酶与细胞的固定化技术

细胞固定化技术在制药中的应用一、细胞固定化技术概述细胞固定化技术是一种将细胞或酶固定于载体上，形成特定的固定化系统从而实现催化功能或合成生产的技术。

细胞固定化技术已广泛应用于制药、食品、环保等领域。

细胞固定化的优点是可以提高酶或细胞的稳定性、耐受性和催化效率，同时降低运行成本。

二、制药中细胞固定化技术的应用1. 生物合成在生物制药领域，利用细胞固定化技术可使细胞在生长和代谢过程中维持长期稳定性，提高生产效率。

例如，利用固定化细胞生产生长激素和转化因子，可以降低成本，提高产量。

同样的，利用固定化细胞合成青霉素和链霉素等抗生素，也可以提高收率和稳定性。

2. 药物代谢性能研究细胞固定化技术可用于药物代谢性能研究。

利用细胞固定化技术，可以建立高效、可靠的药物代谢酶模型，对药物代谢途径进行分析和评价。

同时，还可应用于对药物的毒理学研究。

3. 肿瘤治疗利用细胞固定化技术生产肿瘤治疗药物，可以提高抗肿瘤药物的疗效和耐受性，降低副作用和毒性。

如，固定化细胞生产的细胞毒素可靶向肿瘤细胞并杀死它们，对治疗肿瘤有较好的效果。

三、各种细胞固定化技术的优缺点1. 滴定法利用滴定法将细胞悬浮液滴入凝胶中，使其逐渐凝固形成固定化细胞。

这种方法操作简单，成本低，适用于规模较小的生产。

但是，凝胶的阻力大，不利于氧气和营养物质的进出。

2. 包埋法将细胞直接包埋于凝胶中，形成固定化细胞。

这样可以保护细胞，但凝胶的成分和物理性质很难保证一致性，因此制备工作量大，也不利于细胞的氧气和营养物质的进出。

3. 真空降温法将细胞或酶悬浮液置于低温真空中冷冻干燥，然后用特殊处理的沸石或陶粒等介质在常温下进行固定化。

真空降温法可以保留细胞活力，可以大量生产，适合规模化生产。

但是，操作比较复杂且需要特殊的设备和介质。

4. 细胞外固定化法利用聚合物和载体具有催化能力（如陶瓷、金属等）对细胞或酶进行固定化。

细胞外固定化可提高稳定性和耐受性，但是具体的固定化效率与固定化材料的选择和制备有关。

固定化技术应用－酶和细胞的固定化试题中出现固定酶能不能催化一系列反应，查找资料，没有权威资料认为已经存在催化系列反应的酶，应该是研究方向。

选修知识的考查已经出现应用方向，也拓展到了技术的前景。

也就是说，需要在教学中创设情境适当扩大知识面，结合试题进行教学会收到很好的效果，如固定化酶技术可以拓展到固定化细胞。

问题：固定化技术以及发展前景如何？什么是固定化酶？什么是固定化细胞？011.固定化酶技术固定化酶技术是用物理或化学手段。

将游离酶封锁住固体材料或限制在一定区域内进行活跃的、特有的催化作用，并可回收长时间使用的一种技术。

酶的固定化技术已经成为酶应用领域中的一个主要研究方向。

经固定化的酶与游离酶相比具有稳定性高、回收方便、易于控制、可反复使用、成本低廉等优点，在生物工业、医学及临床诊断、化学分析、环境保护、能源开发以及基础研究等方面发挥了重要作用。

2.固定化酶技术的发展以前，固定化酶技术是把从生物体内提取出来的酶，用人工方法固定在载体上。

1916年Nelson和GrImn最先发现了酶的固定化现象。

科学家们就开始了同定化酶的研究工作。

1969年日本一家制药公司第一次将固定化的酰化氨基酸水解酶用于从混合氨基酸中生产L－氮基酸，开辟了固定化酶在工业生产中的新纪元。

我国的固定化酶研究开始于1970年，首先是微生物所和上海生化所的工作者开始了固定化酶的研究。

当今，固定化酶技术发展方向是无载体的酶固定化技术。

邱广亮等用磁性聚乙二醇胶体粒子作载体，采用吸附－交联法，制备出具有磁响应性的固定化糖化酶，简称磁性酶(M I E)一方面由于载体具有两亲性，M I E可稳定的分散于水相或有机相中，充分的进行酶催化反应；另一方面，由于载体具有磁响应性，M I E又可借助外部磁场简单地回收，反复使用，大大提高酶的使用效率。

