生物分子固定化方法
生物分子固定化方法
生物传感器中生物组分的固定化方法生物传感器由两部分组成: 生物敏感元件与信号转换器。
生物传感器的选择性主要取决于敏感材料的选取,而灵敏度的高低则与转换器的类型、生物组分的固定化技术等有很大的关系。
因此固定化技术的发展就是提高传感器性能的关键因素之一。
生物传感器要呈现良好的工作性能, 其固定化技术应满足以下条件:(1) 固定化后的生物组分仍能维持良好的生物活性;(2) 生物膜与转换器须紧密接触,且能适应多种测试环境;(3) 固定化层要有良好的稳定性与耐用性;(4) 减少生物膜中生物组分的相互作用以保持其原有的高度选择性。
为了研制廉价、灵敏度高而且选择性好的生物传感器,固定化技术已成为研究者们努力探求的目标。
经过近20年的不懈探索,已建立了对各种不同生物功能材料的固定化方法。
1、1、3、1 物理吸附法此法就是通过生物分子的极性键、氢键、疏水键的作用将生物组分吸附于不溶性的惰性载体上。
文献已经报道了一些材料可用作吸附其它材料的载体,比如,石墨粉[25]、石墨-聚四氟乙烯[26]、活性碳[27]、离子交换树脂[28]等。
物理吸附法的特点就是方法简便、操作条件温与,缺点就是生物分子与载体表面的结合力弱,在表面进行任意取向的不规则分布,因此使制得的生物传感器容易发生生物分子的脱落与泄漏,从而造成传感器的灵敏度低,重现性差。
1、1、3、2 包埋法将生物组分与合成高分子经溶剂混合而使生物组分包埋于其中,制成敏感膜的方法称作包埋法。
采取的包埋方式通常包括凝胶包埋法与胶囊包埋法二种形式[29,30]。
包埋法的优点就是操作条件比较温与,膜的孔径与形状可随意控制,对生物组分活性的影响较小,缺点就是需控制很多实验因素,而且生物组分在聚合物膜内的活性会受到影响。
1、1、3、3 共价键合法将生物组分通过共价键与电极表面结合而固定的方法称作共价键合法。
该法就是利用基体表面进行活化处理,然后与生物组分偶联,从而使生物组分结合到基体表面。
固定化技术应用-酶和细胞的固定化
固定化技术应用－酶和细胞的固定化试题中出现固定酶能不能催化一系列反应，查找资料，没有权威资料认为已经存在催化系列反应的酶，应该是研究方向。
选修知识的考查已经出现应用方向，也拓展到了技术的前景。
也就是说，需要在教学中创设情境适当扩大知识面，结合试题进行教学会收到很好的效果，如固定化酶技术可以拓展到固定化细胞。
问题：固定化技术以及发展前景如何？什么是固定化酶？什么是固定化细胞？011.固定化酶技术固定化酶技术是用物理或化学手段。
将游离酶封锁住固体材料或限制在一定区域内进行活跃的、特有的催化作用，并可回收长时间使用的一种技术。
酶的固定化技术已经成为酶应用领域中的一个主要研究方向。
经固定化的酶与游离酶相比具有稳定性高、回收方便、易于控制、可反复使用、成本低廉等优点，在生物工业、医学及临床诊断、化学分析、环境保护、能源开发以及基础研究等方面发挥了重要作用。
2.固定化酶技术的发展以前，固定化酶技术是把从生物体内提取出来的酶，用人工方法固定在载体上。
1916年Nelson和GrImn最先发现了酶的固定化现象。
科学家们就开始了同定化酶的研究工作。
1969年日本一家制药公司第一次将固定化的酰化氨基酸水解酶用于从混合氨基酸中生产L－氮基酸，开辟了固定化酶在工业生产中的新纪元。
我国的固定化酶研究开始于1970年，首先是微生物所和上海生化所的工作者开始了固定化酶的研究。
当今，固定化酶技术发展方向是无载体的酶固定化技术。
邱广亮等用磁性聚乙二醇胶体粒子作载体，采用吸附－交联法，制备出具有磁响应性的固定化糖化酶，简称磁性酶(M I E)一方面由于载体具有两亲性，M I E可稳定的分散于水相或有机相中，充分的进行酶催化反应；另一方面，由于载体具有磁响应性，M I E又可借助外部磁场简单地回收，反复使用，大大提高酶的使用效率。
Puleo等将钛合金表面用丙烯酸胺等离子体处理引入氨基，然后将含碳硝化甘油接枝于钛合金表面，或者将等离子体处理的钛合金先由琥珀酸酐处理，再用含碳硝化甘油接枝，进而将溶菌酶和骨形态蛋白进行固定，实现了生物分子在生物惰性金属上的固定化。
酵母细胞的固定化
酵母细胞的固定化一、固定化酶与固定化细胞及应用实例1、固定化酶（1）含义：将酶固定在不溶于水的载体上。
（2）实例：利用固定化酶技术生产“高果糖浆”。
（3）优点：酶既能与反应物接触，又能与产物分离，同时，固定在载体上的酶还可以被反复利用。
（4）缺点：一种酶只能催化一种化学反应，而在实际生产中，很多产物的形成是通过一系列的酶促反应才能得到。
（5）应用实例：生产高果糖浆①原料：葡萄糖②原理：葡萄糖果糖③生产过程及示意图：a.反应柱能连续使用半年，大大降低了生产成本。
