大孔、可控孔径NaCS-PDMDAAC生物微胶囊的制备及其应用研究

论文题目: 大孔、可控孔径NaCS-PDMDAAC生物微胶囊的制备及其应用研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 生物化工

作者: 张俊

导师: 姚善泾

关键词: 微胶囊,大孔微胶囊,可控孔径微胶囊,细胞固定化,扩散性能,淀粉,小分子盐

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: NaCS-PDMDAAC生物微胶囊具有机械强度高、生物相容性好、物化性能稳定等优点,但是该胶囊的膜较为致密,传质受到很大的限制。由于胶囊内部微环境主要受到胶囊内外物质交换速率的控制,因此提高胶囊膜的通透性能够加快细胞生长所需营养物质和代谢产物的传递,改善生存环境,实现高密度培养和大分子产物连续化生产的目的。本文利用淀粉酶对淀粉的快速降解作用,将淀粉作为致孔剂加入制膜液中,制得胶囊后再加入淀粉酶进行降解,以形成相应的孔径,制备得到了一种大孔的微胶囊。在常规胶囊制备条件优化的基础上,通过对致孔剂种类、淀粉前处理、加入方式的研究,形成了一个可行的制备方法;同时建立了一个用于描述淀粉酶向胶囊内扩散的模型,通过胶囊内淀粉被外部淀粉酶完全降解所需要的时间可以计算得到淀粉酶在囊膜中有效扩散系数,以表征胶囊通透性能,为大孔胶囊制备条件的优化提供了理论依据。在此基础上得到了大孔胶囊制备的优化条件:采用糊化时间小于3min的木薯淀粉作为致孔剂,配制成1.2%糊化淀粉溶液,再加入4%NaCS混合均匀,将此溶液滴加到6%的PDMDAAC溶液中反应40～50min后,形成的胶囊置于30℃1%淀粉酶（粗酶）溶液中直到胶囊内淀粉被完全降解,这样就制备得到了大孔的NaCS-PDMDAAC胶囊。通过对胶囊性能的检测,大孔胶囊除机械强度略低于常规胶囊外,在胶囊粒径、膜厚等方面都没有明显改变,表明了淀粉致孔对胶囊通透性能改变的独立性。采用扫描电镜对胶囊表面进行观察,发现大孔胶囊内外表面都较常规胶囊疏松;利用细胞的破胞液扩散测定了胶囊的截留分子量,大孔胶囊截留分子量为70kDa,比常规胶囊要大4倍以上;以葡萄糖、VB12、几种氨基酸和蛋白质为模型物质,测定这些物质在常规和大孔胶囊中的扩散过程,并计算得到这些物质在胶囊中的混合扩散系数和膜扩散系数。实验表明大孔胶囊的通透性能要高于常规胶囊,而且随着扩散物质分子量的提高,这种对比更为明显。由此说明采用该方法制备得到的大孔胶囊传质性能得到了较大的提高,同时也有较好的免疫隔离效果,而且通过加入不同浓度的淀粉也可以调节胶囊的通透性能。以E.coli、Candida kruse和产脂肪酶的假丝酵母为模型细胞包埋于大孔和

论文目录:

