固定化技术资料
细胞固定化技术在制药中的应用
细胞固定化技术在制药中的应用一、细胞固定化技术概述细胞固定化技术是一种将细胞或酶固定于载体上，形成特定的固定化系统从而实现催化功能或合成生产的技术。
细胞固定化技术已广泛应用于制药、食品、环保等领域。
细胞固定化的优点是可以提高酶或细胞的稳定性、耐受性和催化效率，同时降低运行成本。
二、制药中细胞固定化技术的应用1. 生物合成在生物制药领域，利用细胞固定化技术可使细胞在生长和代谢过程中维持长期稳定性，提高生产效率。
例如，利用固定化细胞生产生长激素和转化因子，可以降低成本，提高产量。
同样的，利用固定化细胞合成青霉素和链霉素等抗生素，也可以提高收率和稳定性。
2. 药物代谢性能研究细胞固定化技术可用于药物代谢性能研究。
利用细胞固定化技术，可以建立高效、可靠的药物代谢酶模型，对药物代谢途径进行分析和评价。
同时，还可应用于对药物的毒理学研究。
3. 肿瘤治疗利用细胞固定化技术生产肿瘤治疗药物，可以提高抗肿瘤药物的疗效和耐受性，降低副作用和毒性。
如，固定化细胞生产的细胞毒素可靶向肿瘤细胞并杀死它们，对治疗肿瘤有较好的效果。
三、各种细胞固定化技术的优缺点1. 滴定法利用滴定法将细胞悬浮液滴入凝胶中，使其逐渐凝固形成固定化细胞。
这种方法操作简单，成本低，适用于规模较小的生产。
但是，凝胶的阻力大，不利于氧气和营养物质的进出。
2. 包埋法将细胞直接包埋于凝胶中，形成固定化细胞。
这样可以保护细胞，但凝胶的成分和物理性质很难保证一致性，因此制备工作量大，也不利于细胞的氧气和营养物质的进出。
3. 真空降温法将细胞或酶悬浮液置于低温真空中冷冻干燥，然后用特殊处理的沸石或陶粒等介质在常温下进行固定化。
真空降温法可以保留细胞活力，可以大量生产，适合规模化生产。
但是，操作比较复杂且需要特殊的设备和介质。
4. 细胞外固定化法利用聚合物和载体具有催化能力（如陶瓷、金属等）对细胞或酶进行固定化。
细胞外固定化可提高稳定性和耐受性，但是具体的固定化效率与固定化材料的选择和制备有关。
固定化技术实验报告
固定化技术实验报告实验目的：本实验旨在掌握固定化技术的原理和方法，了解固定化酶和固定化细胞在生物技术领域的应用，并通过实验操作加深对固定化技术的理解。
实验原理：固定化技术是一种将生物催化剂（如酶、细胞等）固定在某种载体上，以便于重复使用和提高催化效率的技术。
固定化方法主要包括吸附法、包埋法和共价结合法等。
固定化后的生物催化剂具有稳定性高、易于分离和回收等优点。
实验材料：1. 酶样品：以过氧化氢酶为例。
2. 固定化载体：琼脂糖凝胶、多孔聚丙烯酰胺凝胶等。
3. 实验试剂：过氧化氢溶液、缓冲液等。
4. 实验器材：离心机、恒温水浴、移液枪、量筒、试管等。
实验步骤：1. 准备固定化载体：将琼脂糖凝胶或多孔聚丙烯酰胺凝胶按照说明书比例溶解在水中，形成凝胶溶液。
2. 固定化酶：将酶样品与凝胶溶液混合，通过吸附或包埋的方式使酶固定在凝胶载体上。
3. 固化：将混合后的凝胶溶液倒入模具中，放入恒温水浴中固化。
4. 切割固定化酶：将固化后的凝胶切成适当大小的块状，用于后续实验。
5. 活性测定：将固定化酶块放入含有过氧化氢的缓冲液中，测定固定化酶的催化活性。
6. 重复使用性测试：将固定化酶块重复使用多次，观察其催化活性的变化情况。
实验结果：1. 固定化酶的活性测定结果显示，固定化后的酶具有较高的催化效率。
2. 重复使用性测试结果表明，固定化酶在多次使用后仍能保持较高的活性，显示出良好的稳定性。
实验讨论：固定化技术在提高酶的稳定性和重复使用性方面具有显著优势。
实验中采用的吸附法和包埋法操作简单，适合实验室规模的操作。
然而，固定化过程中可能存在酶失活的风险，需要进一步优化固定化条件以提高酶的活性和稳定性。
实验结论：通过本实验，我们成功地掌握了固定化技术的原理和操作方法，并通过实验验证了固定化酶的高催化效率和重复使用性。
固定化技术在生物技术领域具有广泛的应用前景，值得进一步研究和开发。
参考文献：[1] 张三. 生物固定化技术原理与应用[M]. 北京：科学出版社，2020.[2] 李四. 固定化酶的制备与应用研究[J]. 生物工程学报，2019,35(4): 678-685.注：以上内容为示例，实际实验报告应根据实验操作和结果进行详细撰写。
固定化细胞技术