b.提高了果糖的产量和品质。
2、固定化细胞（1）含义：将细胞固定在一定空间内的技术。
（2）优点：成本低、操作容易、对酶活性的影响更小、可以催化一系列的反应、容易回收（3）缺点：固定后的细胞与反应物不容易接近，可能导致反应效果下降，由于大分子物质难以自由通过细胞膜，因此固定化细胞的应用也受到限制。
二、固定化酶或固定化细胞技术的常用方法1、固定化酶或固定化细胞：指利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。
2、方法：①物理吸附法 ：将酶（或细胞）吸附在载体表面上②包埋法：将酶（或细胞）包埋在细微网格里③化学结合法：将酶（或细胞）相互结合，或将其结合到载体上。
葡萄糖异构酶三、固定化酵母细胞的制备与发酵（一）制备固定化酵母细胞1、酵母细胞的活化：1g干酵母＋10mL蒸馏水→50mL烧杯→搅拌均匀→放置1h，使之活化。
〖思考〗活化是指什么？在缺水状态下，微生物处于休眠状态。
活化是指让处于休眠状态的微生物重新恢复正常生活状态的过程。
2、配制物质的量浓度为0.05mol/L的CaCl2溶液：0.83gCaCl2＋150mL蒸馏水→200mL烧杯→溶解备用3、配制海藻酸钠溶液0.7g海藻酸钠＋10mL水→50mL烧杯→酒精灯微火（或间断）加热，并不断搅拌，使之溶化→蒸馏水定容到10mL。
注：加热时要用小火，或者间断加热，并搅拌，反复几次，直到海藻酸钠溶化为止4、海藻酸钠溶液和酵母细胞混合将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温，加入以活化的酵母细胞，进行充分搅拌，再转移至注射器中注：1、海藻酸钠溶液必须冷却至室温，搅拌要彻底充分，使两者混合均匀，以免影响实验结果的观察。
固定化酶的三种方法
固定化酶的三种方法固定化酶是把酶结合到一定的表面上，使其失去活性的过程，因此可以用来改变酶的性质、增加酶的稳定性和提高酶的反应效率。
固定化酶的三种方法是物理化学固定化、生物化学固定化和免疫化学固定化。
一、物理化学固定化物理化学固定化是一种将未固定化酶与支架分子相互作用，使酶与支架分子结合，形成可操作的固定化酶系统的方法。
其基本原理是通过多种物理、化学或生物学方法，将酶与支架分子进行结合，从而形成一个可操作的固定化酶系统。
物理化学固定化可以大大提高酶的反应活性、稳定性和重复利用性，并可以改变酶的特性。
常用的物理化学固定化方法有水解结合、热结合、冷结合、电结合、化学结合、离子结合和生物结合等。
二、生物化学固定化生物化学固定化是指将酶与生物聚合物结合，使酶形成可操作的固定化酶系统的方法。
其基本原理是在酶表面分子和支架分子之间形成一种亲和力，使得酶和支架分子之间形成紧密的结合。
生物化学固定化的优势在于，它可以改变酶的特性，使酶更加稳定和可操作，而且不必进行大量的实验，可以节省时间和费用。
常用的生物化学固定化方法有抗体结合法、抑制剂结合法和蛋白结合法等。
三、免疫化学固定化免疫化学固定化是一种将酶与抗体结合，形成可操作的固定化酶系统的方法。
其基本原理是将酶和抗体进行结合，从而形成一个稳定的固定化酶系统。
免疫化学固定化具有较强的特异性，可以在具有极强抗性的环境中实现高效固定化；且不仅能实现酶的固定化，还可以改变酶的特性，使酶更加稳定和可操作。
常用的免疫化学固定化方法有免疫结合法、单克隆抗体结合法和抗体体外表达法等。
综上所述，固定化酶的三种方法是：物理化学固定化、生物化学固定化和免疫化学固定化。
它们可以改变酶的特性，使酶更加稳定和可操作，提高酶的反应活性、稳定性和重复利用性，从而更好地满足人们在实验中的需求。
基于静电吸附作用固定生物分子的免疫传感器的研究
摘要本论文可分为两部分：一．生物传感器中生物分子固定化方法的研究．生物传感器中生物活性物质的固定是改善传感器性能最关键的步骤之一．传统的ｆ司定方法如共价键合和包埋法等对同定在传感界血ｉ上的生物活性物质的活性影响较大，如采用静电吸附或非特异吸附来实现生物活性物质的同定，可以很大程度上解决上述问题．本文试利用壳聚糖，改性褐藻酸钠和纳米二氧化钛等几种＝ｉ＿ｆｉ同性质的物质通过静电吸附或者非特异吸附来实现生物活性物质的同定．１）研制了一种基于壳聚糖和溴化氰改性褐藻酸钠凝集作用的日本血吸虫安培免疫传感器。
褐藻酸钠一抗体复合物通过静电吸附作用被凝集到含石墨一石蜡一壳聚糖组分的电极表血，然后与抗原和酶标抗原进行竞争反应，以邻氨基酚为电子媒介，通过测定酶催化下双氧水对其氧化的电流大小来间接测定抗原的浓度。
响应电流与血吸虫抗原在Ｏ．６４—４０ｔｔｇ／ｍＬ之间呈准线性关系。