Puleo等将钛合金表面用丙烯酸胺等离子体处理引入氨基，然后将含碳硝化甘油接枝于钛合金表面，或者将等离子体处理的钛合金先由琥珀酸酐处理，再用含碳硝化甘油接枝，进而将溶菌酶和骨形态蛋白进行固定，实现了生物分子在生物惰性金属上的固定化。

酶及细胞固定化技术
酶及细胞固定化技术是一种常见的生物技术，在制药、化工、食品等领域广泛应用。

酶是一种天然催化剂，在一系列生化反应中起到了至关重要的作用。

然而，酶在传统的反应过程中通常难以重复利用，并且容易受到环境因素的影响导致其活性降低。

为了克服这些困难，研究人员发明了酶固定化技术，即将酶固定在固体基质上，从而提高其稳定性和功效。

使用固定化酶，可以在更广泛的工业应用场景中实现更高效、经济的生物转化过程。

固定化技术不仅可以应用于酶，还可以用于固定化细胞。

细胞固定化是将细胞固定在一种固定化基质上，以便在化工过程中重复使用。

固定化细胞繁殖能力更强，可稳定持续的提供所需生产物。

比如，用固定化酵母发酵葡萄汁制成果酒或啤酒。

固定化技术的实现方式有很多种，例如物理吸附、共价键结合、交联等。

其中最常见的方法是交联法，通过交联剂，如谷氨酸或戊二醛，将酶或细胞固定在载体上。

经过固定处理后，酶或细胞的增稳特性明显增强，同时也具有更广泛的适应性。

在化学反应中，固定化酶可用于一系列生产过程，包括生成和破坏多种化学键以及催化合成。

这种方法还可以改善化学反应的选择性和增加产物的纯度。

总之，酶及细胞固定化技术已成为现代生物工程的重要组成部分，它为生产高品质、低成本的化学品、食品、医药品以及可再生能源等提供了新的可能性。

由于固定化技术的成熟和发展，它在未来的研究和应用中将会得到越来越广泛的应用。

张 海 龙山东教育学院 生物系Shan Dong Institute of Education第九章　第九章　固固定化酶与固定化细胞技术第一节固定化酶•固定化酶：是指在在一定空间内呈闭锁状态存在的酶，能连续地进行反应，反应后的酶可以回收重复利用。

•酶的固定化是将酶与水溶性载体结合，制备固定化酶的过程。

固定化酶的特点（与游离酶相比）•（1）极易将固定化酶与底物、产物分开，产物溶液中没有酶的残留，提纯工艺简化；•（2）能够在较长时间 进行反应，便于实现连续化和自动化；•（3）大多数情况下，能够提高酶的稳定性；•（4）酶的反应过程能够严格控制；•（5）酶的利用率提高，生产成本降低；•（6）能够进行多酶反应；•（7）可以增加产物收率，提高产物的质量；•（8）增加了生产的成本；•（9）只能用于可溶性小分子底物，对大分子的底物适应性差，与完整的菌体细胞相比，不适宜于多酶反应，特别是需要辅助因子的反应。

一、固定化酶的制备方法•根据不同应用目的和不同应用环境选择不同的方法，遵循如下原则：–（1）必须维持酶的催化活性以及专一性；–（2）有利于实现连续化和自动化；–（3）固定化酶应有最小的空间位阻，尽可能不妨碍酶与底物的接近，以便提高产品的质量；–（4）酶与载体必须结合牢固，便于回收贮存，反复利用；–（5）固定化酶应有最大的稳定性，所选载体不应与产物或反应液发生化学反应；–（6）成本要低，以便于工业使用；实践中，可根据酶的性质，反应特征选择合适的方法。