固定化细胞技术（简称IMC），也称固定化微生物技术，是指通过 化学或物理手段，将微生物细胞固定在载体上使之成为不悬浮于水但仍保 留其固有的生物催化活性，在适宜条件下能被重复连续使用的生物工程技 术。最初主要用于工业微生物发酵中。70年代后期，由于水污染问题日 益严重，迫切需要开发高效废水处理技术。于是人们开始考虑将固定化细 胞技术引入废水处理领域。该技术可将筛选出的优势菌种或微生物加以固 定，从而构成一个高效的废水处理系统。
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2、包埋法 包埋法的原理是将微生物细胞截留在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的
网络空间中或埋于半透膜聚合物的超滤膜内，通过聚合作用、离子网络形 成、沉淀作用，以及通过改变溶剂、温度、pH 值来阻止细胞的泄漏，同 时能让底物渗入和产物扩散出来。
目前应用最为广泛的是凝胶包埋法固定大肠杆菌细胞。与液体发酵 相比，包埋的大肠杆菌生产周期短、产物分离方便、能耗低、设备投资少 且大大改善操作条件。包埋法仍存在一些不足，如包埋材料对细胞的毒性 作用、材料本身阻碍大分子底物和氧的扩散、使用过程中的杂菌污染等， 这些还需要进行更深入的研究。
（5）在反应器内长时间运转过程中，固定化系统具有良好的机械稳定性 和化学稳定性； （6）用于制备固定化细胞的载体对细胞来说是惰性的，不损伤细胞； （7）固定化系统使底物、产物和其他代谢产物能够自由扩散，因为产物 和其他代谢产物常常能抑制细胞的酶反应，更需要能够尽快扩散，以消 除抑制作用； （8）单位体积的固定化系统拥有尽可能多的细胞，以更后，氧和底物的传质速率也发生了变化，尤其是采用多 孔载体时，由于载体的作用，使得反应系统中主体的底物浓度及氧浓度与 微生物所处区域的底物及氧浓度发生差异，从而引起固定化后传质效果的 变化。通常，固定化后氧传质收到的阻碍更为明显，因此在好氧条件下， 由于氧传质的限制，固定化微生物处理的废水中的有机物浓度不能过高， 以免限制高密度的微生物活性的充分发挥；在厌氧条件下，由于不存在氧 传质供应的问题，废水中有机物的浓度可以大大高于好氧情况。所以，固 定化微生物的高处理能力可以得到充分体现，而且可以长时间地保持较高 的生物量和活性，充分显示出固定化微生物的优越性。
酶和辅酶的固定化及辅酶再生研究
酶和辅酶的固定化及辅酶再生研究酶和辅酶的固定化及辅酶再生研究一、引言酶是一种生物催化剂，在生物体内起着至关重要的作用。
然而，由于酶的生物活性易受到环境条件的影响，限制了其在工业生产中的应用。
为了克服这一问题，研究人员开始利用固定化技术将酶固定在载体上，以增加其稳定性和重复使用性。
辅酶在许多酶催化反应中起着关键作用，因此辅酶再生技术也成为固定化酶研究领域的热点。
二、酶的固定化技术1. 固定化技术的基本原理固定化技术通过将酶固定在载体表面或内部，使其在催化反应中更加稳定和可控。
常见的固定化技术包括包埋法、交联法、吸附法和共价结合法等。
这些方法可以根据不同的酶和反应需求选择，以增强酶的催化活性和稳定性。
2. 固定化酶的应用固定化酶在工业生产中有广泛的应用。
在食品工业中，固定化酶可以用于酿造、发酵和食品加工过程中，提高生产效率和产品品质。
在医药领域，固定化酶可以用于药物合成和生物转化过程中，加快反应速率和提高产率。
固定化酶还可以用于环境保护、分析检测和能源转化等领域。
三、辅酶的再生技术1. 辅酶的重要性辅酶是许多酶催化反应中不可或缺的辅助因子，它能够促进酶的活性和催化效率。
然而，随着辅酶的消耗，酶的活性会逐渐降低，限制了反应的进行。
辅酶再生技术的研究成为了固定化酶领域的重要课题。
2. 辅酶再生技术的研究进展辅酶再生技术主要包括物理方法和化学方法。
常见的物理方法包括膜渗透技术和超声波辅助技术，通过对辅酶和酶的分离和再结合，实现辅酶的再生。
而化学方法则通过化学催化剂或化学反应将辅酶还原回可用形态。
这些方法在辅酶再生方面都取得了一定的研究进展，为固定化酶的应用提供了更多的可能性。
四、总结与展望固定化酶和辅酶再生技术在酶研究领域具有重要的应用前景。
通过固定化技术，可提高酶的稳定性和重复使用性，进一步推动酶的工业应用。
辅酶再生技术的发展也有助于提高酶催化反应的效率和产率。
未来，随着对酶机理和辅酶再生机制的深入研究，固定化酶和辅酶再生技术将得到进一步的完善和应用扩展，为更多领域的酶催化反应提供解决方案。
微生物固定化技术的应用
微生物固定化技术的应用
微生物固定化技术是一种利用特定载体将微生物固定在其中，从而形
成固定化生物反应器的技术。
这种技术被广泛应用于生物处理、食品工业、制药工业、环境工程等领域，以下是一些应用方面的具体例子：
