1定義

固定化細胞是指固定在水不溶性載體上,在一定的空間範圍進行生命活動(生長、繁殖和新陳代謝等)的細胞。它是用於獲得細胞的酶和代謝產物的一種方法,起源於20世紀70年代,是在固定化酶的基礎上發展起來的新技術。由於固定化細胞能進行正常的生長、繁殖和新陳代謝,所以又稱固定化活細胞或固定化增殖細胞。通過各種方法將細胞和水不溶性載體結合,製備固定化細胞的過程稱為細胞固定化。
微生物細胞、動物細胞、植物細胞都可以製成固定化細胞。

2固定化原理及方法

細胞的種類多種多樣,大小和特性個不相同,故此細胞固定化的方法有很多種。歸結起來,主要可以分為吸附法和包埋法兩大類。
  1. 吸附法
利用各種吸附劑,將細胞吸附在其表面而使細胞固定的方法稱為吸附法。
用於細胞固定化的吸附劑主要有硅藻土、多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料、金屬絲網、微載體、和中空纖維等。
酵母細胞帶有負電荷,在pH3~5的條件下能夠吸附在多空陶瓷、多空塑料等載體的表面,製成固定化細胞,用於酒精和啤酒等的發酵生產;在環境保護領域內使用的活性污泥中含有各種各樣的微生物,這些微生物可以沉積吸附在硅藻土、多孔玻璃、多孔陶瓷、多空塑料等載體的表面,用於各種有機廢水的處理,降低廢水中的化學需氧量(COD)和生化需氧量(BOD);各種黴菌會長出菌絲體,這些菌絲體可以吸附纏繞在多空塑料、金屬絲網等載體上用於生產有機酸和酶等;植物細胞可吸附在中空纖維外壁,用於生產色素、香精、藥物和酶等次級代謝產物;動物細胞大多屬於貼壁細胞,必需依附在固體表面才能正常生長,故可吸附在容器壁、微載體、中空纖維外壁等載體上,製成固定化細胞,用於各種蛋白質的生產。
  1. 包埋法
將細胞包埋在多空載體內部而製成固定化細胞的方法稱為包埋法。包埋法可分為凝膠包埋法和半透膜包埋法。
凝膠包埋法是應用最廣泛的細胞固定方法。

3優點

可以連續發酵,節約了成本,而且在蒸餾和提取前不用分離去細胞,能一邊徘出發酵液,一邊進行培養,排除了產物抑制和消耗。

4分類

1.5.1無載體的固定
無載體固定主要目的是將吸附或者共價交聯的細胞,彼此分成自身獨立
的區域。所謂吸附過程是指細胞發酵過程中產生的細胞體絮凝或者呈丸粒狀;或
通過二級過程,在適應的參數變化之下,簡單有效地制各出具有觸媒活性的顆粒。
在此過程中。往往加入少量絮凝劑(即聚合物),加入的聚合物可直接參与細胞間
的相互作用。其明顯特徵是顆粒牢固。
1.5.2預製載體的固定
在酶的固定化領域中,尤其是使用共價結合是一種典型的方法。這一方法也可
適用於固定化細胞的操作。觸媒製備過程中形成的載體本體應不受物理、化學的
條件限制。因此載體物質的柔性與製作方法要求很高。在製作過程中最優化的機
械性能、孔隙結構受生理參數約束。
1.5.3載體製備過程中的固定
此法為整體細胞固定的一種通用方法。該工藝主要包括截留與密封。其實密封
是一種邊際效應。此法的特點是:由於整個細胞大小,製成的網狀體比較簡單,它能全面封鎖滯留細胞,並對輸送基質與產品有足夠快的高效酶活;由於製備載體與保留酶活性
及細胞存活生理要求條件適合,故載體製備的主要問題已得到解決。
1.5.4生物觸媒內固定化細胞的生長
此法正因其日趨重要而引起人們的注意。其理由是:整個細胞體處於存活狀態
下。製成生物觸媒時,在小球之內,它的細胞濃度很可能增加和提高。新制各的
生物觸媒或者一級與多級酶系統生物觸媒,經再生利用都可能出現一定程度的失
活。而置入適當的生長環境下培養,其細胞濃度可能又會增加。最後,活細胞生
物觸媒或在靜止期、或在生長期,作為多酶系統或輔酶系統的提供者,而得到利
用。

5在發酵中應用

提高酶或菌體在發酵過程中的重複使用率,降低經濟成本。同時據此製備了相關生物感測器,如葡萄糖生物感測器、微生物細胞數感測器、代謝試驗感測器等

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