•（一）包埋法：–1、网格型–2、微囊型：界面沉淀法、界面聚合、二级乳化法、脂质包埋法•（二）吸附法：–1、物理吸附法–2、离子吸附法•（三）、共价偶联法•（四）、交联法•（五）、共价结合法–1、结晶法–2、分散法酶固定化方法示意图二、固定化酶的性质1、稳定性2、最适温度最适pH pH3、最适4、底物特异性go稳定性比游离酶的好（1）对热的稳定性提高，可以耐受较高的温度2040608010030405060708090Temperature ( ºC )R e l a t i v e a c t i v i t y (%)A BA 固定化酶B 游离酶稳定性(续)（2）保存稳定性好，保存时间延长（3）对蛋白酶的抵抗性增强，不易被蛋白（4）对变性剂）对变性剂((如尿素、有机溶剂、盐酸胍等如尿素、有机溶剂、盐酸胍等))的耐受性提高，保留较高酶活（5）对酶抑制剂、对不同）对酶抑制剂、对不同pH pH pH稳定性提高稳定性提高稳定性提高..(back back))最适温度与游离酶差不多050100150200250300350304050607080Temperature ( ºC )R e l a t i v e a c t i v i t y (%)A B最适温度(续)例外用重氮法制备的固定化胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶，5-10℃;比游离酶高比游离酶高5-105-15 ℃以共价结合法固定的色氨酸酶，比游离酶高5-15 以共价结合法固定的色氨酸酶，比游离酶高汤亚杰以交联法用壳聚糖固定胰蛋白酶最适温度为30 ℃同一种酶;80 ℃，比固定化前提高了，比固定化前提高了30用不同的方法或载体进行固定化，其最适温度可能不同不同方法和载体固定化氨基酰化酶的最适温度 <60烷基化法DEAE-DEAE-葡聚糖凝胶葡聚糖凝胶 67离子键结合法DEAE-DEAE-纤维素纤维素 72离子键结合法DEAE-DEAE-葡聚糖凝胶葡聚糖凝胶 60游离最适温度最适温度((℃ ） 方法载体载体最适pH 值酶固定化后，对底物作用的最适酶固定化后，对底物作用的最适pH pH pH和酶和酶—pH pH曲线常发生偏曲线常发生偏移（见图），原因是微环境表面电荷性质的影响带负电荷的载体，固定化酶最适pH 值比游离酶的高(1)载体的带电性质对最适pH 的影响原因:吸引作用带正电荷的载体，固定化酶最适pH 值比游离酶的低H +H +H +H +H +H +H +偏酸微环境OH -OH -OH -OH -OH -OH -H+H+大环境偏碱酶不带电荷的载体，固定化酶最适pH 值一般不变(2)产物酸碱性对最适pH 值的影响酸性酸性::固定化酶的最适固定化酶的最适pH pH pH值比游离酶的高值比游离酶的高碱性碱性::固定化酶的最适固定化酶的最适pH pH pH值比游离酶的低值比游离酶的低中性中性::固定化酶的最适固定化酶的最适pH pH pH值一般不变值一般不变原因原因::载体障碍产物的扩散底物的特异性与底物分子量的大小有关与底物分子量的大小有关;;作用于低分子量底物的酶，没有明显变化，如氨基酰化酶、葡聚糖氧化酶等酰化酶、葡聚糖氧化酶等;;既可作用于大分子底物，又可作用于小分子底物的酶，往往会发生变化。

酶及细胞固定化技术酶作为生物体内的催化剂，具有高效性和高特异性的特点。

但在工业生产中，酶稳定性差、易流失，造成成本过高，限制其广泛应用。

因此将酶采用固定化技术，使酶在发挥其高效、专一性同时，还能增强酶的贮存稳定性，提高了生产效率，节约了成本。

本文对酶和细胞的固定化技术进行综述。

【关键词】酶细胞固定化载体应用酶及细胞固定化技术是生物技术的重要组成部分。

20世纪60年代出现了固定化酶技术，60年代末固定化酶技术用于工业生产，70年代出现了固定化细胞技术，80年代又发展了固定化增殖细胞技术以及包括辅助因子在内的固定化多酶反应体系技术。

工程技术日益成熟，成为近代工业生产中不可缺少的组成部分。

所谓固定化技术，是指利用化学或物理手段将游离的酶或细胞（微生物），定位于限定的空间区域并使其保持活性和可反复使用的一种基本技术，包括固定化酶技术和固定化细胞技术。

固定化细胞的制备方法是多种多样的，任何一种限制细胞自由流动的技术，都可以用于制备固定化细胞。

一般来说，固定化技术大致可以分成吸附法、共价结合法、交联法和包埋法等4大类，其中以包埋法使用最为普遍。

一、固定化技术分类1.吸附法很多细胞都有吸附到固体物质表面的能力，这种吸附能力可以是天生具有的，也可以是经过处理诱导产生的，依靠这种吸附能力，人们发展起许多廉价而又有效的固定化方法。

吸附法可分为物理吸附法和离子吸附法，前者是使用具有高度吸附能力的硅胶、活性炭、多孔玻璃、石英砂和纤维素等吸附剂将细胞吸附到表面上使之固定化，是一种最古老的方法，操作简单、反应条件温和、载体可以反复利用，但结合不牢固，细胞易脱落。