1.生物废水处理：利用固定化微生物反应器对污水进行处理，可降解
污水中的有机物和氮化物，减少污染物的排放。
2.食品工业：利用固定化酶和微生物进行制酸、发酵等过程，提高产
品质量和生产效率。
3.制药工业：利用固定化细胞或酶制备药物，提高出药率和产量，减
少废水和废气的排放。
4.处理重金属污染：固定化微生物对重金属污染进行处理，从废水中
去除重金属离子，减少对环境的污染。
5.土壤修复：利用固定化微生物对污染土壤进行修复，可以去除土壤
中的有害物质，恢复土壤质量。
6.生产生物能源：利用固定化微生物进行生物燃料和生物气体的生产，提高能源利用率和环保性。
总之，微生物固定化技术可以为许多领域带来更加有效和环保的解决
方案，是一种十分有用的生物技术。
Chapter 5 固定化技术及其应用
Chapter 5 固定化技术及其应用Section 1 固定化技术1、发展历史：1953年，德国的格鲁布霍费（Grubhofer）和施莱思（Schleith）首次制成固定化酶。
1969~1973年，日本的千畑一郎首次在工业生产上连续生产L-氨基酸、L-天冬氨酸，开创了固定化酶和固定化微生物细胞应用于工业生产的先例；1976年，法国首次用固定化酵母细胞生产啤酒和酒精。
1978年，日本固定化枯草杆菌细胞生产α-淀粉酶的研究取得成功。
1986年，我国用固定化枯草杆菌原生质体生产碱性磷酸酶，用固定化黑曲霉原生质体生产葡萄糖氧化酶，用谷氨酸棒杆菌原生质体生产谷氨酸脱氢酶。
2、优势固定化细胞和固定化原生质体以酶等各种代谢产物的生产为目的，可以代替游离细胞进行酶的发酵生产，具有提高产酶率、缩短发酵周期并可连续发酵生产等优点，在酶的发酵生产中有广阔的发展前景。
3、现状在工业上使用的固定化酶还仅限于葡萄糖异构酶、葡萄糖氧化酶和青霉素酰化酶等为数不多的十几个酶种，仍需大力研究开发使更多的固定化酶和细胞能适用于工业规模生产。
Section 2 酶的固定化为了解决酶的稳定性较差、酶的一次性使用、酶的分离纯化等困难，获得的改善方法之一就是固定化技术的应用。
固定化酶（Immobilized Enzyme）：固定在一定载体上并在一定的空间范围内进行催化反应的酶。
酶的固定化：采用各种方法，将酶与水不溶性载体结合，制备固定化酶的过程。
（一）制备方法固定化酶的制备方法很多，常用的有吸附法、包埋法、结合法和交联法。
根据酶自身的性质、应用目的、应用环境来选择固定化载体和方法。
1）吸附法（adsorption）：利用各种固体吸附剂将酶吸附在其表面上固定的方法，是固定化中最简单的方法。
可分为物理吸附法和离子吸附法。
◆物理吸附法（physical adsorption）：通过物理方法将酶直接吸附在水不溶性载体（纤维素、淀粉、面筋、活性炭、多孔玻璃、硅胶等）表面而使酶固定化的方法，是制备固定化酶最早采用的方法。
实训八固定化技术
三、实验材料
1.海藻酸钠、0.2 mol/L氯化钙溶液（4.44g 氯化钙，蒸馏水200mL）、市售活性干酵母 粉、青霉素、天平、纱布、细绳、20mL注 射器、250mL烧杯、250mL三角瓶、搅拌、 电炉、培养箱
2.沙保培养基 蛋白胨10g，葡萄糖40g，蒸 馏水1000mL ，pH自然，115℃灭菌20 min。
3.用蒸馏水洗涤固定酵母2次后，加入到灭过菌 的200mL沙保培养基中（其中加入1mg青霉素）。
4.将固定酵母于28℃静置培养2天后观察，可见 沙保培养基中有大量的CO2气泡产生，嗅气味有酒 香；用刀片切开固定酵母，镜检可见大量密集的酵 母菌。
五、结果与讨论
1.海藻酸钠溶液滴进氯化钙溶液中为什么 会凝固？
一、实验目的
1.了解固定化细胞的原理。 2.掌握用海藻酸钠制备固定化酵的方法有多种，如吸附法、载体偶联 法和包埋法等。工业上常用包埋法固定微生物细胞。 根据包埋剂的特性，如在海藻酸钠呈溶液状时，将 细胞加入混匀，然后在氯化钙中凝固形成海藻酸钙 凝胶，凝胶颗粒中的微小空格将细胞固定。海藻酸 钙凝固的颗粒能反复使用，细胞在空格中可以新陈 代谢（固定活细胞)，也可利用细胞中的酶进行酶促 反应(固定死细胞)。
四、实验步骤
1.称取1.5g海藻酸钠于250mL烧杯中，加 蒸馏水至100mL处，加热搅拌溶解。冷却 后加入1g市售酵母粉，搅拌均匀。
2.配制0.2mol/L氯化钙溶液200mL。将 海藻酸钠酵母混合液装入20mL注射器中， 逐滴加入到0.2mol/L氯化钙溶液中，搅拌 成珠（固定酵母）。
四、实验步骤
2.固定化细胞与游离细胞比较，有什么优 点？
第四章固定化技术.
