专利名称：一种包埋微生物载体及其制备方法
技术领域：
本发明属于固定化生物领域，特别涉及一种包埋微生物载体及其制备方法。
背景技术：
固定化生物技术是从20世纪60年代发展起来的一项新技术，它是用化学的或者 物理的手段和方法将游离细胞或酶定位在某一特定空间范围内，保留其固有的催化活性， 且能够被重复和连续使用的现代生物工程技术。固定化包埋技术由于具有包埋微生物密度高，耐外界环境冲击能力强，固液分离 简单，操作简单等优点，因此在化工合成，催化，食品，能源制造及废水处理等领域具有广泛 的应用前景。但是目前的包埋微生物普遍存在活性低、寿命短的缺点，难以实现大规模工业 化应用。因此，如何在保证包埋载体内微生物活性的基础上，提高载体的寿命，使之在反应 器中长期稳定运行是目前的难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种包埋微生物载体及其制备方法，本发明的 包埋微生物载体活性高，强度大，在流化反应器中的运行寿命可达到1. 5年，且微生物活性 在包埋后可保持88%以上；该包埋方法简单、方便、易于操作、成本较低，可广泛应用于微 生物、酶、蛋白质及非微生物种类物质的包埋，并可大规模工业化制备。本发明的一种包埋微生物载体，该载体是以水溶性自由基聚合单体或预聚物、交 联剂、含不饱和双键的烯类基硅氧烷、过硫酸钾、安息香二甲醚、四甲基乙二胺、水和被包埋 物为原料，通过光化学反应制备成水凝胶载体；其中，所述的被包埋物为微生物、酶、蛋白质 或非微生物种类物质。所述制备微生物载体的各原料质量百分比如下
水溶性自由基聚合单体或预聚物4 12 wt%
交联剂0.2~1 wt%
含不饱和双键的烯类基硅氧烷1 14 wt%
过硫酸钾0.03-0.67 wt%
安息香二甲藤 0.1 1.2 wt%
四甲基乙二胺0.78 3.8 wt%
被包埋物3~17wt%
水70.....89 wt% ；优选的各原料质量百分比如下水溶性自由基聚合单体或预聚物6~10wt%交联剂0.3 0.8 wt%含不饱和双键的烯类基硅氧烷2 13wt%过硫酸钾0.04 0.4 wt%安息香二甲醚0.3 1.0wt%四甲基乙二胺0.9 3.2wt%被包埋物3.8-12 wt%水75、.86wt% :
所述的水溶性自由基聚合单体选自丙烯酰胺、丙烯酰羟乙酯、甲基丙烯酸-β -羟乙酯中的任一种或任意几种的混合物；
所述的水溶性自由基聚合预聚物选自聚乙二醇预聚物、聚氨酯预聚物中的任一种或任意几种的混合物；
所述的交联剂选自Ν，Ν'亚甲基双丙烯酰胺，聚乙二醇二丙烯酸酯，聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的任一种或任意几种的混合物；
所述的含不饱和双键的稀类基娃氧烧为乙稀基娃氧烧;
所述的乙稀基娃氧烧为乙稀基二乙氧基娃烧、乙稀基二甲氧基娃烧或乙稀基二甲基娃氧烧。
本发明的一种包埋微生物载体的制备方法，包括
在相应步骤中加入按下述配比的各原料
水溶性自由基聚合单体或预聚物4 12 wt%交联剂0.2-1 wt%含不饱和双键的烯类基硅氧烷l~14wt%过硫酸钾0.03-0.67 wt%安息香二甲醚0.1~1.2wt%四甲基乙二胺0.78 3.8wt%被包埋物3 17 wt%水70 89 wt%
(I)将水溶性自由基聚合单体或预聚物溶解于水中，加入交联剂，搅拌溶解，得溶液A ；
(2)在上述溶液中加稀酸调整pH至1-5. 5，然后加入含不饱和双键的烯类基硅氧烷，搅拌至水解，得溶液B;
(3)根据被包埋物活性的需要与否，选择性地进行步骤(3)操作，在保持体积不变的情况下，将溶液B进行减压蒸馏，去除甲醇或乙醇，得溶液C ；
(4)根据步骤(3)的操作与否， 在溶液B或C溶液中加入PBS缓冲液，调整其pH至中性，然后加入待包埋物，搅拌均匀，得混合液D ;
(5)在混合液D中加入安息香二甲醚，四甲基乙二胺，过硫酸钾，快速搅拌均匀；
(6)将步骤(5)得到的反应液置于辐照光源下辐照2-8分钟，进行固化，制得水凝胶载体。
制备过程中，优选的各原料的配比如下
水溶性自由基聚合单体或预聚物6 10wt%交联剂0.3~0.8 wt%含不饱和双键的烯类基硅氧烷2~13wt%过硫酸钾0.04 0.4 wt%安息香二甲醚0.3 1.0wt%四甲基乙二胺0.9~3.2 wt%被包埋物3.8-12 wt%水75~86wt% ；
步骤(6)中所述的辐照为2-6分钟。
