固定化
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固定化是指用物理或化學方法使酶成為不溶性衍生物或使細胞成為不易從載體上流失的形式製成生物反應器用以催化 生化 反應、細胞數量的增殖等。
基本信息
中文名稱 固定化 [1]
外文名稱 immobilized; immobilization
包括 固定化酶技術和固定化細胞技術
別名 無
分類
1、它包括固定化酶技術和固定化細胞技術。固定化細胞載體主要可分為兩大類, 一類是無機載體, 如硅藻土、活性炭等;另一類是有機載體, 又可分為兩種, 一種為天然高分子凝膠載體, 如瓊脂、角叉萊膠和海藻酸鈣等, 它們無生物毒性, 傳質性好, 但強度低, 在厭氧條件下易被生物分解。另一種是有機合成高分子凝膠載體, 如聚丙烯酰銨(ACRM) 凝膠、聚乙烯醇( PVA) 凝膠等, 一般強度較好, 但傳質性能較差, 包埋後對細胞活性有影響。
與天然游離細胞相比，固定化細胞過程的優點可表現為:細胞固定化載體為微生物生長提供了充足的空間;保證了生物反應器內較高的細胞濃度使得反應速度加快，從而有較高的生產力;‚由於細胞被載體固定，因而不會產生流失現象，連續反應的稀釋率大大提高;ƒ分離純化過程中菌體細胞從發酵液中分離十分容易;„由於固定化細胞可以長期多次重複使用，簡化了游離細胞過程需不斷培養菌體的繁複操作，防止營養基質的浪費。
固定化微生物細胞的實用化對包埋載體的要求包括:
1)固定化過程簡單，反應溫和，易於製成各種形狀，能在常溫常壓下固定化;
2)原料易得，成本低;
3)載體對細胞呈惰性，固定化過程中及固定化後對微生物無害;
4)固定載體透光性好，反應底物和產物的擴散阻力小;
5)單位體積內的固定化細胞密度大;
5)機械強度和化學穩定性好;
7)耐微生物分解，可以耐受由於生物增殖引起的破裂;
8)載體內細胞泄漏少，外面的細胞難以進入;
常用微生物固定化方法一般來說,大致可以分成吸附法、共價結合法、交聯法和包埋法四大類:
1吸附法:很多細胞都有吸附到固體物質表面,或其他細胞表面的能力, 吸附法可分為物理吸附法和離子吸附法,前者是使用具有高度吸附能力的硅膠、活性炭、多孔玻璃、沸石，石英砂和纖維素等吸附劑將細胞吸附到表面上使之固定化。後者根據細胞在解離狀態下可因靜電引力而固着於帶有相異電荷的離子交換劑上。用木屑吸附細胞裝填的固定化反應器來生產乙酸，是最早應用固定化細胞過程之一。吸附法的過程技術要求簡單，成本低，載體可再生重複利用，空間位阻小，反應過程溫和，但是牢固性較差，當外界環境發生突變時，易造成微生物(酶)從載體上脫落。固定化細胞(酶)的結合量以及生物活性收到載體種類的影響較大。在這類系統中，細胞與溶液之間沒有屏障，因此不能用於要求出口料液不含游離細胞的場合。
2共價結合法:共價結合法是細胞表面上官能團和固相支持物表面的反應基團之間形成化學共價鍵連接實現細胞固定化的方法。採用共價結合法固定的微生物與固相載體的結合力較強，但是因為固定過程中反應激烈，操作較複雜，因而對微生物活性存在較大抑制，普遍應用性較差。
3交聯法:交聯法與共價結合法類似, 利用載體表面兩個或者兩個以上官能團與細胞之間發生分子間的交連使細胞固定化,但交聯法所採用的載體是非水溶性的，交聯劑多採用戊二醛、雙重氮聯苯胺等。交聯法固定的細胞與載體聯結牢固，穩定性高，但是交聯過程生化反應複雜，反應激烈，抑制了微生物的活性，適用範圍較狹窄。
4包埋法:包埋法是細胞固定化最常用的方法。按照包埋係數的結構可分為凝膠包埋和微膠囊法,即將細胞包裹於凝膠的微小格子內或半透膜聚合物的超濾膜內, 該方法成本低，操作簡單, 對細胞活性影響較小, 製作的固定化細胞球的強度較高。但傳質阻力較大。
綜合性能
包埋法有較好的綜合性能，催化活性保留和存活力都比較高，且包埋在反應工程(包括反應器的設計、操作穩定性等)中應用靈活，因此，包埋法成為整個固定化生物催化劑技術中應用最廣泛的固定化方法;但是包埋法的擴散阻力較大，使細胞的催化活性受到限制，較適合於小分子底物與產物的反應。
參考來源