线性回归方程为：卜一１７．３０８ｃ＋３４．５７２，相关系数ｒ为Ｏ．９８５。
２）利用纳米二氧化钛颗粒与碳粉的协同作用，制备了一种高灵敏度的过氧化氢传感器．辣根过氧化物酶通过与纳米二氧化钛之间的静电力和碳粉的非特异吸附而同定在电极表面，以邻米二酚为电子媒介，对过氧化氧进行了测定．ＨＲＰ酶的响麻电流在２．４×１０。
４－－３×１０。
７ｍｏｌ／Ｌ的Ｈ２０２的浓度范同内呈线性关系，灵敏度为ｏ．１１０１ＡＬｍｏｌ。
ｃｍ～，校正系数为０．９９３（ｎ＝１３）。
二．酶联荧光免疫体系中底物的研究．酶联荧光免疫体系中的关键部分在于生物活性物质的同定和荧光底物的选择．本文试发展几种新的荧光底物用于酶联荧光免疫体系的榆测．３）将纳米Ｔｉ０２颗粒用作固定抗体的载体，以辣根过氧化物酶标记ｃ３补体（ＨＲＰ．ｃ３）．ＨＲＰ－Ｃ３与待测ｃ３发生竞争性免疫反应，反应的ＨＲＰ—Ｃ３可催化荧光底物３，３’，５，５，．四甲基联苯胺（ＴＭＢ）转化为无荧光物质，由测得ＴＭＢ＋Ｈ２０２混合底物溶液的荧光降低的大小判断待测ｃ３的浓度，荧光值与Ｃ３补体在６．５ｎｇ／ｍＬ到７５ｎｇ／ｍＬ之间呈准线性关系，相关系数为０．９７３．４）以聚苯乙烯（Ｐｓ）制成支持体，通过疏水性非特异吸附将ＩｇＧ同定在其表面，然后与ＧａｌｇＧ和酶标ＧａｌｇＧ进行竞争免疫反应，以双氧水和甲哌氯丙嗪混台溶液为荧光底液，通过测定３９５ｎｍ处荧光增强的多少来测定Ｇａ］【ｇＧ的浓度．荧光响应与ＧａｌｇＧ浓度在２ｎｇ／ｍＬ到６０ｎｇ／ｍＬ之间呈准线性关系。
微生物固定化技术
固定化微生物技术是将特选的微生物固定在选证的载体上，使其高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖的生物技术。
这种技术应用于废水处理，有利于提高生物反应器内微生物(尤其是特殊功能的微生物)的浓度，有利于微生物抵抗不利环境的影响，有利于反应后的固液分离，缩短处理所需的时间。
利用固定化微生物技术提高废水处理效率的工艺方法也被称作”生物增效”，其适用的领域非常广泛，例如:化粪池、隔油槽、排水管、城市污水处理厂以及工业废水…等。
一般而言,针对特殊污染源，来自天然环境的微生物消耗很快、效率低下，即使有快速的繁殖能力仍不足以负荷。
因此,生物增效的作业过程还是依循自然的方式，向目标添加定制的、具有已知降解能力的微生物制剂(固定化微生物），处理效果则有明显的提升。
现在所研究的生物吸附剂的固定化方法主要有以下几种:1吸附法吸附法一般依靠生物体与载体之间的作用，包括范德华力、氢键、静电作用、共价键及离子键，两者间的屯电位,在微生物体和载体的相互作用中起重要作用。
常用的吸附载体有活性炭、木屑、多孔玻璃、多孔陶瓷、磁铁矿、硅藻土、硅胶、纤维素、聚氨醋泡沫体、离子交换树脂等。
它是一种简单易行、条件温和的固定化方法，但用它固定的生物体不够牢靠，容易脱落。
2交联法交联法又称无载固定化法，是一种不用载体的工艺,通过化学、物理手段使生物体细胞间彼此附着交联。
化学交联法它一般是利用醛类、胺类等具有双功能或多功能基团的交联剂与生物体之间形成共价键相互联结形成不溶性的大分子而加以固定，所使用的交联剂主要有戊二醛、聚乙烯酞胺、表氯醇等等。
物理交联法在是指在微生物培养过程中，适当改变细胞悬浮液的培养条件（如离子强度、温度、pH值等)，使微生物细胞之间发生直接作用而颗粒化或絮凝来实现固定化，即利用微生物自身的自絮凝能力形成颗粒的一种固定化技术。
3包埋法在微生物的固定化方法中，以包埋法最为常用。
它的原理是将生物体细胞截留在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的网络中，通过聚合作用或通过离子网络形成,或通过沉淀作用，或通过改变溶剂、温度、pH值使细胞截留.凝胶聚合物的网络可以阻止细胞的泄露，同时能让基质渗入和产物扩散出来。
《金属和生物分子DNA传感器的设计与构建》范文
《金属和生物分子DNA传感器的设计与构建》篇一一、引言随着生物技术的飞速发展，生物传感技术已经引起了越来越多的关注。
DNA作为生物遗传信息的基础，其精确和快速的检测至关重要。
特别是在生物医学、临床诊断和环境监测等多个领域中，如何实现对DNA的快速、灵敏和准确的检测成为了研究的热点。
近年来，金属和生物分子DNA传感器以其高灵敏度、高选择性以及良好的可重复性等优势，在DNA检测领域中得到了广泛的应用。
本文将详细介绍金属和生物分子DNA传感器的设计与构建。
二、金属DNA传感器设计原理金属DNA传感器主要利用金属纳米材料（如金、银、铜等）与DNA之间的相互作用，通过特定的设计将DNA序列固定在金属表面，形成一种具有高度灵敏度和选择性的传感器。