2）偶联方法：
偶联成功与否取决于：
•载体：功能基团：芳香氨基，羟基， 羧甲基等。
•酶分子:侧链非必需基团：羧基，巯 基，羟基，酚羟基，咪唑基。
制备方法：
由于载体上的功能基团与酶分子上的侧 链基团间不具有直接反应的能力，因此在偶联 反应前，需先进行载体活化，在载体上引进某 种活泼基团，然后此活泼基团再与酶分子上某 一基团反应形成共价结合。
①严格控制反应条件，提高反应的专一性。
例如：使反应局限于α-氨基，保护ε-氨基；
② 应用可逆抑制剂或底物，封闭或牵制酶的活性中心与必需基 团，避免试剂影响酶的活性构型和相应基团。
例如：在进行腺三磷酶(ATPase)固定化时，可先用对羟汞
苯甲酸(PHMB)将酶的活性巯基保护起来，然后通过叠氮反 应将酶偶联于羧甲基纤维素上，在完成固定化以后，再用还 原剂使-SH活化，这样可得到高活性的固定化酶。
常用的偶联反应有：重氮化法、叠氮法、 溴化氰法、烷基化法等。
① 重氮法：
这是带芳香族氨基载体的主要反应，即载体 先用亚硝酸处理成重氮盐衍生物，然后再在温 和的条件下和酶分子上相应的基团如酚羟基、 咪唑基或氨基直接进行偶联。
② 叠氮法：
此反应适用于含羟基、羧甲基等的载体，如 CM-纤维素、可先在酸等作用下转变为叠氮衍 生物，这种产物能在低温、pH7.5-8.5的情况 下和酶的氨基直接偶联。但叠氮衍生物也能和 羟基、酚羟基或巯基反应。
优点： (1)可提高稳定性。 (2)能回收，易与产物分离，可反复使用。 缺点： (1)存在扩散限制。适于催化小分子物质。 (2)酶活性下降。 (3)首次投入成本高。
2、固定化细胞的特点 优越性：
(1)降低成本，省去酶的分离纯化工作; (2)既可作为单一酶，也可作为复合酶系
4 固定化技术
7） 酸酐反应 乙烯等和顺丁烯二酸酐的共聚物，通过其活 泼酸酐基直接与酶氨基偶联。生成的固定化酶一般 有比较高的活力。
8） 缩合反应 利用羰二亚胺的活化作用，使氨基、羧基直 接偶联，缩合为肽键的反应。载体成为活泼的酰 基异胍衍生物。 带羧基载体与环二已基二亚胺（ DCCI）存 在时，用 N- 羟基琥珀酰亚胺活化，在温和条件 下 , 和酶的氨基反应 , 缩合反应控制 pH≈6, 反应限 于氨基。
(锡、锌)MCl2
偶联反应中的保护措施
化学反应一般比较剧烈，为了减少酶的损失，可以采 取如下措施： 1.采用适宜的固定化材料和方法。如重氮化注意 载体的亲水性和疏水性。 2.严格控制反应条件，提高反应专一性。如与 α-氨基反应，保护其他氨基。 3.用抑制剂或者底物保护酶活性中心和必需基团 避免影响酶的活性构型和相应基团 酶的偶联量: 单位载体上偶联酶的总量与“相对酶活力”之间的平衡。
1）格型包埋 常用的包埋剂如：聚丙烯酰胺凝胶。 先把酶与丙烯酰胺单体分散于疏水介质,再进行聚 合。 优点: 1.包埋容量10-100毫克蛋白/克单体。 2. 改变单体与交联剂比例 , 控制凝胶孔径的分 布,改善酶的持留与底物和产物扩散转移状况。 3. 改变单体性质 , 可调整固定化酶的亲水和亲 脂特性。 缺点:1.孔径过大,有酶的丢失现象,这时可以提高单 体浓度 达到部分解决。 2.单体>15%,丙烯酰胺自身会导致酶失活。 可采用包埋和共价偶联结合。 3.有自由基产生，聚合时会放热，
最主要的、且更加有效的策略还是开发新的 吸附剂。
共价偶联：
通过载体的功能基团与酶侧链基团上非必需基团共 价结合，制备成的固体酶的方法。
优点：应用最广，固定化结合牢、稳定而酶不丢失， 可以连续使用。
1．载体要求：
固定化技术名词解释
固定化技术名词解释
固定化技术是一种用于生物学实验中的调控技术，它可以将基因在培养基中的表达水平固定在一个恒定的水平。
它可以帮助实验者更好地理解和探索基因表达的规律，对生物实验研究提供重要的支持。
固定化技术是一种基因技术，它通过改变基因的表达水平，在一定时间内将基因的表达水平固定在一个恒定的水平上。
它使实验者能够更准确地分析和探索基因表达的规律。
固定化技术的原理是，它通过向基因传递一种信号，来改变基因的表达水平，使基因的表达水平保持在一个恒定的水平上，而不受其他因素（如激素、氧气或温度）的影响。
固定化技术可以分为低水平固定化技术和高水平固定化技术。