后者根据细胞在解离状态下可因静电引力（即离子键合作用）而固着于带有相异电荷的离子交换剂上，如DEAE-纤维素、DEAE-Sephadex、CM-纤维素等。

2.共價结合法共价结合法是细胞表面上功能团和固相支持物表面的反应基团之间形成化学共价键连接，从而成为固定化细胞。

酶与细胞固定化的方法酶呀，就像是细胞世界里的小精灵，它们有着神奇的魔力，可以加速各种化学反应的进行。

那怎么才能把这些小精灵更好地利用起来呢？这就涉及到细胞固定化啦！细胞固定化，简单来说，就是给酶找个安稳的“家”，让它们能老老实实地在那里发挥作用。

那都有哪些方法呢？有一种方法就像是给酶盖房子，这就是吸附法。

就好像磁铁能吸住铁钉一样，一些具有吸附能力的材料可以把酶吸附住。

这些材料就像是酶的小窝，让酶舒舒服服地待在里面。

这种方法简单又方便，不需要太复杂的操作。

还有包埋法，这就好像把酶包在一个小口袋里。

用一些特殊的材料形成一个小网格，把酶困在里面。

酶在这个小口袋里依然可以自由活动，发挥它们的本领。

交联法呢，就像是给酶之间拉起很多“绳子”，让它们彼此连接固定起来。

就像小朋友们手牵手一样，这样酶就不容易乱跑啦。

这些方法各有各的特点和适用情况呢。

比如说吸附法，操作简单，但是可能不太牢固，酶容易跑掉。

包埋法呢，能很好地保护酶，但有时候可能会影响酶的活性。

交联法比较牢固，但操作起来可能稍微麻烦一点。

那我们为什么要费这么大劲去固定化酶呢？这好处可多啦！固定化后的酶可以重复使用呀，就像我们的工具一样，用了一次还能再用，多划算！而且它们的稳定性也提高了，不会轻易被破坏。

这就好比一个娇弱的小公主变成了坚强的女战士。

想象一下，如果没有这些细胞固定化的方法，我们的很多生产过程会变得多么麻烦呀！酶就像一群调皮的小孩子，到处乱跑，不好管理。

但是有了这些方法，它们就变得乖乖的，为我们的生活和生产带来了很多便利。

在实际应用中，我们要根据具体的情况选择合适的方法。

就像我们穿衣服一样，不同的场合要穿不同的衣服。

我们要让酶在最合适的环境中发挥最大的作用。

总之，酶与细胞固定化的方法是非常重要的，它们就像是打开生物技术大门的钥匙。

让我们更好地利用这些神奇的酶，为我们的生活创造更多的美好和可能吧！难道不是吗？。

酶及细胞固定化技术
酶及细胞固定化技术是一种常见的生物技术，广泛应用于工业生产和科学研究领域。

本文将介绍酶及细胞固定化技术的基本概念、原理、应用和优点。

酶及细胞固定化技术是一种将酶或细胞固定在载体上的技术。

这个过程可以使酶或细胞稳定地固定在载体表面，从而使其在生物反应中更加稳定。

酶及细胞固定化技术的原理主要是基于载体对固定的酶或细胞的物理和化学作用。

载体通常是多孔性或具有大的表面积和高的表面活性的材料。

酶或细胞会均匀地分布在载体表面，构成一种固体反应体系。

这种反应体系可以通过化学交联、物理吸附或共价连接等方式将酶或细胞稳定地固定在载体表面上。

酶及细胞固定化技术在工业生产和科学研究中有广泛的应用。

其应用领域包括：
（1）生物反应器的设计和制造
（2）医药制造过程中的酶催化合成
（3）食品工业中的酶床反应器
（4）环境保护和废水处理等领域
相对于自由酶和细胞，酶及细胞固定化技术具有很多优点，如下：
（1）酶及细胞固定化技术可以提高催化效率和稳定性。