本发明的目的在于克服现有包埋微生物活性低，载体强度低的缺点。通过调整有机单体、无机材料之间的配比，在光化学引发下，可在常温有氧条件下对微生物进行包埋固定，微生物活性在包埋后可保持88%以上。该包埋方法不仅可用于透明体系的微生物或非微生物包埋，还可适用于非透明体系的微生物或非微生物体系的包埋。
有益效果
(I)本发明提供的包埋微生物载体活性高，强度大，在流化反应器中的运行寿命可达到1. 5年；
(2)本发明的包埋方法简单、方便、易于操作、成本较低，可广泛应用于微生物、酶、 蛋白质及非微生物种类物质的包埋，并可大规模工业化制备。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(I)丙烯 酰胺6. 5g溶解在60ml水中，加入N，N'亚甲基双丙烯酰胺O. 32g，搅拌至溶解；
(2)在步骤(I)所得溶液中加入稀酸(O. lmol/L的HCl)调整pH为1-5. 5，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷4ml (相当于3. 6Ig)，搅拌至水解；
(3)将PBS缓冲液加入到步骤(2)所得溶液中，调整其pH为中性，然后加入4g活性污泥(闵行污水处理厂二沉池浓缩污泥)，搅拌均匀；
(4)在步骤(3)所得混合液中加入安息香二甲醚溶液O. 4ml (O. 4gN_乙烯吡咯烷酮中含安息香二甲醚O. 24g)，四甲基乙二胺1.6ml(相当于1. 25g)，过硫酸钾饱和溶液4ml (3. 9g去离子水中含过硫酸钾O. 12g)，快速搅拌均匀；
(5)将步骤(4)制得的反应液置于辐照光源下辐照4分钟，进行固化；
(6)根据需要将固化后的包埋载体切割成相应的尺寸及大小。
此方法制备的包埋菌，经呼吸速率测试实验证实其活性保持约在89%。并经2星期驯化后，在上流式充氧反应器中填充率为10%的条件下，在3h内对500mg/l以内苯酚废水的去除率可达98 %左右。
实施例2
(I)丙烯酰胺7g溶解在60ml水中，加入N，N'亚甲基双丙烯酰胺O. 32g，搅拌至溶解；
(2)在步骤(I)所得溶液中加入稀酸(O. lmol/L的HCl)调整pH为1-5. 5，然后加入乙烯基三甲氧基硅烷8ml (相当于7. 78g)，搅拌至水解；
(3)将PBS缓冲液加入到步骤(2)所得溶液中，调整其pH为中性；然后加入4g硝化菌(闵行污水处理厂二沉池活性污泥驯化而得)，搅拌均匀；
(4)在步骤(3)所得混合液中加入安息香二甲醚溶液O. 2ml (O. 42gN_乙烯吡咯烷酮中含安息香二甲醚O. 12g)，四甲基乙二胺1. 2ml (相当于O. 94g)，过硫酸钾饱和水溶液 4ml (3. 9g去离子水中含过硫酸钾O. 12g)，快速搅拌均匀；
(5)将步骤(4)制得的反应液置于辐照光源下辐照4分钟，进行固化；
(6)根据需要将固化后的包埋载体切割成相应的尺寸及大小。
此方法制备的包埋菌，经呼吸速率测试实验证实其活性保持约在88%。并经2星期驯化后，在上流式充氧反应器中填充率为10%的条件下，在6 7h内对500mg/l以内对氨氮废水的去除率可达95%左右。
实施例3
(I)丙烯酰胺5g溶解在60ml水中，加入N，Ni亚甲基双丙烯酰胺O. 4g，搅拌至溶解；
(2)在步骤(I)所得溶液中加入稀酸(O. lmol/L的HCl)调整pH为1-5. 5，然后加入乙烯基三乙氧基硅烷12ml (相当于10. 84g)，搅拌至水解；
(3)在步骤(2)所得溶液中加入IOml的去离子水，将其减压蒸馏至无乙醇，并使溶液体积与步骤(2)所得溶液体积相同；
(4)将PBS缓冲液加入到步骤(3)得到的溶液中，调整其pH为中性，然后加入4g 活性污泥(闵行污水处理厂二沉池浓缩污泥)，搅拌均匀；
(5)在步骤(4)所 得混合液中加入安息香二甲醚O. 2ml (O. 2gN_乙烯吡咯烷酮中含安息香二甲醚O. 12g),四甲基乙二胺1. 2ml (相当于O. 94g),过硫酸钾饱和水溶液4ml (3. 9g去离子水中含过硫酸钾O. 12g)，快速搅拌均匀；
(6)将步骤(5)制得的反应液置于辐照光源下辐照4分钟，进行固化；
(7)根据需要将固化后的包埋载体切割成相应的尺寸及大小。
此方法制备的包埋菌，经呼吸速率测试实验证实其活性保持约在88%。并经2 3个星期驯化后，在上流式充氧反应器中填充率为10 %的条件下，对500mg/l含苯酚的氨氮废水的处理效果如下3 4h内对苯酚的去除率可达到98%左右，6-7h内对氨氮的去除率可达到92%以上。