低水平固定化技术是通过限制某个基因的转录的方式来降低基因的表达水平，而高水平固定化技术则是通过增加基因的转录来提高基因的表达水平。
固定化技术在生物学实验中有着广泛的应用，可以用来控制特定基因的表达，从而更好地理解基因表达的规律，从而揭示某些疾病的遗传机制，研究药物的作用机
制。
此外，固定化技术也可以用来改良转基因生物，以更好地满足一些特定的要求。
固定化技术也可以用来测定基因的活性，并评估基因的表达水平，这对于研究基因的功能有重要的意义。
此外，固定化技术也可以用来提高基因工程实验的效率，改造和调控基因表达，并用于生物合成和蛋白质工程等领域。
总之，固定化技术是一种重要的基因技术，可以有效地控制基因的表达水平，为研究基因的表达规律和功能提供重要的支持。
因此，它在生物学实验中有着重要的作用，具有广泛的应用前景。
生物固定化技术的名词解释
生物固定化技术的名词解释生物固定化技术是一种利用生物体对有机或无机物质进行吸附、合成和转化的过程。
它是生物技术领域的一个重要分支，在许多领域都有广泛的应用。
本文将着重解释生物固定化技术的概念，原理和应用。
1. 概念生物固定化技术是指利用生物体的自然特性或通过改造生物体的遗传信息和代谢途径，使其能够吸附、合成和转化特定的有机或无机物质的过程。
这些生物体可以是细菌、真菌、藻类、酵母菌等微生物，也可以是植物或动物细胞。
2. 原理生物固定化技术的原理基于生物体的代谢途径和酶的作用。
通过改变生物体的遗传信息，可以使其表达特定的酶或途径，从而实现对特定物质的合成或转化。
例如，通过转基因技术，可以使细菌能够合成特定的酶，用于转化废水中的有害物质。
另外，一些天然存在的微生物也具有对特定物质的吸附能力，可以通过培养和利用其吸附性能，实现对有机或无机物质的固定化。
3. 应用生物固定化技术在环境保护、食品工业、制药和能源等领域有着广泛的应用。
以下是一些典型的应用示例：3.1 环境保护生物固定化技术可以用于处理废水和废气中的有害物质。
通过利用微生物的代谢途径和酶的作用，可以将废水中的有机物质转化为无害的物质，从而减少对环境的污染。
此外，一些特定的细菌和植物也可以吸附和固定化废水中的重金属离子，从而达到净化水质的目的。
3.2 食品工业生物固定化技术可以用于生产食品相关的化学物质。
例如，通过转基因技术，可以使大肠杆菌等微生物能够合成特定的酶，用于生产增稠剂、调味品和香精等食品添加剂。
此外，利用微生物对食品中的有害物质的转化能力，也可以提高食品的质量和安全性。
3.3 制药生物固定化技术在制药领域有着重要的应用价值。
通过利用微生物的合成能力，可以实现对药物前体的转化和合成。
这种方法可以提高药物的产量和纯度，并且还能够减少使用的化学试剂和工艺步骤，降低生产成本。
3.4 能源生物固定化技术可以用于生物能源的生产。
利用藻类和细菌等微生物的光合作用或代谢途径，可以实现对太阳能的转化，并且将其转化为生物燃料或生物质。
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。
生物固定化技术名词解释
生物固定化技术名词解释
固定化技术包括固定化酶技术与固定化微生物技术。
20 世纪70 年代后,固定化微生物技术才直接从固定化酶技术发展而来。
固定化微生物技术是用化学或物理手段将游离微生物定位于限定的空间区域，以提高微生物细胞的浓度，使其保持较高的生物活性并反复利用的方法。
由于该技术既不需要把酶从细胞中提取出来，又不需要加以纯化，因而酶活性损失小。
研究和应用表明，固定化微生物技术有微生物密度高、反应速度快、耐毒害能力强、微生物流失少、产物分离容易、处理设备小型化等优点。
固定化微生物技术广泛应用于环境污染治理方面的研究，主要的治理对象为难处理的有机废水及重金属污染的废水，同时研究还涉及到大气和土壤的污染治理。
固定化细胞技术
固定化细胞技术（简称IMC），也称固定化微生物技术，是指通过 化学或物理手段，将微生物细胞固定在载体上使之成为不悬浮于水但仍保 留其固有的生物催化活性，在适宜条件下能被重复连续使用的生物工程技 术。最初主要用于工业微生物发酵中。70年代后期，由于水污染问题日 益严重，迫切需要开发高效废水处理技术。于是人们开始考虑将固定化细 胞技术引入废水处理领域。该技术可将筛选出的优势菌种或微生物加以固 定，从而构成一个高效的废水处理系统。
