基于静电纺丝理念之细胞固载化与运用

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1、基于静电纺丝理念之细胞固载化与运用第1章绪论1.1前言细胞固载,是一种利用能够容许分子物质传输的同时能够阻止比设计尺寸更大的分子的通过半透膜将细胞固定，达到保护细胞的目的技术。这种技术生物燃料电池（MFC）[1]、生物修复[2-3]、粒子生物膜反应器[4-6]、噬菌体治疗[7]和医学再生细胞移植[8-11]等生物技术、药物释放、能源环境等领域中有广泛的前景。然而，在实际应用中细胞往往需要在人工环境中生长，而人工环境中各种条件的变化会对细胞的活性及其功能产生严重影响。所以，细胞固载技术对于提高细胞的稳定性尤为重要。而对于细胞固载技术，最关键的问题是找到生物适应性

2、强的固载方法和固载材料以提高固载细胞的活性。所谓生物适应性材料是指从一种材料的生物应用到其分解的产物均不会对细胞或基因产生毒性。同时，对于具有不同功能的细胞，还有几点因素需要考虑。例如具有光合作用活性的细胞需要通过吸收太阳光来实现物质转化，所以固载材料的光透过性是重要的考虑因素之一。此外，固载材料的表观结构、机械和化学稳定性及被制成膜结构时的渗透压等性能也需要考虑。固载的过程也需要足够的温和，以避免细胞经受极端的机械压力和渗透压，固载过程中所用到的化学药品也要避免其对生物细胞功能性的影响[12]。几十年来，科学家们一直致力于固载微生物的生物复合材料的制备，而几

3、乎所有尝试用来固载的材料多集中于有序介孔氧化硅[6]、溶胶-凝胶体系[13]和聚合物材料[14-15]（聚丙烯酰胺、多聚糖、水凝胶等）。但是这些固载材料都分别有一些各自的缺陷，比如：低的微生物活性、材料的扩散性能不足、微生物细胞分布不均匀、被固载的细胞低的热力学和机械稳定性等[14,16-19]。在固载体系中，静电纺丝聚合物纳米纤维是个极具前景的方法。因为通过静电纺丝制备的纤维具有很多利于生物固载的优异特性，例如：非常大的比表面积体积比、表面功能的灵活性、优异的力学性能等。通过选用生物适应性的材料，以静电纺丝过程将功能微生物细胞固载的可行性已得到验证，这种方法

4、已用于纳米粒子、酶、蛋白质、以及完整细胞的固载[20-26]。1.2静电纺丝技术静电纺丝起源于20世纪30年代Formalas关于聚合物溶液如何在电极间形成射流的专利，在起初的几十年间其发展较为缓慢。进入21世纪后由于人们对于纳米纤维的重视，静电纺丝取得了长足的进步。静电纺丝在制备纳米纤维方面有许多突出的优点，例如：装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等。其装置主要有三大部分组成：静电高压发生器、纺丝溶液供给系统、纤维收集系统（如图1-1所示）[27]。纺丝液供给系统通常是针头位置有相连的金属毛细管的注射器容器。容器中存放纺丝液，注射器由人工或机

5、械推进。用导线将注射器上的毛细管与静电高压发生器的正极连接，使推进中流过毛细管的纺丝液带正电。纤维收集系统是一块放置在与毛细管正对一定距离，做接地处理的金属板。由于金属板接地，保持零电势，因而当静电高压发生器开始工作时，金属毛细管与金属收集板之间就会由于存在电势差而形成静电场。静电纺丝装置虽然组成简单，但是随着科学技术的进步以及人们对于静电纺丝的深入研究，对于纺丝的可控性提出了更高的要求。使得静电纺丝装置的各个组成部分更趋于复杂和精密。.第2章蓝藻细胞培养与接种2.1引言蓝藻是广泛存在于海洋浮游植物群落的一种单细胞原核生物，通过光自养生长，光合作用能力突出，是

6、全球62%的固碳工作的完成者,在整个海洋生态系统中占有着举足轻重的地位[69][70]。本论文研究的聚球藻Synechococcus7942是其中的一种，其结构相对简单、生长速度较快、对环境的适应能力较强。在治理环境污染、医药、农业及生物传感器等领域都有潜在的应用。.2.2实验部分（1）将已经配置好的BG11培养液、培养用锥形瓶、移液枪枪头、10mL离心管放入立式压力蒸汽灭菌器，设置20min升温到120℃，然在120℃下高温高压灭菌20min，待降温到室温后置于消毒柜中待用。（2）将经过高温灭菌的BG11培养夜、培养用锥形瓶、移液枪、移液枪头、酒精灯、打火机

7、、废弃物品储存罐放入超净工作台中用75%的酒精进行喷洒，然后开紫外灯照射20min。（3）关紫外灯，在双手上喷洒75%的酒精进行灭菌，然后从培养箱中取出聚球藻细胞进过酒精擦拭后放入超净工作台，点燃酒精灯，调节好酒精灯火焰大小。（4）用移液枪取40mlBG11培养液置入锥形瓶中，再取20ml聚球藻细胞加入到锥形瓶中。用酒精灯对瓶口灼烧灭菌，然后用透气膜对锥形瓶进行封装。（5）将盛有接种聚球藻细胞的锥形瓶放入智能人工气候箱进行培养。同时再次开启超净工作台的紫外灯进行20min的照射灭菌。..第3章静电纺丝细胞复合纤维制备条件的探索........233.1引言..

8、...233.2实验部分....243