其设计原理主要基于金属纳米材料与DNA之间的电化学性质、光学性质以及生物亲和性等。
三、生物分子DNA传感器设计原理生物分子DNA传感器则主要利用生物分子（如蛋白质、酶等）与DNA之间的相互作用进行设计。
这些生物分子通常具有较高的亲和力，能够特异性地与DNA结合，从而实现高灵敏度和高选择性的检测。
常见的生物分子包括适配体、酶和核酸等。
四、金属和生物分子DNA传感器的构建1. 金属DNA传感器的构建：首先，需要选择合适的金属纳米材料，如金或银纳米粒子。
然后，通过化学或物理方法将DNA 序列固定在金属表面。
这一过程通常需要使用特定的连接剂或交联剂，以实现DNA与金属纳米材料之间的稳定连接。
最后，通过电化学或光学等方法对传感器进行测试和优化。
2. 生物分子DNA传感器的构建：首先，需要选择具有高度特异性的生物分子，如适配体或酶等。
然后，通过生物工程方法将生物分子与DNA进行连接，形成具有高亲和力的复合物。
接下来，将该复合物固定在传感器表面，如微阵列或纳米孔等。
最后，通过监测生物分子与目标DNA之间的相互作用，实现对目标DNA的检测。
五、传感器性能优化及实际应用为了提高传感器的性能，需要对其进行一系列的优化工作。
固定化微生物技术
固定化微生物技术及其在污水处理中的应用前言：固定化微生物技术是20世纪70年代在固定化酶技术的基础上上发展起来的。
固定化微生物技术是指用物理或化学方法将游离微生物细胞、动植物细胞、细胞器或酶限制或定位在某一特定空间范围内，保留其固有的催化活性，并能被重复和连续使用技术[1]。
，固定化微生物技术的本质是采用生物活性高分子载体固定、诱导和驯化出难降解有机物有特异性的特殊菌群，使微生物依据有机物的降解速度和次序分级排列，实现难降解有机物的高效去除；加之载体的高分子效应的影响，创造出适宜微生物生存的微环境，提高微生物的耐受性。
该技术的应用，为污水处理提供了一条新的技术途径，具有广阔的应用前景。
1、微生物固定化方法固定化微生物技术的方法分类多种多样，目前在国内外尚无一个统一的分类标准。
固定化微生物的制备方法大致可以分为包埋法、吸附法、共价结合法和交联法[ 2] 以及新近发展的无载体固定化方法[ 3] 。
1.1包埋法包埋法是将微生物限定在凝胶的微小格子或微胶囊等有限空间内,同时能让基质渗入和产物扩散出来。
凝胶聚合物的网络可以阻止细胞的泄漏,同时能让底物渗入和产物扩散出来。
包埋法对微生物活性影响小、颗粒强度高,是目前制备固定化微生物最常用、研究最广泛的固定化方法[4]。
1.2吸附法吸附法在固定化微生物技术处理污水中是研究最早、应用较广泛、技术也较成熟的方法。
在大多数生物膜反应器启动的早期，所应用的都是吸附法的原理。
固定化微生物方法可分为物理吸附和离子吸附两类[5]。
该方法操作简单,微生物固定过程对细胞活性的影响小,条件温和。
但这种方法结合的细胞数量有限,反应稳定性和重复性差,所固定的微生物数目受所用载体的种类及其表面积的限制[6]，同时微生物与载体之间吸附强度也不够牢固，故载体的选择是关键。
1.3 共价结合法共价结合法是利用微生物细胞表面功能团与固相载体表面基团之间形成化学共价键相连来固定细胞, 因此结合紧密, 稳定性好, 但是基团结合时反应激烈, 操作复杂、难控制。
固定化细胞制备及应用事例
固定化细胞制备及应用事例固定化细胞是将活细胞固定在材料上，以实现其在生物反应或工业生产中的应用。
利用固定化细胞可以提高细胞的稳定性和生物活性，延长其寿命，并简化细胞分离和生产过程。
下面将介绍固定化细胞制备及应用的一些事例。
一、酶固定化1. 葡萄糖异构酶固定化：葡萄糖异构酶（GI）是一种重要的酶，用于将葡萄糖转化为果糖。
将GI固定在聚丙烯酸酯(PVA)凝胶中，可以实现连续和稳定的果糖生产。
此外，还可以将GI固定在金属氧化物纳米粒子上，以提高反应速率和酶稳定性。
2. 乳酸脱氢酶固定化：乳酸脱氢酶（LDH）是一种用于乳酸生产的重要酶。
将LDH固定在Ca2+交换树脂上，可以实现连续乳酸生产。
固定化LDH不仅具有较高的稳定性和重复使用性，还可以避免产物污染。
二、生物传感器1. 葡萄酒品质传感器：利用固定化酵母细胞制备的生物传感器，可以检测葡萄酒中的氨基酸和糖分等物质，以评估葡萄酒的品质。
固定化酵母细胞可以提高传感器的灵敏度和稳定性。
2. 环境污染物传感器：将大肠杆菌等细菌固定在传感器的电极表面上，可以实现对环境中污染物的实时监测。
固定化细菌可以与特定的污染物发生反应，并产生电流信号，从而实现环境污染物的快速检测。
三、药物传递系统1. 肿瘤靶向治疗：将抗癌药物固定在载体上，并加上靶向配体，可以实现对肿瘤细胞的选择性靶向治疗。
固定化药物可以提高药物的稳定性和生物利用率，减少药物对正常组织的毒性。