酚醛树脂类和微生物丸等
复合载体：由有机和无机载体材料结合而成，有利于两者性能优势互补，它 具备了有机高分子良好的生物相容性和无机材料较高的稳定性和 机械强度等优点。如海藻酸钠/SiO2复合水凝胶。
开发筛选理想的固定化细胞载体是固定化细胞技术能否投入使用的 关键。优良载体应具有以下特性： （1）载体应具备一定的容量，可以偶联足够的生物分子； （2）载体表面应具有化学活性基团，这些基团可以直接或经过较为温和 的化学方法活化后与生物分子偶联； （3）载体的作用仅是使生物分子固定化，对生物分子而言载体应是惰性 的； （4）载体应具有良好的生物相容性，适中的粒度及孔径结构； （5）载体应是廉价易得的。
2、包埋法 包埋法的原理是将微生物细胞截留在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的
网络空间中或埋于半透膜聚合物的超滤膜内，通过聚合作用、离子网络形 成、沉淀作用，以及通过改变溶剂、温度、pH 值来阻止细胞的泄漏，同 时能让底物渗入和产物扩散出来。
目前应用最为广泛的是凝胶包埋法固定大肠杆菌细胞。与液体发酵 相比，包埋的大肠杆菌生产周期短、产物分离方便、能耗低、设备投资少 且大大改善操作条件。包埋法仍存在一些不足，如包埋材料对细胞的毒性 作用、材料本身阻碍大分子底物和氧的扩散、使用过程中的杂菌污染等， 这些还需要进行更深入的研究。
固定化技术
该法不仅制作工艺简单， 而且机械强度较好，酶活保留率较高， 微生物无毒、 价格低廉等优点。近年来获得较广泛的应用。 等用
K’1 固定枯草杆菌用于生产 = 4 淀粉酶发现使用 !%8 的 K’1， 在制备珠 能力高。由于 K’1 凝胶颗粒具有非常强的附聚倾向， 体时比较困难，吕晓猛
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" 条件温和，可选用不同的聚合物载体，不同的包埋系统 稳定性好。 # 细胞不易渗漏， $ 有较高的细胞容量，聚合体中的细胞含量可达 "%L M )%L 。 包埋方法与研究 海藻酸钠 ’ NJ * 包埋法 方法 将菌悬 液加入海藻酸钠溶液中充分混匀， 然后用注射器将 其滴入一定浓度的 O3O=$ 溶液中， 得到白色小珠， 将小珠浸泡在 滤出小珠， 洗净备用。 O3O=$ 中于冰箱内过夜， !I !I $ 研究与发展 目前， 由于 NJ 凝胶机械强度较好， 内部成多孔结构， 对生 物的毒性较小， 其应用比较广泛。 P Q3;B.3 R ! S 等利用 NJ 固定枯
实验结果表明当溶液温度为20酵母菌浓度为12108个ml及载体海藻酸钠的浓度为3时固定化效果最好酒精分为1730以此来确定最佳方案与组合以便更好地应用于生产实壳聚糖固定化生产维生素c混合菌的研究2004固定化微生物的应用现已成为众多学者普遍研究的热点在工业农业化学分析环境保护能源开发以及理论研究等方面都得到了广泛的应用并取得了丰硕的成果
中图分类号： H(+(I () 文献标识码： J 文章编号： !%%$ & KK+% ’ $%%+ * %, & %!"# & %,
自从固定化技术问世以来，固定化技术正在以空前的速度 动物， 植物 * 固定化， 原生质体固定化， 其固定方法也是多种多 样， 包括吸附法、 包埋法、 结合法、 交联法以及后来出现的无载 体固定法等。但是目前研究较多的是包埋法固定化技术，且其 应用也比较成熟。 包埋法是将酶或细胞包埋在多孔载体内部而制成固定化 酶或细胞的方法。根据载体材料和方法的不同，分为凝胶包埋 法和半透膜包埋法。凝胶包埋法是将细胞包埋在各种凝胶内部 的微孔中而使细胞固定的方法。半透膜包埋法是将细胞包埋在 由各种高分子聚合物制成的小球内而使细胞固定的方法。目前 工业应用上以凝胶包埋法固定细胞最为广泛，主要是它具有以 下特点： ! 方法简便，将细胞与单体或聚合物一起聚凝，细胞被包 埋在形成的聚合物之中。 收稿日期： $%%$ & !% & $! ! !I !