（3）酶及细胞固定化技术可以对废水处理、空气污染、环境清洁等方面产生积极作用。

综合以上几点，可以得出酶及细胞固定化技术在生产与研究中起到的作用无可替代，将会成为未来重要领域。

酶及细胞固定化技术酶及细胞固定化技术是一种常见的生物技术方法，广泛应用于食品工业、医药工业、环境保护等领域。

通过这种技术，酶或细胞被固定在一种固体材料上，从而增强了它们的稳定性和重复使用性，提高了生产效率和产品质量。

本文将介绍酶及细胞固定化技术的原理、优势以及在不同领域的应用情况。

酶及细胞固定化技术的原理主要是通过将酶或细胞固定在一种固定载体上，使其能够稳定地存在于一定的环境中并保持其生物活性。

固定载体一般是多孔性的固体材料，如珠状树脂、活性炭、聚合物材料等。

在固定化过程中，酶或细胞通常会与载体表面发生物理或化学结合，从而实现固定化。

固定化后的酶或细胞能够在一定条件下发挥作用，实现对底物的转化或反应。

二、酶及细胞固定化技术的优势相较于游离态的酶或细胞，在固定化状态下具有以下优势：1.稳定性高：固定化后的酶或细胞能够更好地耐受环境变化，如温度、pH值等变化，从而提高其稳定性和长期使用的能力。

2.重复使用性强：固定化后的酶或细胞能够被多次使用，降低了成本，提高了生产效率。

3.易于分离：固定化后的酶或细胞与反应物之间的分离更加便利，便于后续操作和产品纯化。

4.改善环境适应性：固定化后的酶或细胞对不同环境条件的适应能力更强，可在复杂环境中发挥作用，适用范围更广。

5.抑制酶或细胞的不良反应：在固定化状态下，酶或细胞的不良反应如自身降解被抑制，更加稳定可靠。

酶及细胞固定化技术在食品工业中得到了广泛应用。

一些发酵产品的生产过程中，固定化酶或细胞能够提高发酵效率、缩短发酵周期，并且保证产品的稳定性和质量。

在乳制品工业中，利用固定化乳酸菌进行发酵能够保持产品的风味和质量，并且加速乳酸发酵的速度，提高了生产效率。

固定化酶还可以应用于酶解工艺，如利用固定化酶对淀粉、蛋白质等进行水解，得到高质量的发酵原料。

固定化技术还可以用于改善食品加工过程中的废水处理，通过固定化细胞去除废水中的有机物和重金属离子，净化废水，达到环保的目的。

固定化酶的制作方法固定化酶的方法主要有吸附法、包埋法、共价结合法、共价交联法、结晶法(一)、吸附法吸附法是通过载体表面和酶分子表面间的次级键相互作用而达到固定目的的方法。

只需将酶液与具有活泼表面的吸附剂接触，再经洗涤除去未吸附的酶便能制得固定化酶。

是最简单的固定化技术，在经济上也最具有吸引力.物理吸附法(physical adsorption)是通过氢键、疏水键等作用力将酶吸附于不溶性载体的方法。

常用的载体有：高岭土、皂土、硅胶、氧化铝、磷酸钙胶、微空玻璃等无机吸附剂，纤维素、胶原以及火棉胶等有机吸附剂。

离子结合法(ion binding)是指在适宜的pH和离子强度条件下，利用酶的侧链解离基团和离子交换基间的相互作用而达到酶固定化的方法（离子键）。

最常用的交换剂有CM-纤维素、DEAE-纤维素、DEAE-葡聚糖凝胶等；其他离子交换剂还有各种合成的树脂如Amberlite XE-97、Dowe X-50等。

离子交换剂的吸附容量一般大于物理吸附剂。

影响酶蛋白在载体上吸附程度的因素:1. pH：影响载体和酶的电荷变化,从而影响酶吸附。

2. 离子强度：多方面的影响，一般认为盐阻止吸附。

3. 蛋白质浓度：若吸附剂的量固定，随蛋白质浓度增加，吸附量也增加，直至饱和。

4. 温度：蛋白质往往是随温度上升而减少吸附。

5. 吸附速度：蛋白质在固体载体上的吸附速度要比小分子慢得多。

6. 载体：对于非多孔性载体，则颗粒越小吸附力越强。

多孔性载体，要考虑吸附对象的大小和总吸附面积的大小。

吸附法的优点：操作简单，可供选择的载体类型多，吸附过程可同时达到纯化和固定化的目的，所得到的固定化酶使用失活后可以重新活化和再生。

吸附法的缺点：酶和载体的结合力不强，会导致催化活力的丧失和沾污反应产物；经验性强。

（二）、包埋法包埋法是将酶物理包埋在高聚物网格内的固定化方法。

(如将聚合物的单体和酶溶液混合后，再借助聚合促进剂的作用进行聚合，将酶包埋于聚合物中以达到固定化的目的）。