2. 糖尿病治疗：将胰岛素固定化在高分子材料上，并用于制备胰岛素缓释系统，可以实现糖尿病的长期治疗。
固定化胰岛素可以延长药物的作用时间，减少频繁注射的需要。
四、废水处理1. 有机废水处理：将具有降解有机物能力的细菌固定在废水处理装置中，可以高效降解废水中的有机物。
固定化细菌可以在较宽的温度和pH范围内工作，减少对环境的影响。
2. 污水氨氮去除：将氨氧化细菌固定在生物反应器中，可以实现对污水中氨氮的高效去除。
固定化细菌可以提高氨氮去除速率和稳定性，减少传统处理方法所需的空间和时间。
固定化酶与固定化细胞技术
固定化酶与固定化细胞技术酶是具有生物催化功能的生物大分子(蛋白质或RNA)，但通常指的是由氨基酸组成的酶，本章也仅探讨此类酶。
作为一种生物催化剂，参与生物体内各种代谢反应，而且反应后其数量和性质不发生变化。
由于酶的高级结构对环境十分敏感，各种因素(包括物理因素、化学因素和生物因素)均有可能使酶丧失活力。
但在常温常压条件下能高效地进行反应，且具有很高的专一性，副反应少，许多难以进行的有机化学反应在酶的作用下都能顺利进行。
由于酶的这些特点，大大促进了酶的应用和酶技术的研究。
酶被人们广泛应用于酿造、食品、医药等领域，特别是近几年来，随着分子生物学的发展，酶的应用更加活跃。
由于酶反应随着时间的延长，反应速度会逐渐降低，反应后酶不能回收，这就限制了酶的应用范围。
如果能将酶固定在惰性支持物上制成固定化酶，仍具有催化作用，还能回收反复使用，并且生产可以连续化、自动化。
从20世纪60年代固定化酶技术发展以来，不仅在酶学理论研究中发挥独特作用，在实际应用中也显示出强大的威力。
随着技术的不断发展，广义的固定化酶发展到固定化辅酶、固定化细胞及固定化细胞器等，固定化酶在食品、医药、化工和生物传感器制造上都有成功的应用实例。
对一个特定的目的和过程来说，是采用细胞，还是采用分离后的酶作催化剂，要根据过程本身来决定。
一般来说，对于一步或两步的转化过程用固定化酶较合适；对多步转换，采用固定化细胞显然有利。
第一节固定化酶固定化酶(immobilized enzyme)是指在一定空间内呈闭锁状态存在的酶，能连续地进行反应，反应后的酶可以回收重复使用。
酶的固定化是将酶与水不溶性载体结合，制备固定化酶的过程。
固定化酶的形状依不同用途有颗粒、线条、薄膜和酶管等，颗粒状占绝大多数；颗粒和线条主要用于工业发酵生产；薄膜主要用于酶电极；酶管机械强度较大，主要用于化学工业生产。
目前，由于固定化酶的性质比游离酶及其相关技术优越，人们对其极感兴趣，因此固定化酶的应用也与日俱增。
《固定化微生物技术》课件
技术原理
微生物通过物理或化学手段被固 定在载体上，在反应器内与废水 中的有机物质进行生物反应，将 有机物质转化为无害的物质。
技术应用
废水处理、生物反应器、生物制 药等领域。
微生物简介
微生物定义
微生物是指一类个体微小、结构简单、通常以二分裂方式进行繁 殖，并且在适宜环境下能够独立完成生命活动的生物。
活时间。
在生物燃料生产中的应用
总结词
提高产量、降低成本、环保
VS
详细描述
固定化微生物技术应用于生物燃料生产中 ，可提高产油效率，降低生产成本。通过 固定化工程菌，可实现连续化生产，提高 油品质量和收率。同时，该技术还可减少 环境污染，促进可持续发展。
在药物生产中的应用
总结词
高表达、高纯度、安全性
2023
PART 06
未来展望与研究方向
REPORTING
新技术的应用
纳米技术
信息技术
利用纳米材料和纳米技术提高固定化 微生物的稳定性和活性，实现更高效 的应用。
通过物联网、大数据和人工智能等技 术，实现固定化微生物的智能化监测 和管理，提高其运行效率和安全性。
生物工程技术
利用基因编辑技术对微生物进行改造 ，提高其性能和适应性，进一步拓展 固定化微生物技术的应用范围。
提高微生物活性
通过改进固定化方法和载体选择，提高微生 物的活性。
优化操作条件
进一步优化操作条件，提高处理效果和稳定 性。
2023
PART 05
固定化微生物技术的应用 实例
REPORTING
在废水处理中的应用
总结词
高效、稳定、低成本
详细描述
固定化微生物技术在水处理领域应用广泛，通过将微生物固定在载体上，实现高效稳定 的污水处理效果。该技术可降低处理成本，提高微生物的抗冲击能力，延长微生物的存
新型功能纳米材料在电化学生物传感器中的研究与应用
新型功能纳米材料在电化学生物传感器中的研究与应用一、内容简述随着科技的不断进步，纳米技术作为其中的重要组成部分，在众多科学领域中都显示出了其独特的优势和潜力。
特别是功能纳米材料，在电化学生物传感领域中，由于其独特的物理化学性质和巨大的比表面积，为生物传感提供了新的发展方向和可能性。