第四章固定化技术
聚丙烯酰胺凝胶包埋法： AP
Acr+ Bis+E (or cell) TEMED
IE (or IC)
IE(or IC) IE (or IC)
2）微囊型包埋法 （microencapsulation）
又称半透膜包埋法
是将酶包埋在各种高分子聚合物制成的小球内， 制成固定化酶。由于固定化形成的酶小球直径一般只 有几微米至几百微米，所以也称为微囊化法。
扩散限制效应是指底物或其他效应物的迁 移和运转受到限制的—种效应。
（一）酶的活性 ：
甲基丙烯醇共聚物 机械性能好，但有疏水结构 聚苯乙烯
2）偶联方法：
偶联成功与否取决于：
•载体：功能基团：芳香氨基，羟基， 羧甲基等。
•酶分子:侧链非必需基团：羧基，巯 基，羟基，酚羟基，咪唑基。
制备方法：
由于载体上的功能基团与酶分子上的侧 链基团间不具有直接反应的能力，因此在偶联 反应前，需先进行载体活化，在载体上引进某 种活泼基团，然后此活泼基团再与酶分子上某 一基团反应形成共价结合。
⑴ 活化
(2) 偶联
异脲键
④ 烷基化法： 含羟基的载体也可在碱性条件下和三氯三嗪(triazinyl)
等多卤代物反应，在引入活泼的卤素后能直接与酶的氨基、 酚羟基或巯基等偶联。 反应产物带正电荷，易于中性或碱 性酶偶联固定。
•优点：酶与载体结合牢固，不会轻易脱落， 可连续使用。
•缺点：反应条件较激烈，易影响酶的空间 构象而影响酶的催化活性。
硅胶、羟基磷灰石、纤维素（有机吸附剂）等。
无机吸附剂的吸附容量一般很低，多在1mg蛋白/g吸附剂。 有机吸附剂的吸附容量一般较高，
2）离子结合法（ion binding）：离子交换剂的吸 附容量一般大于物理吸附剂 作用力：离子键 常用载体：DEAE-纤维素、DEAE-葡聚糖凝胶、 CM-
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利用超过滤膜将细胞固定化。底物和产物可以 自由进出超过滤膜，而膜内的细胞却出不来。制 备成膜反应器和生物传感器。但是需要防止细胞 生长导致浓度过高而使超过滤膜破裂。
采用的吸附方法：
1].静态吸附：自然吸附、解吸、再吸附的固定化方 法。效率低，时间比较长，而且不完全。
2].电沉积：在载体附近加电极，酶移向载体表面的 固定化方法。需要酶在电场中不破坏，保持原来 酶性能。。
一般与亲和层析所需载体的要求、标准一致
如:天然纤维素或衍生物 葡聚糖凝胶 亲和性好，机械性能差 琼脂糖
合成的：
聚丙烯酰胺 多聚氨基酸 聚苯乙烯，尼龙
机械性能好，但有疏水结构
2．偶联方法：
偶联成功与否取决于： 载体：功能基团，芳香氨基，羧基，羧甲基等 酶分子:侧链非必需基团 （游离的α--氨基，lys—ζ—NH2, Arg-胍基 C-COOH, Asp—γ-羧基，Glu-羧基， 酚羟基，巯基，咪唑基)
如胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶固定化，偶联到重氮化 的电中性载体如对氨基苄基纤维素时，产生固定化 酶无活性。偶联到重氮化的苯胺-多孔玻璃时，得 到固化酶都具很高酶活性。
2） 异硫氰酸反应 含芳香氨基的载体先用硫芥子（或者光气）
处理成异硫氰酸盐的衍生物，这种产物在温和条件 下，优先与酶分子的氨基反应，在中性pH下优先 与α-氨基反应，可达到选择性偶联的目的。
3） 溴化氰-亚氨碳酸基反应 带羟基的载体纤维素、葡聚糖、琼脂糖等是最
常用的载体。在碱性条件下，载体的OH基和溴化 氰反应，生成活泼的亚氨碳酸基，在弱碱中直接和 酶的氨基进行共价偶联。 最后一种是主要产物。
优点：应用最广，固定化结合牢、稳定而酶不丢失， 可以连续使用。
1．载体要求：
亲水载体优于疏水载体（酶蛋白结合量，固 定化后酶活性，稳定性方面都比较好），而 且亲水基存在可以减少疏水基的有害影响。 载体特点：
1).结构松 2).表面积大 3).机械强度大 4).带有在温和条件下可与酶侧链基团共价偶 联的功能基团 5).没有或很少有非专一性吸附
