一种利用壳聚糖为载体制备的生物复合材料及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种利用壳聚糖为载体制备的生物复合材料及应用，本发明专利技术提供的生物复合材料制备方法简便，制备条件要求低，设备简单，能耗小，制备过程无毒性污染物产生，对环境、工作人员安全，能实现规模化制备生产；最终制备成的生物复合载体成本低，质量稳定性高且能循环使用。处理过程条件温和，可以使固定化菌体保持生物学活性，相比传统处理重金属污水方法，本发明专利技术可以多次重复使用后吸附效果好且方便回收并对水体无污染，且无须防止菌体游离污染水源，且无须加絮凝剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微生物
，具体涉及一种利用壳聚糖为载体制备的生物复合材料及应用。
技术介绍
为提高菌体利用率，降低菌体使用成本，通常采用将菌体固定化的方法，现有技术中有一种是采用包埋法对菌体进行固定的方法，该方法是将卡拉胶、海藻酸钠或壳聚糖和菌体混合在一起，在交联剂作用下，将菌体包裹在载体中，这个方法存在的缺点是：制备过程会使用到有机试剂，其有机试剂有毒性，对环境，尤其对工作人员有较大的危害，且不能实现规模化制备生产，而且卡拉胶、海藻酸钠或壳聚糖包埋菌体，影响菌体与污水中重金属的接触，影响菌体蛋白利用率；还有一种方法是利用无机材料将菌体吸附在上面，这种制备方法成本低廉，可规模化制备，但菌体固定化效果较差，菌体容易脱落，脱落的菌体对污水会造成二次污染。一般制成的壳聚糖珠粒径较大，传质速率会大大降低，而本实验壳聚糖粒径小(300μm左右)传质速率更快，且本实验自制的微珠比起传统壳聚糖膜或者包埋小球所需的重金属吸附时间更短，且传统的壳聚糖膜机械性能差(易碎易破裂)，故循环使用性低。而本实验制备的改性壳聚糖微珠机械性能好，且耐酸碱，故循环使用率高,对于一般菌体,金属离子吸附后会倾入菌体,而重组菌YN-2S丰富的金属硫蛋白展示在表面金属离子可以与菌体表面金属硫蛋白直接接触，减少金属离子倾入菌体的过程；而且固定化的菌体其活性细胞比任何缓冲液更有利于金属硫蛋白活性的保持，是一个天然的蛋白支持平台；同时避免了采用包埋法对金属离子与菌体之间接触传质作用造成影响。虽然采用反相悬浮法可以制备粒径为10～100μm的壳聚糖珠，但是制备过程中使用了大量的表面活性剂等有机试剂，这些试剂可能对环境造成污染。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是克服现有技术缺点，提供一种利用壳聚糖为载体制备的生物复合材料，本专利技术提供的生物复合材料，在制备过程中，设备简单，能耗小，制备过程无毒性污染物产生，对环境、工作人员安全，能实现规模化制备生产；最终制备成的生物复合材料成本低，质量稳定性高，处理铜离子能力强，回收利用性佳。本专利技术的另一个目的是提供了一种利用壳聚糖为载体制备的生物复合材料在吸收水体中铜的应用。为了达到上述目的，本专利技术采取以下技术措施：一种利用壳聚糖为载体制备的生物复合材料，利用以下方法制备得到：1)壳聚糖生物复合载体的构建将2g脱乙酰度为90％的壳聚糖粉末加入到体积比为100mL 1％的乙酸溶液中，充分搅拌(室温25℃下搅拌12h,成均一稳定的胶状溶液后除气至溶液中无气泡)，配制成质量体积比为2％的壳聚糖溶液；将4g氢氧化钠加入到100mL的体积比为66.7％乙醇溶液中，充分溶解，配制成质量体积比为4％的氢氧化钠-乙醇溶液；本专利技术制备壳聚糖生物复合载体采用的装置为专利技术名称为一种壳聚糖珠的制备方法及其制备装置(申请号：201310741611.7)中的壳聚糖珠的制备装置，具体步骤如下：使用27G针头型号，壳聚糖溶液通过恒流泵流经注射器针头将壳聚糖溶液滴定到氢氧化钠-乙醇溶液中，给针头加6000V压即制成粒径大小为300μm壳聚糖微珠，再用去离子水反复洗涤，直至无氢氧化钠残留；取壳聚糖微珠1g，加入10mL体积比为2.5％的戊二醛溶液，25℃下静置反应4h，反应完毕后用去离子水反复洗涤，直至无未反应的戊二醛，得到交联活化的壳聚糖珠。