專利名稱：具有生物活性的陶瓷基生物組件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷基生物組件的制備方法，具體涉及一種具有生物活性的陶瓷基生物組件的制備方法。
背景技術(shù)：
固定化微生物技術(shù)是用化學(xué)或物理的方法將游離細(xì)胞定位于材料的限定空間中， 并使其保持生物活性且可反復(fù)利用的生物技術(shù)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及人們生活水平的不斷提高，生產(chǎn)與生活污水的排放量急劇增加，全球性水體污染日趨嚴(yán)重，威脅著社會(huì)經(jīng)濟(jì)乃至人類自身的可持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)的污水生物處理技術(shù)已難于適應(yīng)污水處理的發(fā)展要求，研究開發(fā)和應(yīng)用新型廢水處理工藝、技術(shù)及材料，已成為世界水體污染控制與防治工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，固定化細(xì)胞技術(shù)應(yīng)用在水處理和生物生產(chǎn)領(lǐng)域，它具有生物濃度易控制、 耐毒害能力強(qiáng)、菌種流失少、產(chǎn)物易分離、運(yùn)行設(shè)備小型化等特點(diǎn)。但是，由于固定化材料性能的諸多不足，固定化微生物技術(shù)的工程應(yīng)用受到很大的限制，研制優(yōu)質(zhì)的固定化材料勢(shì)在必行。專利申請(qǐng)201010618505. 6公布了一種細(xì)胞的載體固定化方法，采用一個(gè)壁上布滿小孔的不銹鋼接種筒，使載體套在圓筒上，通過加壓將種子液由圓筒內(nèi)轉(zhuǎn)移到載體中，配合特定的反沖裝置實(shí)現(xiàn)固定化細(xì)胞在載體中均勻分布。具有操作簡(jiǎn)單、對(duì)細(xì)胞活性影響小、 固著態(tài)細(xì)胞密度大，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn)，載體可先整體用于細(xì)胞固定化，再根據(jù)需要分割成適當(dāng)尺寸的載體顆粒，有效避免了將小顆粒載體直接用于細(xì)胞固定化所產(chǎn)生的細(xì)胞固著不均勻及載體利用率不高的缺點(diǎn)。專利200610011073. 6公布了一種固定化細(xì)胞有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料膜狀載體的制備，是在普通聚醚型聚氨酯泡沫、海藻酸鈉、聚乙烯醇(聚合度1750士50)等高分子聚合物材料中添加氧化鋁前驅(qū)體如薄水鋁石、擬薄水鋁石以及介孔分子篩MCM-41等無機(jī)物質(zhì)進(jìn)行改性，制備出克服傳統(tǒng)細(xì)胞固定化載體材料缺點(diǎn)的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料，具有獨(dú)特孔道結(jié)構(gòu)，通透性強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度好，化學(xué)穩(wěn)定性好，可再生利用的特點(diǎn)。專利200910209768. 9公布了一種廉價(jià)的可用于細(xì)胞固定化的無機(jī)多孔吸附載
體。該載體利用粘土燒制而成，具有多孔性、對(duì)微生物細(xì)胞無毒、機(jī)械強(qiáng)度大、性質(zhì)穩(wěn)定、可反復(fù)使用，價(jià)格低廉、細(xì)胞固定操作簡(jiǎn)單、細(xì)胞固定量大等特點(diǎn)，可用于工業(yè)化規(guī)模的細(xì)胞固定化。文獻(xiàn)“中國(guó)專利N0200510132133. 5”公布了一種開孔有機(jī)泡沫材料作為固定化酶 /固定化細(xì)胞的載體以及相關(guān)的固定化酶/固定化細(xì)胞的制備技術(shù)，采用凝絮交聯(lián)方法將酶蛋白/固定化細(xì)胞固定在開孔有機(jī)泡沫材料上，具有比表面積大，比活性高的特點(diǎn)。中國(guó)20041008(^93. 5公布了一種對(duì)含有重金屬離子和苯酚、胺等有機(jī)污染物污水處理的復(fù)合天然微孔材料的制備，是由廉價(jià)且具有良好吸附性能的不同孔徑的硅藻土、 沸石、膨潤(rùn)土等天然微孔材料制成，該污水處理劑可適合現(xiàn)有的污水處理工藝，也可自成體系進(jìn)行污水處理，克服現(xiàn)有污水處理工藝中，材料及工藝的運(yùn)營(yíng)成本高、同種工藝對(duì)重金屬離子和苯酚、胺等到多種污染物較難同時(shí)高效去除、易造成二次污染等特點(diǎn)。專利20091016擬47. 5公布了一種以殼聚糖為載體的固定化方法，將殼聚糖溶液與酶、細(xì)胞、菌體、發(fā)酵液或蛋白質(zhì)等待固定物質(zhì)的溶液或懸浮液直接混合，交聯(lián)，再在堿性條件下固化，分散得到顆粒狀的交聯(lián)殼聚糖，具有多孔結(jié)構(gòu)，機(jī)械強(qiáng)度好，過濾性能強(qiáng)的特