摘要

Abstract

第一章文献综述

1．1 生物固定化技术

1．1．1 吸附法

1．1．2 交联法

1．1．3 化学共价法

1．1．4 逆胶束固定法

1．1．5 包埋法

1．2 生物微胶囊

1．2．1 生物微胶囊的制备方法

1．2．2 生物微胶囊的制备仪器

1．2．3 生物微胶囊材料的选择

1．2．3．1 生物相容性

1．2．3．2 生物微胶囊机械强度

1．2．3．3 生物微胶囊的扩散性能

1．2．4 生物微胶囊固定化细胞应用

1．2．4．1 细胞微囊化体外培养

1．2．4．2 器官移植

1．2．4．3 抗癌药物筛选

1．2．4．4 微囊化转基因修饰细胞用于基因疗法

1．2．4．5 生化药物缓释和控释

1．3 NaCS-PDMDAAC生物微胶囊

1．3．1 NaCS-PDMDAAC微胶囊制备方法

1．3．2 NaCS-PDMDAAC微胶囊的应用

1．3．3 NaCS-PDMDAAC微胶囊性能研究

1．3．3．1 NaCS-PDMDAAC微胶囊生物相容性

1．3．3．2 NaCS-PDMDAAC微胶囊机械强度

1．3．3．3 NaCS-PDMDAAC微胶囊扩散性能

1．4 控制胶囊膜扩散性能的方法

1．4．1 添加致孔剂的研究

1．4．2 小分子盐对PEC微胶囊成膜的影响

1．5 本文的研究思路和目标

参考文献

第二章大孔型NaCS-PDMDAAC生物微胶囊的制备

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 材料

2．2．2 仪器设备

2．2．3 微胶囊制备装置

2．2．4 胶囊的制备

2．2．4．1 常规NaCS-PDMDAAC微胶囊制备方法

2．2．4．2 大孔型NaCS-PDMDAAC微胶囊制备方法

2．2．5 胶囊性能测定

2．2．5．1 胶囊机械强度测定

2．2．5．2 胶囊粒径测定

2．2．5．3 胶囊膜厚的测定

2．2．6 分析方法

2．2．6．1 淀粉粒径分析

2．2．6．2 胶囊内淀粉的测定

2．2．6．3 淀粉酶活性测定

2．2．6．4 淀粉浓度的测定

2．3 结果与讨论

2．3．1 NaCS-PDMDAAC生物微胶囊制备研究

2．3．1．1 NaCS浓度对胶囊性能的影响

2．3．1．2 PDMDAAC浓度对胶囊性能的影响

2．3．1．3 反应时间对胶囊性能的影响

2．3．2 大孔胶囊制备过程

2．3．2．1 淀粉预处理对大孔胶囊形成的影响

2．3．2．2 大孔胶囊制备工艺

2．3．2．3 淀粉致孔模型的建立

2．3．3 影响大孔胶囊制备的主要因素的研究

2．3．3．1 糊化淀粉颗粒粒径对胶囊制备的影响

2．3．3．2 糊化时间对胶囊通透性能的影响

2．3．3．3 淀粉浓度对胶囊制备的影响

2．3．3．4 淀粉位置不同对致孔的影响

2．3．3．5 NaCS、PDMDAAC浓度对大孔型胶囊的性能影响

2．3．3．6 胶囊反应时间对大孔胶囊制备的影响

2．3．4 优化的大孔微胶囊的制备条件

2．4 本章小结

参考文献

第三章大孔胶囊传递性能的研究

3．1 引言

3．2 材料和方法

3．2．1 材料

3．2．2 仪器设备

3．2．3 胶囊的制备

3．2．4 胶囊膜微结构的观察

3．2．5 胶囊膜截留分子量测定

3．2．5．1 E．coli培养条件

3．2．5．2 截留分子量测定方法

3．2．6 扩散系数的测定和计算

3．2．6．1 扩散系数测定方法

3．2．6．2 扩散系数的计算

3．2．7 分析方法

3．2．7．1 SDS-PAGE非连续电泳

3．2．7．2 蛋白质浓度测定

3．2．7．3 氨基酸浓度测定

3．2．7．4 VB_(12)浓度测定

3．2．7．5 DNS法测定葡萄糖浓度

3．3 结果与讨论

3．3．1 大孔胶囊膜表观特性

3．3．2 胶囊截留分子量的测定

3．3．3 大分子蛋白质在胶囊中的扩散

3．3．4 小分子物质在胶囊中的扩散

3．3．5 淀粉浓度对溶质在胶囊中扩散的影响

3．4 本章小结

参考文献

第四章大孔胶囊用于固定化细胞培养的研究

4．1 引言

4．2 材料和方法

4．2．1 材料

4．2．2 仪器设备

4．2．3 实验方法

4．2．3．1 细胞种子液制备

4．2．3．2 细胞游离培养

4．2．3．3 细胞固定化

4．2．3．4 固定化细胞的摇瓶培养

4．2．3．5 固定化细胞的鼓泡塔培养

4．2．3．6 粗状假丝酵母种子培养

4．2．3．7 粗状假丝酵母微胶囊化

4．2．3．8 微囊化粗状假丝酵母的多批次培养

4．2．4 分析方法

4．2．4．1 酵母细胞计数

4．2．4．2 大肠杆菌计数

4．2．4．3 假丝酵母细胞密度测定

4．2．4．4 脂肪酶酶活测定

4．2．4．5 葡萄糖测定

4．3 结果与讨论

4．3．1 酵母和大肠杆菌的游离培养

4．3．2 固定化酵母细胞摇瓶培养

4．3．3 固定化酵母细胞鼓泡塔培养

4．3．4 大肠杆菌固定化摇瓶半连续培养

4．3．5 大肠杆菌固定化鼓泡塔半连续培养

4．3．6 微胶囊固定化细胞培养结果比较

4．3．7 假丝酵母的微囊化培养产脂肪酶

4．3．7．1 假丝酵母的游离培养

4．3．7．2 橄榄油在胶囊中的扩散

4．3．7．3 常规胶囊包埋假丝酵母细胞培养

4．3．7．4 大孔微囊化培养假丝酵母

4．4 本章小结

参考文献

第五章可控孔径NaCS-PDMDAAC生物微胶囊极其性质研究

5．1 引言

5．2 材料和方法

5．2．1 材料

5．2．2 仪器设备

5．2．3 微胶囊的制备

5．2．3．1 常规NaCS-PDMDAAC微胶囊的制备

5．2．3．2 添加小分子盐的NaCS-PDMDAAC微胶囊的制备

5．2．4 胶囊性能检测方法

5．2．4．1 聚电解质粘度测定

5．2．4．2 聚电解质ζ电位测定

5．2．4．3 胶囊机械强度测定

5．2．4．4 胶囊粒径测定

5．2．4．5 胶囊膜厚测定

5．2．4．6 胶囊截留分子量的测定

5．2．5 胶囊扩散性能的测定

5．2．6 分析方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 不同盐离子对胶囊截留分子量的影响

5．3．2 不同盐离子对胶囊粒径、膜厚的影响

5．3．3 添加不同盐离子制备胶囊对小分子扩散的影响

5．3．4 大分子蛋白质在添加无机盐制备胶囊中的扩散

5．3．5 小分子盐对聚电解质的影响

5．3．6 不同盐离子对胶囊机械强度的影响

5．3．7 大孔胶囊和可控孔径胶囊比较

5．4 本章小结

参考文献

第六章结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

符号说明

博士期间论文专利发表情况

致谢

发布时间: 2006-05-10

大孔、可控孔径NaCS-PDMDAAC生物微胶囊的制备及其应用研究

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