功能纳米材料在电化学生物传感器中的应用，主要得益于纳米材料的独特结构和优异性能。
纳米颗粒具有很高的比表面积和活性位点数量，可以增强生物分子的吸附和反应；纳米结构具有优良的电导性和优异的渗透性，有助于提高传感器的灵敏度和稳定性。
在电化学生物传感器的研究与应用中，研究者们通过深入探索纳米材料的合成方法、表面修饰技术以及与生物分子的结合方式等，成功开发出了一系列具有高灵敏度、高选择性、实时监测和高稳定性等优点的新型电化学生物传感器。
这些成果为疾病诊断、环境监测和生物医学研究等领域提供了强有力的技术支持和保障。
目前对于功能纳米材料在电化学生物传感器中的应用仍存在一些挑战和问题，如纳米材料的生物相容性、稳定性和规模化生产等问题需要进一步研究和解决。
未来的研究将致力于开发新型的功能纳米材料，优化传感器的制备工艺，并探索其在实际应用中的推广价值，以推动电化学生物传感技术的更快发展和广泛应用。
1. 纳米材料的概念及重要性随着科学技术的不断发展，人们对于材料的性能要求越来越高。
在这个背景下，纳米材料作为一种独具优势和特色的材料，备受关注。
纳米材料是指具有尺寸在1100nm范围内的材料，由于其特殊的量子尺寸效应、表面等离子共振效应以及宏观量子隧道效应等，使得纳米材料在各个领域展现出许多优异的性能，成为推动科学和技术创新的关键因素。
在电化学生物传感器中，纳米材料的独特性质对提高传感器的灵敏度、稳定性、选择性和恢复性等方面具有重要作用。
本文将对纳米材料的概念及重要性进行简要介绍，并探讨其在电化学生物传感器中的应用及研究进展。
纳米材料具有量子尺寸效应，使其能够有效调控物质的电子结构和表面性质。
微生物固定化技术
包埋法
总结词
通过凝胶或聚合物等介质将微生物完全包裹在其中，实现微生物与外界环境的 隔离。
详细描述
包埋法能够保护微生物不受外界环境的影响，提高微生物的存活率和稳定性， 但制备过程较为复杂，成本较高。常用的凝胶材料有琼脂、卡拉胶等。Fra bibliotek交联法
总结词
通过化学反应将微生物细胞相互连接，形成网状结构，再将 其固定在载体上。
。
酶的固定化
利用微生物固定化技术将酶固定在 载体上，提高酶的稳定性和催化效 率，降低生产成本，有助于药物的 合成和生产。
细胞培养
通过固定化微生物细胞，进行大规 模细胞培养和发酵，生产具有生物 活性的物质，如抗生素、疫苗等。
在食品工业中的应用
总结词
微生物固定化技术在食品工业中具有广泛的应用前景，能提高食 品质量和安全性。
和有毒物质的影响。
优化固定化过程
通过优化固定化过程，简化操作步骤 ，降低生产成本，提高固定化微生物 的活性。
拓展应用领域
将微生物固定化技术应用于更广泛的 领域，如污水处理、生物制药等，发 挥其独特的优势和作用。
04
微生物固定化技术的应 用实例
在污水处理中的应用
总结词
好氧生物处理
微生物固定化技术在污水处理中发挥 了重要作用，能有效降低污染物含量 ，提高水质。
详细描述
交联法固定后的微生物细胞网络具有较好的稳定性和连通性 ，但交联过程中可能会对微生物活性产生影响。常用的交联 剂有戊二醛、甲醛等。
共价结合法
总结词
通过化学反应将微生物细胞与载体表面进行共价结合，形成稳定的固定化细胞。
详细描述
共价结合法固定化后的微生物细胞不易脱落，稳定性高，但操作过程较为复杂， 成本较高。常用的载体有硅片、玻璃片、聚乙烯膜等。
第三章 酶和细胞的固定化技术及其应用
固定化酶的活性 固定化酶的活性较水溶性酶有所下降 原因： 原因： 酶分子空间结构的变化，影响活性中心氨基酸。 空间位阻影响底物与酶的定位作用。 外扩散和内扩散阻力影响底物与酶的接触。 个别固定化酶活力增强可能是酶得到化学修饰或稳定性增 加。
共价结合法由于反应剧烈，最容易改变酶蛋白构象，对酶 活性影响很大。 载体材料可通过影响反应组分的分配效果而改变固定化酶 的反应活性。 提高搅拌速度、加快流体流动可以改善外扩散限制。
常用固定化材料
无机材料 碳酸钙 氧化铝 活性炭
有机材料 聚乙烯醇 聚乙烯 尼龙
生物材料 纤维素 葡聚糖 海藻酸盐
新型固定化载体
纳米材料
磁性微球
等离子体材料
固定化方法
酶的固定化方法主要可分为五类：吸附法、包埋法、 微囊法、共价键结合法和交联法等。吸附法和共价键结合 法又可统称为载体结合法。
吸附法
细胞固定化
将细胞限制或定位于特定空间位置的方法称为细胞固定化 技术。 被限制或定位于特定空间位置的细胞称为固定化细胞。 一般采用对细胞伤害较小的吸附法和包埋法。 特点： 特点： 密度大、可增殖。 提高生产能力，缩短发酵周期。 稳定性高，可反复利用。 有利于产品分离纯化。
