固定化细胞的制备及性能实验研究

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1、传热传质学编号:063267中国丁程热物理学仝学术会议论文廖强巴淑丽朱恂王永忠（亜庆人学T程热物理研处所，軾庆400044）Tel:023-65102474E-mailJqzx@cqu.edu.cn摘要本文对同定化光合细胞的制爲T艺以及无包理细菌时固定化额粒的结构、扩散件能作了初步的研究.为可觇化实验制作了种完全透叨的同定化颗粒.采用吸渗比测H几隙率，并实验测定了颗粒中彌萄糖的扩散系数.关键词固定化细胞孔隙率扩散系数可视化实验•1引言同定化细胞技术是20世纪60年代发展起来的一门新兴生物技术，是指利用化

2、宁或物理的手段将游离的细胞定位丁•限定的空间区域，并使其保持活性，反复利用。同定化细胞技术因具有独特优势和广阔的应用前景而引起人们的极人关注，其研究巧应用也得到迅速发展。本文研究的主耍内容是用丁•光合产氢的可视化实验的固定化光合细胞的制作匸艺和性能。该技术的关键是选择适当的固定化载体使获得的颗粒透明、强度适中、稳定性好。对丁•同定化细胞的制备前人做了人皐的匸作，由丁•用途的多样化使得对其性能的要求也不一样，从现有文献来石，主耍针对固定化细胞的机械强度、弹性、传质性能、成球难易程度、载体对微生物的毒性等方

3、面的研究，本文通过实验制作了一种传质性能、机械强度等都较好的透明颗粒，并测定了不同玄径颗粒的空隙率和传质系数，为固定化光和细菌产氢的可视化实验研究打下基础。2实验材料与方法2.1实验材料包埋剂：PVA聚乙烯醇一124（实验试剂，上海化学试剂站分装厂）；海涼酸钠（化学纠i,浙江省温州市东升化学试剂厂）•交联剂：硼酸（分析纯，巫庆北码化学试剂厂九无水氯化钙（分析纯，巫庆川东化「•集团有限公司）2.2实验方法2.2.1无包埋细他的同定化颗粒的制备将适甘的PVA、海涣酸钠按照一定的比例加入一定体枳的去离子水中，

4、混匀，在80・c恒温水浴锅中加热，使其完全溶解，待冷却to3（）r左右.用蠕动泵或注射器将混合液滴入滴加含CaC"的硼酸溶液中并不断慢速搅扌半（为防止城力搅样器产生的旋涡对末凝尚的小球的破坏，可在烧杯中安装二个扌肖流板，以破坏水体漩流），得到PVA固定化细胞小球，放登交联18-24小时后取出，用0.5%的生理盐水冲洗并浸泡一定时间得到具有一定PVA浓度及一定包埋污泥址的同定化细胞小球山。实验装置如图所示。2.2.2分析测定方法（1）机械强度测定：将固定化小球放入50ml注射器中，加一定的压力观察小球的破

5、损情况.用手轻轻挤压固定化小球也可定性描述小球的強度.（2）稳定性测定：将同定化小球放入盛有配好的甸萄糖营养液的锥形瓶中，浸泡48小时观察弹性和弧度的变化・（3）孔隙率测址：采用吸渗法（4）有效扩散系数：取一定体积的葡萄糖溶液丁•锥形瓶中，记录海涣胶珠粒加入时刻为零时刻，立即置丁•磁力搅拌器上搅拌，定时取样用分光光度计测定葡萄糖浓度变化•实验温度为35-C±1•C.■.（5）实验数据处理方法实验只存在一种溶质的扩散，则其在凝胶中的扩散系数与凝胶的位置和溶质浓度无关。.根据分子扩散的非稳态传递模型可计算出

6、底物在PVA凝胶球中的扩散系数。对丁•均质的实心球体底物在球体中的浓度Cs（t）随时间t的变化符合下式‘讥.Cs(t)=aCso77a00｛吃力・

7、6(l+a)exp(-D胡/$)9++(1)式中：久为下列方稈的非零止根：tan^=3q“3+ag：。是球半径a是扩散实验中液体与同体的体积比.定义如卜•:.3/4N(加P),V是溶液主体体积（包拾小球山据的空间），N是固体小球的个数.本实验釆用非线性拟合法求有效扩散系数。3结果与讨论3.1交联剂、•包埋剂以及温度等因素对对颗粒性能的影响.••通过实验观察发

8、现交联剂的浓度和温度是影响固定化小球的主耍囚素。溶解好的PVA和海涣酸钠混合溶液再没有冷却的时候玄接滴入硼酸溶液中，形成的小球P白色，完全不透明.同样的实验条件，当充分冷却并放置了24小时以片得到的小球透明度很好，另外将同样的混合溶液冷却到20〜30°C,当硼酸浓度过高或是CaCI2浓度超过1%时得到的小球都不透明，CaCl2浓度为1%球心处不透明的白色。由TPVA分子具有口动交联凝聚的倾向〔叫当PVA刚溶解时起水溶液易丁搅动，而静置儿个小时厉溶液就相对粘稠。囚此当PVA溶液冷却后不应立即与微生物混合固

9、定化，而是先静置，待其口身有一定程度的交联，再进行后续包埋步骤。虽然这样会增加同定化细胞制备时注射器挤压的轻度或蠕动泵阻力，但使颗粒的水溶膨胀性得到一定稈度的抑制，并使小球的强度和弹性都明显变好。表1包埋剂和交联列以及温度等因素的彩响实验编号PVA：海涣酸钠交联剂温度•c延迟时间h强度传质性能透明度稳定性r10:0.5饱和硼酸，2%80较好朋色，•崇.CaCl2弱不透明10:1饱和硼酸1.3%2524—-较好好一般CaCI2般3#10:1饱