點(diǎn)ο目前的大量報(bào)道顯示細(xì)胞固定化常用載體有無機(jī)載體和有機(jī)載體，無機(jī)載體材料具有機(jī)械強(qiáng)度大、對(duì)微生物無毒性、不易被微生物分解、耐酸堿、成本低、壽命長(zhǎng)等特征，但其存在細(xì)胞不易在其表面生長(zhǎng)的缺點(diǎn)。有機(jī)高分子載體材料又分為天然高分子載體材料和人工合成有機(jī)高分子載體材料。天然高分子載體材料一般對(duì)生物無毒性、傳質(zhì)性能好，但強(qiáng)度較低、在厭氧條件下易被微生物降解、壽命短。合成有機(jī)高分子載體材料一般強(qiáng)度較大， 生物親和性好，但傳質(zhì)性能差，比表面積小，對(duì)細(xì)胞活性有一定影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠解決傳統(tǒng)載體不易回收、造成二次污染的具有生物活性的陶瓷基生物組件的制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是將多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板浸泡在海藻酸鈉與聚乙烯醇(PVA)的混合溶液中，然后再將其浸泡在硼酸與氯化鈣的混合溶液中或?qū)⒍嗫滋蓟杌寤蚨嗫纂姎馐褰菰诠枞苣z和聚乙烯醇的混合溶液中， 得到負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板；然后將篩選的細(xì)胞采用表面吸附的方法固定在負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板上制成具有生物活性的陶瓷基生物組件。本發(fā)明的具體制備步驟如下1)首先，按質(zhì)量百分比將7 9%的PVA、1 2%的海藻酸鈉和90 91%的蒸餾水混合得溶液A ；2)然后，按質(zhì)量百分比將3. 7 4%的硼酸、1. 3 4. 0 %的氯化鈣和92 95 %的蒸餾水混合后攪拌溶化均勻得溶液B ；3)將多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板浸泡在溶液A中靜置1 2小時(shí)后取出晾干；4)將溶液B先緩慢地滴加到經(jīng)溶液A處理過的多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板進(jìn)行逐步交聯(lián)，然后再將多孔碳化硅基板或多孔電氣石板基板放入溶液B中繼續(xù)交聯(lián)2 4h ；5)重復(fù)步驟幻、4)數(shù)次得到負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板；6)然后將篩選的細(xì)胞采用表面吸附的方法固定在負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板上放入培養(yǎng)基上培養(yǎng)3 5天制成具有生物活性的陶瓷基生物組件。本發(fā)明另一種具體制備步驟如下1)將質(zhì)量含量為25 沈的％的硅溶膠與質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液按 10 1的體積比混合均勻得混合溶液；
2)將多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板浸泡在混合溶液中靜置1 池取出后晾干，重復(fù)數(shù)次，得到負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板；3)然后將篩選的細(xì)胞采用表面吸附的方法固定在負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板上放入培養(yǎng)基上培養(yǎng)3 5天制成具有生物活性的陶瓷基生物組件。本發(fā)明結(jié)合了有機(jī)載體和無機(jī)載體的優(yōu)點(diǎn)，將微生物細(xì)胞固定在負(fù)載誘導(dǎo)膜的多孔陶瓷基板上使懸浮的細(xì)胞固定化得到改進(jìn)。即將海藻酸鈉、聚乙烯醇、硅溶膠中的一種或幾種組合涂敷在多孔碳化硅板或者多孔電氣石板內(nèi)部和表面形成誘導(dǎo)膜，既可充分利用無機(jī)多孔陶瓷材料獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)、較高的強(qiáng)度、大的比表面積、良好的通透性、穩(wěn)定性、可再生利用等優(yōu)點(diǎn)，又可充分利用高分子材料與細(xì)胞良好的親和性及包埋量大等特點(diǎn)，使所制備的負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔陶瓷基板具備細(xì)胞固定及生長(zhǎng)的功能。所制得的具有生物活性的陶瓷基生物組件使懸浮的細(xì)胞固定技術(shù)得到改進(jìn)，解決了傳統(tǒng)載體不易回收、造成二次污染的不足，在污水處理方面具有廣泛的應(yīng)用前景。


