微生物微纳米生物制造有序排列方法的研究

摘要

微生物在微纳米加工领域有极大的应用潜力，是可用于纳米、微米以及多层次跨尺度加工的天然“基本单元”和“底盘细胞”。一方面，其形态各异，有不同的尺寸和形状，可以作为微纳米加工中的基本结构单元；另一方面，其功能各异，有不同的代谢途径和代谢产物，便于改造和控制，还可作为微纳米加工过程中的基本功能单元——“微纳机器人”，来实现其生物学功能。对微生物进行精确的定向运动诱导以及定位有序排列是设计和创制新型功能材料所需要解决的核心问题。本文围绕解决这一问题提出了基于磁场控制和基于微流控技术的两种方法并进行了研究。
　　建立了基于磁场的对微生物的运动和排列进行操控的方法，基于仿生矿化的原理对微生物表面进行化学修饰，构建矿化壳结构，从而将磁性纳米颗粒附着于微生物表面，使微生物成为可受磁场调控运动的磁控微生物。以酿酒酵母为模式菌种，对比了利用正负电荷层层自组装与利用海藻酸钠粘性吸附两种不同的高分子表面改性方法修饰后，再经过仿生矿化制备成磁控微生物，所得酵母细胞的微观形貌、磁性和活性。两种修饰制备的酵母细胞都可以被磁铁吸附，经由海藻酸钠修饰的细胞可以保持活性。另外以肝素黄杆菌作为一种功能菌种，研究了海藻酸钠-仿生矿化的修饰方法对于肝素酶代谢功能的影响，结果表明在开始培养后，矿化结构会使肝素酶的代谢滞后开始，但肝素酶的反应速率基本没有受到表面修饰的影响。设计了条纹宽度为50μm的图案化永磁铁模版，并用于研究磁控酵母细胞的有序排列，结果证明磁控酵母细胞能够良好的在磁板上排列成条纹图案。
　　发展了基于微流控技术的图案化调控方法，基于硅的KOH湿法刻蚀技术和光刻技术制备了5μm和10μm的条纹与网格图案的图案化硅片模版。在图案化硅片模版的基础上设计了一种双层嵌套式图案化模版的制备工艺，制得了双层嵌套图案的聚二甲基硅氧烷（PDMS）模版，对其结构进行了表征。另外以5μm的图案化模版诱导木醋杆菌合成有序细菌纤维素，通过对细菌的有序排列得到了其图案化的胞外产物，合成了表面具有条纹图案的细菌纤维素膜。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 微纳米生物制造

1.3 基于微生物的微纳米生物制造

1.4 微生物在生物制造中的意义

1.5 研究意义和课题提出

第二章 磁控微生物的制备及测试

2.1 引言

2.2 实验设计与原理

2.3 材料与仪器

2.4 实验方法

2.5 结果与讨论

2.6 本章小结

第三章 SA-仿生矿化法的表面修饰对微生物代谢影响的研究

3.1 引言

3.2 实验设计与原理

3.3 材料与仪器

3.4 实验方法

3.5 结果与讨论

3.6 本章小结

第四章 利用磁场控制微生物排列的研究

4.1 引言

4.2 实验设计与原理

4.3 材料与仪器

4.4 实验方法

4.5 结果与讨论

4.6 本章小结

第五章 基于微流控方法图案化模版的制备

5.1 引言

5.2 实验设计与原理

5.3 材料与仪器

5.4 实验方法

5.5 结果与讨论

5.6 本章小结

第六章 利用图案化模版诱导木醋杆菌合成图案化纤维素的研究

6.1 引言

6.2 实验设计与原理

6.3 材料与仪器

6.4 实验方法

6.5 结果与讨论

6.6 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 主要研究工作

7.2 创新点和展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间的科研成果

附录2 主要符号和缩略词表