吸附法固定细胞
采用各种固体吸附剂，将细胞吸附在其表面而使细胞固定 化的方法称为吸附法。 吸附法是细胞固定化中使用最广泛的方法。
载体和固定化方法
Байду номын сангаас
固定化酶性质
目标要求、反应器特点、 目标要求、反应器特点、各部分特性
载体选择的原则
必须注意维持酶的构象，特别是活性中心的构象。酶的催 化反应取决于酶本身蛋白质分子所特有的高级结构和活性 中心，为了不损害酶的催化活性及专一性，酶在固定化状 态下发挥催化作用时，既需要保证其高级结构，又要使构 成活性中心的氨基酸残基不发生变化。这就要求酶与载体
微生物固定化的方法和应用
微生物固定化的方法和应用
微生物固定化是一种利用生物体系固定化生物体的方法，可以使
微生物与其代谢产物稳定地存在于不同的环境中。
这种方法通常包括
将微生物或其细胞固定在高分子基材上或在一些吸附剂上，以使微生
物能够长期地与环境联系并发挥其活性。
目前已有多种微生物固定化
的方法，如以下几种：
1.凝胶微生物固定化：该方法是将微生物或其代谢产物与聚合物
混合物一起凝胶固定化。
凝胶方法可以令微生物长期固定于材料上，
通过固定化，可以提高微生物的生产效率和活性。
2.包埋法微生物固定化：此方法是将微生物与聚合物混合后，将
混合物包裹在微小气泡中。
包埋法可以保护微生物，使其不受环境影响，可以延长微生物的寿命，并可提高微生物的生产效率。
3.微生物纤维固定化：采用无纺布制备作为基质，将微生物凝胶
固定于无纺布上，以便在生产中使用。
对于过生产季节性的酶类产品，可以使用该方法固定化微生物，以延长生产周期。
4.交联法微生物固定化：用化学交联剂，将微生物与载体进行固定，使微生物不易被抑制和灭活。
交联法在微生物的良好生长条件下，可以提高微生物的耐性和活性。
目前微生物固定化应用非常广泛，在制药、食品工程、环境保护
等领域中均有应用。
例如，在制药领域中，微生物固定化方法可应用
于发酵、代谢产物提取等工序中，以提高产量和纯度；在食品领域，
微生物固定化可以使生产中的微生物更加稳定，以保证产品质量和长
效存储；在环境保护领域中，微生物固定化可用于水处理、废物处理
等领域，如微生物萃取技术可既能高效地去除重金属等有害物质，同
时又能够将废弃物转化成有用的资源。
第五章固定化酶及固定化技术
➢ 固定化酶：是指经物理或化学方法处理，限制 在一定的空间范围内，可以反复使用而又能发 挥催化作用的酶制剂。
➢ 酶的固定化技术包括吸附、交联、共价结合（ 化学偶联）及包埋等多种方法。
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酶生物反应器
✓与固定化酶技术相配套的是酶 生物反应器
✓同一般的化工容器一样，需要对酶反应器 温度和pH等条件进行严格的控制；不同的是， 酶反应器必须进行无菌操作。
选择载体的原则
（1）要有巨大的比表面积 （2） 要有活泼的表面
（3） 便于装柱进行连续反应。
有机载体：纤维素、骨胶原、火棉胶 无机载体：氧化铅、皂土、白土、 高岭土、多孔玻璃、 硅藻土、二氧化钛等
SMS:一种硅酸盐载体
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2. 结合法
离子键结合法
➢ 是指通过离子键将酶结合到具有离子交换基团的非水溶性载体上的 方法。
结果如图所示: 固定化酶的活力基本保持稳定活力损失15% , 由此可见该固定化酶具有良好的操作稳定性
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一、固定化酶（immobilized enzyme）
什么是固定化酶？
水溶性酶
水不溶性载体
固定化技术
水不溶性酶 （固定化酶）
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简史
1916年，Nelson & Griffin “酶不溶于水而具有活性” 1948年，Sumner 尿素酶制成非溶性酶 1953年，Grubhofer & Schleith 第一次实现了酶的固定化 1960年，千细一郎，开始了氨基酰化酶固定化研究 1969年，千细一郎成功的将固定化氨基酰化酶应用于DL-AA
固定化酶流程
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生物传感器中生物组分的固定化方法生物传感器由两部分组成: 生物敏感元件和信号转换器。
生物传感器的选择性主要取决于敏感材料的选取，而灵敏度的高低则与转换器的类型、生物组分的固定化技术等有很大的关系。
因此固定化技术的发展是提高传感器性能的关键因素之一。