圖Ia是本發(fā)明實(shí)施例1制備的微生物固定前的電子鏡照片，圖Ib是本發(fā)明實(shí)施例1制備的微生物固定后的電子鏡照片。圖加是本發(fā)明實(shí)施例4制備的微生物固定前的電子鏡照片，圖2b是本發(fā)明實(shí)施例4制備的微生物固定后的電子鏡照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1 1)首先，按質(zhì)量百分比將7%的PVA、2 %的海藻酸鈉和91 %的蒸餾水混合得溶液 A；2)然后，按質(zhì)量百分比將3. 7%的硼酸、1. 3%的氯化鈣和95%的蒸餾水混合后攪拌溶化均勻得溶液B;3)將多孔碳化硅基板浸泡在溶液A中靜置1 2小時(shí)后取出晾干；4)將溶液B先緩慢地滴加到經(jīng)溶液A處理過的多孔碳化硅基板進(jìn)行逐步交聯(lián)，然后再將多孔碳化硅基板放入溶液B中繼續(xù)交聯(lián)2 4h ；5)重復(fù)步驟幻、4)數(shù)次得到負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅基板；6)然后將篩選的細(xì)胞采用表面吸附的方法固定在負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅基板上放入培養(yǎng)基上培養(yǎng)3 5天制成具有生物活性的陶瓷基生物組件。由圖Ia可以看出實(shí)施例1的多孔碳化硅板上已負(fù)載聚乙烯醇-海藻酸鈉誘導(dǎo)膜； 由圖la、b對(duì)比可以看出，實(shí)施例1負(fù)載聚乙烯醇-海藻酸鈉誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅板上生長(zhǎng)有微生物，從而實(shí)現(xiàn)了微生物細(xì)胞的固定。實(shí)施例2 1)首先，按質(zhì)量百分比將9%的PVA、1%的海藻酸鈉和90%的蒸餾水混合得溶液 A；
2)然后，按質(zhì)量百分比將4%的硼酸、4%的氯化鈣和92%的蒸餾水混合后攪拌溶化均勻得溶液B;3)將多孔電氣石基板浸泡在溶液A中靜置1 2小時(shí)后取出晾干；4)將溶液B先緩慢地滴加到經(jīng)溶液A處理過的多孔電氣石基板進(jìn)行逐步交聯(lián)，然后再將多孔電氣石板基板放入溶液B中繼續(xù)交聯(lián)2 4h ；5)重復(fù)步驟幻、4)數(shù)次得到負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔電氣石基板；6)然后將篩選的細(xì)胞采用表面吸附的方法固定在負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔電氣石基板上放入培養(yǎng)基上培養(yǎng)3 5天制成具有生物活性的陶瓷基生物組件。實(shí)施例3 1)首先，按質(zhì)量百分比將8%的PVA、1. 5%的海藻酸鈉和90. 5%的蒸餾水混合得溶液A ；2)然后，按質(zhì)量百分比將3. 8%的硼酸、3%的氯化鈣和93. 2%的蒸餾水混合后攪拌溶化均勻得溶液B;3)將多孔碳化硅基板浸泡在溶液A中靜置1 2小時(shí)后取出晾干；4)將溶液B先緩慢地滴加到經(jīng)溶液A處理過的多孔碳化硅基板進(jìn)行逐步交聯(lián)，然后再將多孔電氣石板基板放入溶液B中繼續(xù)交聯(lián)2 4h ；5)重復(fù)步驟幻、4)數(shù)次得到負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔電氣石基板；6)然后將篩選的細(xì)胞采用表面吸附的方法固定在負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔電氣石基板上放入培養(yǎng)基上培養(yǎng)3 5天制成具有生物活性的陶瓷基生物組件。實(shí)施例4 1)將質(zhì)量含量為25%的硅溶膠與質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液按10 1的體積比混合均勻得混合溶液；2)將多孔碳化硅基板浸泡在混合溶液中靜置1 池取出后晾干，重復(fù)數(shù)次，得到負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅基板；3)然后將篩選的細(xì)胞采用表面吸附的方法固定在負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅基板上放入培養(yǎng)基上培養(yǎng)3 5天制成具有生物活性的陶瓷基生物組件。由圖加可以看出實(shí)施例4的多孔碳化硅板上已負(fù)載硅溶膠-聚乙烯醇誘導(dǎo)膜；由圖2a、b對(duì)比可以看出實(shí)施例4負(fù)載硅溶膠-聚乙烯醇誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅板上生長(zhǎng)有微生物，從而實(shí)現(xiàn)了微生物細(xì)胞的固定。實(shí)施例5 1)將質(zhì)量含量為的硅溶膠與質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液按10 1的體積比混合均勻得混合溶液；2)將多孔電氣石基板浸泡在混合溶液中靜置1 池取出后晾干，重復(fù)數(shù)次，得到負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔電氣石基板；3)然后將篩選的細(xì)胞采用表面吸附的方法固定在負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔電氣石基板上放入培養(yǎng)基上培養(yǎng)3 5天制成具有生物活性的陶瓷基生物組件。