y-2482 (20 мг биомассы на 100 мкл раствора полимера). Для равномерного распределения клеток в полимере проводили встряхивание в течение 5 мин на центрифуге «Sky Line». 200 мкл полученной смеси переносили в блистерную упаковку с диаметром ячеек 6-7 мм и высушивали на воздухе до полного высыхания в течение 2-4 ч. Полученную композицию для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта, хранили в холодильнике (+4°C) в сухом виде или в фосфатно-цитратном буферном растворе (рН 6,0).To immobilize the yeast Debaryamyces hansenii VKM Y-2482, the solution of the polyvinyl alcohol-based hydrogel composition was cooled to room temperature, the required amount was micropipetted, and the Debaryamyces hansenii VKM Y-2482 yeast cells (20 mg biomass per 100 μl of polymer solution) were added to it. For uniform distribution of cells in the polymer, shaking was performed for 5 min in a Sky Line centrifuge. 200 μl of the resulting mixture was transferred into a blister pack with a cell diameter of 6-7 mm and dried in air until completely dried for 2-4 hours. The resulting composition for the preparation of a hydrogel based on polyvinyl alcohol was stored in a refrigerator (+ 4 ° C) in dry form or in phosphate-citrate buffer solution (pH 6.0).
Кислородный электрод с размещенным на нем биорецептором погружали в измерительную ячейку объемом 3 мл, содержащей фосфатно-цитратный буферный раствор (рН 6,0), и регистрировали содержание кислорода в кювете при добавлении разных концентраций определяемых веществ.An oxygen electrode with a bioreceptor placed on it was immersed in a 3 ml measuring cell containing a phosphate-citrate buffer solution (pH 6.0), and the oxygen content in the cuvette was recorded by adding different concentrations of the analytes.
Таким образом, разработанная композиция для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов в биосенсорных анализаторах обеспечивает высокую чувствительность биосенсора при стабильной работе до 46 суток.Thus, the developed composition for the preparation of a hydrogel based on polyvinyl alcohol for immobilization of microorganisms in biosensor analyzers provides high biosensor sensitivity with stable operation up to 46 days.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016114853A RU2614249C1 (en) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | Composition for producing hydrogel based on polyvinyl alcohol for immobilization of microorganisms |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016114853A RU2614249C1 (en) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | Composition for producing hydrogel based on polyvinyl alcohol for immobilization of microorganisms |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2614249C1 true RU2614249C1 (en) | 2017-03-24 |
Family
ID=58453220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016114853A RU2614249C1 (en) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | Composition for producing hydrogel based on polyvinyl alcohol for immobilization of microorganisms |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2614249C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU126263A1 (en) * | 1959-03-18 | 1959-11-30 | Г.Н. Фрейдлин | Method of converting polyvinyl alcohol to an insoluble product |
| RU2461625C2 (en) * | 2010-12-30 | 2012-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Composition for producing polymer film for microorganism immobilisation in biosensor analysers |
| CN103214771A (en) * | 2013-05-17 | 2013-07-24 | 中国人民解放军军械工程学院 | Polyvinyl alcohol based constant-humidity materials |
| CN103450489A (en) * | 2013-08-06 | 2013-12-18 | 深圳先进技术研究院 | Polyvinyl alcohol hydrogel and preparation method thereof |
-
2016
- 2016-04-18 RU RU2016114853A patent/RU2614249C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU126263A1 (en) * | 1959-03-18 | 1959-11-30 | Г.Н. Фрейдлин | Method of converting polyvinyl alcohol to an insoluble product |
| RU2461625C2 (en) * | 2010-12-30 | 2012-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Composition for producing polymer film for microorganism immobilisation in biosensor analysers |
| CN103214771A (en) * | 2013-05-17 | 2013-07-24 | 中国人民解放军军械工程学院 | Polyvinyl alcohol based constant-humidity materials |
| CN103450489A (en) * | 2013-08-06 | 2013-12-18 | 深圳先进技术研究院 | Polyvinyl alcohol hydrogel and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107690355B (en) | Method for preparing hydrogel containing reduced graphene oxide | |
| Kayastha et al. | Pigeonpea (Cajanus cajan L.) urease immobilized on glutaraldehyde-activated chitosan beads and its analytical applications | |
| Arica | Epoxy‐derived pHEMA membrane for use bioactive macromolecules immobilization: Covalently bound urease in a continuous model system | |
| Bai et al. | Preparation and characterization of a novel macroporous immobilized micro-organism carrier | |
| Perçin et al. | Comparison of two different reactive dye immobilized poly (hydroxyethyl methacrylate) cryogel discs for purification of lysozyme | |
| CN105784820A (en) | Method of adapter sensor of silk-printed carbon electrode for detecting microcystic toxin | |
| Desimone et al. | Development of sol-gel hybrid materials for whole cell immobilization | |
| RU2614249C1 (en) | Composition for producing hydrogel based on polyvinyl alcohol for immobilization of microorganisms | |
| BG64957B1 (en) | Process for preparing a polyvinyl alcohol gel and mechanically highly stable gel produced by this process | |
| RU2461625C2 (en) | Composition for producing polymer film for microorganism immobilisation in biosensor analysers | |
| CN109851713A (en) | A kind of controlled architecture water-setting sebific duct of dual enhancing and preparation method thereof | |
| Ghéczy et al. | Performance of a Flow‐Through Enzyme Reactor Prepared from a Silica Monolith and an α‐Poly (D‐Lysine)‐Enzyme Conjugate | |
| Villanueva-Flores et al. | Poly (vinyl alcohol co-vinyl acetate) as a novel scaffold for mammalian cell culture and controlled drug release | |
| Hsiue et al. | Urease immobilized polyvinyl alcohol‐g‐butyl acrylate membrane for urea sensor | |
| Kumakura et al. | Immobilization of cellulase using porous polymer matrix | |
| Liu et al. | Fabrication of an Amperometric Biosensor Based on theImmobilization of Glucose Oxidase in a Modified Molecular SieveMatrix | |
| JPS6025117B2 (en) | Immobilization method for bacterial enzymes | |
| JP4324408B2 (en) | Hydrogel composition | |
| DD294729A5 (en) | PROCESS FOR THE PRODUCTION OF IMMOBILISATES WITH BIOLOGICALLY ACTIVE, MACROMOLECULAR COMPOUNDS | |
| JPH08283667A (en) | Formed collagen and its production | |
| JP5258012B2 (en) | Novel RANKL-glycosaminoglycan conjugate and the activity regulator. | |
| JPH0349695A (en) | Printing ink composition for detecting glucose and testing unit for detecting blood glucose using the same | |
| de Melo-Junior et al. | Polysiloxane–polyvinyl alcohol discs as support for antibody immobilization: Ultra-structural and physical–chemical characterization | |
| SU586182A1 (en) | Method of preparing immobilized a-amylase | |
| Orlova et al. | Bioluminescent Toxicity Assay of Polyethylenimine-Based Sorbents |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20180119 Effective date: 20180119 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200419 |