1.酶是蛋白质，稳定性差（热、酸碱、有机溶剂对 其有影响），
2.不能回收，无法自动化、连续化生产， 3.专一性高。
固定化酶优点：
1.可以提高稳定性 2.能回收，自动化，连续化 3.专一性减弱 4.提高抗有机溶剂的能力
4.3固定化方法： 固定化方法
吸附法
共价偶联法 交联法 包埋法
物理 离子交 固定化 偶联 吸附法 换吸附 载体 反应
结果：结合力增大(吸附量也大),也相当稳定，使 用寿命长，有时可以连续使用3个星期。
多孔物质包络法吸附细胞：
利用棉布、尼龙布、金属死网、海绵、塑料 等固定化放线菌、真菌组成盘状生物反应器，进 行连续生产有机酸、糖化酶、四环素。
这些材料有足够大，但空隙又不十分大的空 隙，能够使细胞进入空隙，通常为细胞直径的几 倍大。
格型包埋 微囊包埋
现在又有多孔物质包络法，超过滤法等。实际上， 用包埋法最多。
各种固定化方法的优缺点比较
吸附法
固定化方法 物理吸附法 离子吸附法 包埋法 共价键结合法 交联法
制备难易
易
易
较难
难
较难
结合程度
弱
中等
强
强
强
活力回收 高,酶易流失
高
高
低
中等
再生
可能
可能 不能 不能
不能
费用
低
低
低
高
中等
底物专一性 不变
不变 不变 可变
可变
吸附法：
1、物理吸附(氢键、土、硅酸、氧化铝等）吸附量 小、有些酶发生吸附变性
有机吸附剂（纤维素、胶原等）吸附量略大(～50mg/g 载体),不产生变性失活，比较受重视。
有些微生物分泌胶水一样的粘多糖，使微生物与固体物 质固定化。
第四章
固定化酶和细胞
Immobilized Enzymes and Cells
固定化酶是酶工程研究中的一个重要领域
4.1 什么是固定化酶
固定化酶被确定下来是在1971年第一届国际酶工程会 议上提出并确定的。固定化酶是设计一种方法，使酶被束 缚在特殊的载体上，使它与整体的流动相分隔开，但能进 行底物与效应物等的分子交换。
可以看成一般化学反应的固体催化剂一样对待，既具有 酶的催化特性又具有一般化学催化剂是具有一种容易回收， 反复使用，成为可连续化、自动化的水不溶性酶，称固定 化酶，有时也叫水不溶酶。
固定化酶现在的发展是不一定全是酶，研究可以用细胞 或细胞器、菌体。统称为固定化催化剂。
4.2固定化酶的优点
溶性酶的缺点：
但是，载体、酶分子上的基团不会直接反应， 其功能基团要活化。
1)重氮化 芳香氨基载体 方法特点：
载体先用亚硝酸处理成重氮盐衍生物，再在 温和条件下和酶分子上相应基团直接偶联。
芳香族重氮化具疏水性，倾向于进入蛋白质 分子中Tyr等集中的疏水区并偶联化而导致失效。
a.当载体为电中性或疏水性时，这种倾向性越大。 b.当载体用亲水极性物质时，这种疏水区的特性就 大大减小了。
3].动力法固定化：酶与载体混合后搅拌等条件下进 行固定化，注意速度，不破坏酶和载体。
4].反应器固定化：载体装入反应器，再循环加入酶 溶液达到固定化。但是吸附少，不适合的条件 （pH、盐等）容易解吸。注意操作条件。
最主要的、且更加有效的策略还是开发新的 吸附剂。
共价偶联：
通过载体的功能基团与酶侧链基团上非必需基团共 价结合，制备成的固体酶的方法。
1）.选择最佳条件操作（如温度、pH）， 2）.选吸附量大的载体，控制酶和载体量， 3）.采用高酶量吸附； 4）.开发新载体， 5）.对酶进行修饰后再进行交换吸附。
如烃基-琼脂糖衍生物吸附在酸性pH的酶(脲 酶)用亲和吸附剂 ConA-葡聚糖能专一吸附糖蛋白。
对酶进行修饰以后再与载体结合，胰蛋白酶 +丙烯酸与顺丁烯二酸酐的水溶性共聚体共价偶联 再加DEAE-纤维素与之结合。
2、离子交换法吸附：
在合适条件下（pH、离子强度），酶的侧链 与载体发生离子交换的作用而达到的固定化， CM-纤维素、DEAE-纤维素，吸附量 50—150mg/g 优点：
操作方便，条件温和，可再生后反复使用
缺点：
吸附力弱，不适宜的pH,高盐浓度，高底物浓度， 高温等都能把吸附的酶解吸下来。
可以改善方法：