生物传感器要呈现良好的工作性能, 其固定化技术应满足以下条件:(1) 固定化后的生物组分仍能维持良好的生物活性；(2) 生物膜与转换器须紧密接触，且能适应多种测试环境；(3) 固定化层要有良好的稳定性和耐用性；(4) 减少生物膜中生物组分的相互作用以保持其原有的高度选择性。
为了研制廉价、灵敏度高而且选择性好的生物传感器，固定化技术已成为研究者们努力探求的目标。
经过近20年的不懈探索，已建立了对各种不同生物功能材料的固定化方法。
物理吸附法此法是通过生物分子的极性键、氢键、疏水键的作用将生物组分吸附于不溶性的惰性载体上。
文献已经报道了一些材料可用作吸附其它材料的载体，比如，石墨粉［25］、石墨-聚四氟乙烯［26］、活性碳［27］、离子交换树脂［28］等。
物理吸附法的特点是方法简便、操作条件温和，缺点是生物分子与载体表面的结合力弱，在表面进行任意取向的不规则分布，因此使制得的生物传感器容易发生生物分子的脱落和泄漏，从而造成传感器的灵敏度低，重现性差。
包埋法将生物组分与合成高分子经溶剂混合而使生物组分包埋于其中，制成敏感膜的方法称作包埋法。
采取的包埋方式通常包括凝胶包埋法和胶囊包埋法二种形式［29,30］。
包埋法的优点是操作条件比较温和，膜的孔径和形状可随意控制，对生物组分活性的影响较小，缺点是需控制很多实验因素，而且生物组分在聚合物膜内的活性会受到影响。
共价键合法将生物组分通过共价键与电极表面结合而固定的方法称作共价键合法。
该法是利用基体表面进行活化处理，然后与生物组分偶联，从而使生物组分结合到基体表面。
活化的方法有：烷基化法［31］、高碘酸氧化法［32］、迭氮法［33］等。
该法的优点是通过形成特殊键将生物组分进行固定，因此生物组分不易发生泄漏，并且改善了生物分子在表面的定向，但缺点是操作复杂，成本高，而且生物组分易失活。
化学交联法化学交联法是在交联剂(具有两个或两个以上功能团的试剂) 的作用下，生物分子间发生共价结合，也可将生物组分直接与载体共价交联。
最常用的交联剂是戊二醛［35］。
该法的优点是生物组分的固定比较牢固，不易脱落，缺点是反应难以控制，扩散阻力大，所需的生物样品量多。
电化学聚合法电化学聚合法是通过将聚合物单体和生物组分同时混合于电解液内，通过恒电位法或者电位循环扫描法使单体电氧化或还原而形成聚合物膜，与此同时生物组分由于静电或吸附作用而被嵌入聚合物膜内。
常用的构成生物传感器的聚合物膜分为导电型和非导电型两种。
导电型聚合物常见的有聚吡咯[35]、聚苯胺[36]、聚噻吩[37]等；非导电型常见的有聚邻苯二胺[38]、聚苯酚[39]等。
电化学聚合法具有以下优点：(1) 电化学聚合和生物组分的固定可一步完成，简化了实验步骤；(2) 聚合层的厚度和生物组分的量易于控制，构制的传感器的重现性较好；(3) 抗干扰能力强。
溶胶-凝胶技术溶胶-凝胶技术是指有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经过热处理而制得氧化物或其他化合物固体的一种方法。
研究结果表明，溶胶-凝胶的多孔网状结构不仅适合固定小分子也适合固定生物大分子。
使用溶胶-凝胶固定法可以为网络中的生物大分子提供一个水溶液的微环境，因为网络结构中含有大量的孔隙水。
与传统的固定方法相比，溶胶-凝胶固定法的优势还表现在它可固定任何种类的生物组分，可以较好地保持蛋白质表面微观结构的整体性和方向均一性，从而对蛋白质的活性和稳定性的损伤较小[40]。
聚电解质层层组装技术聚电解质是一种水溶性高分子化合物，在水溶液中以稳定的线性聚离子形式存在并带有大量的电荷[41]。
聚电解质层层组装技术是一种很有发展潜力的生物分子固定技术。
自从Decher等提出通过聚电解质层层组装技术构制超薄膜以来[42]，该项技术已引起了研究者们的广泛兴趣。
最近，Wang及其合作者报道了一种基于胱胺与聚苯乙烯磺酸盐自组装的压电免疫传感器[43]；Wu等报道了一种基于羧基纤维素与聚烯丙胺盐酸盐(PAH) 之间的静电作用而进行自组装的可反复更新的尿酶传感器[44]。
纳米材料固定化技术纳米粒子是由数目很少的原子或分子组成的原子群或分子群，其颗粒的大小在 1 ~ 100 nm之间。
纳米粒子主要具有四方面的效应：表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，并由此产生出许多特殊性质：奇异力学、电学、磁学、热学、光学和化学活性等[45]。
下文将详细介绍最常用的一种纳米材料-纳米金在生物分子固定化以及其他方面的应用。
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