本發(fā)明所制備的具有生物活性的陶瓷基生物組件，是一種高效的固定細(xì)胞載體， 制備方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，具有高強(qiáng)度、低阻力、高過濾性，高性價(jià)比，高活性的特點(diǎn)，改善了傳統(tǒng)固定技術(shù)處理污水時(shí)不易回收、二次污染等問題，在環(huán)境領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.具有生物活性的陶瓷基生物組件的制備方法，其特征在于將多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板浸泡在海藻酸鈉與聚乙烯醇(PVA)的混合溶液中，然后再將其浸泡在硼酸與氯化鈣的混合溶液中或?qū)⒍嗫滋蓟杌寤蚨嗫纂姎馐褰菰诠枞苣z和聚乙烯醇的混合溶液中，得到負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板；然后將篩選的細(xì)胞采用表面吸附的方法固定在負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板上制成具有生物活性的陶瓷基生物組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有生物活性的陶瓷基生物組件的制備方法，其特征在于.1)首先，按質(zhì)量百分比將7 9%的PVA、1 2%的海藻酸鈉和90 91%的蒸餾水混合得溶液A ；.2)然后，按質(zhì)量百分比將3.7 4%的硼酸、1. 3 4. 0 %的氯化鈣和92 95 %的蒸餾水混合后攪拌溶化均勻得溶液B ；.3)將多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板浸泡在溶液A中靜置1 2小時(shí)后取出晾干；.4)將溶液B先緩慢地滴加到經(jīng)溶液A處理過的多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板進(jìn)行逐步交聯(lián)，然后再將多孔碳化硅基板或多孔電氣石板基板放入溶液B中繼續(xù)交聯(lián)2 4h ；.5)重復(fù)步驟；3)、4)數(shù)次得到負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板；.6)然后將篩選的細(xì)胞采用表面吸附的方法固定在負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板上放入培養(yǎng)基上培養(yǎng)3 5天制成具有生物活性的陶瓷基生物組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有生物活性的陶瓷基生物組件的制備方法，其特征在于.1)將質(zhì)量含量為25 沈的％的硅溶膠與質(zhì)量濃度為5%的聚乙烯醇溶液按10 1 的體積比混合均勻得混合溶液；.2)將多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板浸泡在混合溶液中靜置1 池取出后晾干，重復(fù)數(shù)次，得到負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板；.3)然后將篩選的細(xì)胞采用表面吸附的方法固定在負(fù)載有機(jī)誘導(dǎo)膜的多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板上放入培養(yǎng)基上培養(yǎng)3 5天制成具有生物活性的陶瓷基生物組件。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有生物活性的陶瓷基生物組件的制備方法。在本發(fā)明中，以多孔碳化硅基板或多孔電氣石基板為載體，將利于細(xì)胞生長(zhǎng)的海藻酸鈉、聚乙烯醇、硅溶膠中的一種或幾種作為誘導(dǎo)材料涂敷在基板微孔表面形成誘導(dǎo)膜，然后將篩選的細(xì)胞采用表面吸附的方法固定在其上，制成一種具有生物活性的陶瓷基生物組件。本組件綜合了無機(jī)多孔材料強(qiáng)度高、比表面積大、通透性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、可再生利用等優(yōu)點(diǎn)，及有機(jī)材料與細(xì)胞良好的親和性，使懸浮的細(xì)胞固定技術(shù)得到改進(jìn)，解決了傳統(tǒng)載體不易回收、造成二次污染的不足，在污水處理方面具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C12N11/14GK102533713SQ201110445449
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者孫晶晶, 彭莉, 樊英鴿, 王保和, 王映俊, 黃鳳萍 申請(qǐng)人:浙江溫州輕工研究院