虽然本发明已将较佳实施 例揭示如上，然其并非用以限定本发明的内容，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的主要精神和内容范围内，当可作各种更动与润饰，因此发明的保护范围应以申请专利的实际权利要求范围为准。
权利要求
1.一种包埋微生物载体，该载体是以水溶性自由基聚合单体或预聚物、交联剂、含不饱和双键的烯类基硅氧烷、过硫酸钾、安息香二甲醚、四甲基乙二胺、水和被包埋物为原料，通过光化学反应制备成水凝胶包埋菌载体；其中，所述的被包埋物为微生物、酶、蛋白质或非微生物种类物质。
2.根据权利要求1所述的一种包埋微生物载体，其特征在于所述制备微生物载体的各原料质量百分比如下水溶性自由基聚合单体或预聚物4 12 wt%交联剂0.2 I wt%含不饱和双键的烯类基硅氧烷I 14wt%过硫酸钾0.03 0.67 wt%安息香二甲謎0.1~1.2wt%四甲基乙二胺0.78 3.8wt%被包埋物3 17wt%水70-89 wt% ο
3.根据权利要求2所述的一种包埋微生物载体，其特征在于所述制备微生物载体的各原料质量百分比如下水溶性自由基聚合单体或预聚物6 10wt%交联剂0.3 0.8 wt%含不饱和双键的烯类基硅氧烷2 13wt%过硫酸钾0.04 0.4 wt%安息香二甲醚0.3~1.0 wt%四甲基乙二胺0.9~3.2 wt%被包埋物3.8 12wt%水75~86wt% ο
4.根据权利要求1、2或3所述的一种包埋微生物载体，其特征在于所述的水溶性自由基聚合单体选自丙烯酰胺、丙烯酰羟乙酯、甲基丙烯酸-β -羟乙酯中的任一种或任意几种的混合物。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种包埋微生物载体，其特征在于所述的水溶性自由基聚合预聚物选自聚乙二醇预聚物、聚氨酯预聚物等中的任一种或任意几种的混合物。
6.根据权利要求1、2或3所述的一种包埋微生物载体，其特征在于所述的交联剂选自N，N'亚甲基双丙烯酰胺，聚乙二醇二丙烯酸酯，聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的任一种或任意几种的混合物。
7.根据权利要求1、2或3所述的一种包埋微生物载体，其特征在于所述的含不饱和双键的稀类基娃氧烧为乙稀基二乙氧基娃烧、乙稀基二甲氧基娃烧或乙稀基二甲基娃氧烧。
8.—种包埋微生物载体的制备方法，包括在相应步骤中加入按下述配比的各原料水溶性自由基聚合单体或预聚物交联剂含不饱和双键的烯类基硅氧烷过硫酸钾安息香二甲醚四甲基乙二胺被包埋物水(1)将水溶性自由基聚合单体或预聚物溶解于水中，加入交联剂，搅拌溶解，得溶液A；(2)在上述溶液中加稀酸调整pH至1-5.5，然后加入含不饱和双键的烯类基硅氧烷，搅拌至水解，得溶液B ;(3)根据被包埋物活性的需要与否，选择性地进行步骤(3)操作，在保持体积不变的情况下，将溶液B进行减压蒸馏，去除甲醇或乙醇，得溶液C ;(4)根据步骤(3)的操作与否，在溶液B或C溶液中加入PBS缓冲液，调整其pH至中性，然后加入待包埋物，搅拌均匀，得混合液D ;(5)在混合液D中加入安息香二甲醚，四甲基乙二胺，过硫酸钾，快速搅拌均匀；(6)将步骤(5)得到的反应液置于辐照光源下辐照2-8分钟，进行固化，制得水凝胶载体。
9.根据权利要求8所述的一种包埋微生物载体的制备方法，其特征在于所述各原料的配比如下水溶性自由基聚合单体或预聚物6 10wt%交联剂0.3 0.8 wt%含不饱和双键的烯类基硅氧烷过硫酸钾安息香二甲醚四甲基乙二胺被包埋物水2 '~ 13wt% 0.04 0.4 wt%0.3 IO \vt%0·9 3.2 wt%3.8-12 M%75 86wt% ο
10.根据权利要求8所述的一种包埋微生物载体的制备方法，其特征在于步骤(6)中所述的辐照为2-6分钟。
全文摘要
本发明涉一种包埋微生物载体，该载体是以水溶性自由基聚合单体或预聚物、交联剂、含不饱和双键的烯类基硅氧烷、过硫酸钾、安息香二甲醚、四甲基乙二胺、水和被包埋物为原料，通过光化学引发，在常温有氧条件下对微生物进行包埋固定。本发明制备所得包埋微生物载体活性高，强度大，在流化反应器中的运行寿命可达到1.5年，且微生物活性在包埋后可保持88％以上；该包埋方法简单、方便、易于操作、成本较低，可广泛应用于微生物、酶、蛋白质及非微生物种类物质的包埋，并可大规模工业化制备。
文档编号C08F283/06GK103060305SQ20121058668
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者乔向利 申请人:上海交通大学