天然多糖微载体的制备工艺及微囊化细胞生长代谢研究

摘要

生物微胶囊技术是一种很有潜力的新兴细胞固定化方法，微囊化细胞培养在发酵、制药、细胞移植、人工器官等领域具有良好的应用前景。但目前的生物微胶囊存在膜材料成本高，制备工艺复杂，稳定性差，传递限制等问题，针对上述问题，本文以天然多糖海藻酸钠和壳聚糖作为微胶囊制备材料，采用脉冲电场制备工艺制备壳聚糖/海藻酸盐微胶囊，对其工艺条件和微胶囊的性能进行研究，考察了壳聚糖/海藻酸盐微囊化细胞培养对细胞生长代谢的影响，为壳聚糖/海藻酸盐微囊化技术在细胞培养领域的应用奠定理论与实践基础。 主要结论如下： 1．系统考察了壳聚糖/海藻酸盐微胶囊的稳定性和通透性能。海藻酸钠溶液浓度对微胶囊的形态影响较大，20g/L为最佳浓度；采用壳聚糖与海藻酸盐凝胶珠进行成膜反应，增加壳聚糖分子量及溶液浓度，微胶囊稳定性提高，但通透性能降低；适当延长成膜反应时间，微胶囊膜稳定性提高。以锌离子和钡离子为凝胶浴制备的微胶囊稳定性优于以钙离子为凝胶浴制备的微胶囊，但通透性能不如海藻酸钙微胶囊。微胶囊在中性和酸性环境中的稳定性要优于碱性环境。 2．壳聚糖和海藻酸钠具有良好的生物相容性。微囊化对原核细胞和真核细胞生长代谢的影响是一致的，由于微囊膜对底物和代谢产物传递有一定的扩散阻力，微囊化细胞的生长代谢稍滞后于游离细胞，但微胶囊能够消除底物抑制，给细胞的生长提供一个相对稳定的微环境，使细胞生长的稳定期延长。 3．微囊化细胞在批次培养中底物消耗速率加快，批次培养时最大菌浓和代谢产物的最高产量均高于初次培养和游离培养；壳聚糖/海藻酸盐微胶囊具有足够的膜强度，能够承受长时间的发酵培养，可重复使用，适合于固定化细胞高密度培养。 4．微胶囊的制备条件对微囊化细胞的代谢有一定影响。正交分析结果表明，微囊化酿酒酵母乙醇产量的影响因素显著性依次为：壳聚糖分子量、壳聚糖浓度、成膜时间和pH值。正交试验确定的最优工艺条件为：壳聚糖分子量5万、壳聚糖浓度2.0g/L、成膜时间15min和培养基pH=6.0，在该条件下微囊化酿酒酵母的乙醇产量可达到13.5g/L，高于其他条件下的产量。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1固定化细胞培养技术概述

1.1.1固定化细胞培养的意义

1.1.2固定化细胞的方法

1.1.3固定化细胞的应用特点

1.2生物微胶囊技术

1.2.1生物微胶囊的发展概述

1.2.2生物微胶囊的特点与优势

1.2.3微胶囊的材料和制备方法

1.2.4生物微胶囊的性能

1.2.5生物微胶囊的应用与存在的问题

1.3壳聚糖/海藻酸盐生物微胶囊

1.3.1海藻酸钠

1.3.2壳聚糖

1.3.3壳聚糖/海藻酸盐微胶囊的反应特性

1.3.4壳聚糖/海藻酸盐微胶囊的制备

1.4微囊化细胞模型的选择

1.5本文的研究思路和工作设想

第二章壳聚糖/海藻酸盐微胶囊的制备及稳定性研究

2.1实验部分

2.1.1实验材料

2.1.2实验装置及仪器

2.1.3实验方法

2.2结果与讨论

2.2.1壳聚糖/海藻酸盐微胶囊的形态结构

2.2.2微胶囊制备条件对微胶囊稳定性的影响

2.2.3培养环境pH对微胶囊稳定性的影响

2.3小结

第三章 壳聚糖/海藻酸盐微胶囊膜通透性的考察

3.1实验部分

3.1.1实验材料

3.1.2实验装置与仪器

3.1.3实验方法

3.2结果与讨论

3.2.1壳聚糖/海藻酸盐微胶囊膜对小分子物质的通透性

3.2.2壳聚糖/海藻酸钙微胶囊膜对大分子物质的通透性

3.2.3制备条件对通透性能的影响

3.3小结

第四章 微囊化对微生物细胞生长的影响

4.1实验部分

4.1.1实验材料

4.1.2实验装置及仪器

4.1.3实验方法

4.2结果与讨论

4.2.1 微胶囊材料对细胞生长的影响

4.2.2微囊化对原核细胞(地衣芽孢杆菌)生长的影响

4.2.3微囊化对真核细胞(酿酒酵母)生长的影响

4.2.4制备条件对微囊化细胞生长的影响

4.2.5培养条件对细胞生长的影响

4.3小结

第五章 微囊化对微生物细胞代谢的影响

5.1实验部分

5.1.1实验材料

5.1.2实验装置及仪器

5.1.3实验方法

5.1.4分析方法

5.2结果与讨论

5.2.1微囊化对酿酒酵母代谢的影响

5.2.2制备条件对细胞代谢的影响

5.2.3培养条件对细胞代谢的影响

5.2.4微囊化酿酒酵母产乙醇的工艺条件优化

5.3小结

第六章 总结

6.1结论

6.2创新点

6.3不足之处和后续工作建议

参考文献

攻读硕士学位期间取得的科研成果

致 谢