2)微生物固定将步骤1)制备的交联活化的壳聚糖珠与重组菌YN-2S(假单胞菌表达载体的构建及金属硫蛋白的表面展示，叶婷)(OD600＝5.0，pH＝7.4的PBS缓冲液重悬)按1g：10毫升进行摇匀混合后静置固定，固定化温度为4℃，固定化时间为2h，即得生物复合材料。一种利用壳聚糖为载体制备的生物复合材料在吸收水体重金属离子中的应用，包括将该生物复合材料投入含重金属离子的水体(铜离子，铬离子，镉离子等)中吸附重金属离子，还包括该生物复合材料对重金属离子的解吸附以及该生物复合材料循环利用的过程。生物复合材料对铜离子的解吸附：在35℃，置于210rpm摇床中，将100mL 0.1M的盐酸与1g吸附了铜离子的生物复合材料混合,解析3小时，将解吸附后的载体滤出，使用PBS缓冲液冲洗。生物复合材料的贮存：将制备得到的生物复合材料用去离子水反复过滤洗涤3～5次后；对用来盛放的带棉塞的三角瓶瓶进行灭菌处理；将洗净无游离菌残留的样品放在灭菌后的三角瓶内，加入PBS(PH＝7.4)缓冲液后塞紧棉塞，完毕放入4℃冰箱保存，需要时取出即可。具体请详见具体实施方式。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术提供的生物复合材料制备方法简便，制备条件要求低，设备简单，能耗小，制备过程无毒性污染物产生，对环境、工作人员安全，能实现规模化制备生产；最终制备成的生
物复合载体成本低，质量稳定性高且能循环使用。本专利技术所述壳聚糖(Chitosan)是一种甲壳素脱乙酰产物，在亲水性、可再生性和生物相容性方面有很大的优势。壳聚糖基本构成为胺基葡萄糖，含有丰富的氨基和羟基，可进行基团修饰，也可以被制成球珠材料用于药物缓释、固定化等领域，壳聚糖本身对各种重金属都具有良好的吸附性能且本身具有很大的吸附容量。制备过程条件温和，可以使固定化菌体保持生物学活性，相比采用包埋对微生物进行固定的方法，本专利技术可以使底物与菌体直接接触，增加了传质，蛋白生物学活性利用率更高。处理过程条件温和，可以使固定化菌体保持生物学活性，相比传统处理重金属污水方法，本专利技术可以多次重复使用后吸附效果好且方便回收并对水体无污染，且无须防止菌体游离污染水源，且无须加絮凝剂。附图说明图1为4000倍的扫描电镜下重组菌YN-2S的扫描电镜图图2为4000倍的扫描电镜下壳聚糖固定重组菌YN-2S后的表面图具体实施方式：以下结合实施例对本专利技术作进一步解释说明。本专利技术所述技术方案，如未特别说明，均为本领域的常规方案，所述试剂或材料，如未特别说明已被公开或来源于商业渠道。实施例1：一种利用壳聚糖为载体制备的生物复合材料，利用以下方法制备得到：1)壳聚糖生物复合载体的构建将2g脱乙酰度为90％的壳聚糖粉末加入到体积比为1％的100mL乙酸溶液中，充分搅拌(室温25℃下搅拌12h,成均一稳定的胶状溶液后除气至溶液中无气泡)，配制成质量体积比为2％的壳聚糖溶液；将4g氢氧化钠加入到体积比为66.7％的100mL乙醇溶液中，充分溶解，配制成质量体积比为4％的氢氧化钠-乙醇溶液；本专利技术制备壳聚糖生物复合载体采用的装置为专利技术名称为一种壳聚糖珠的制备方法及其制备装置(申请号：201310741611.7)中的壳聚糖珠的制备装置，具体步骤如下：使用27G针头型号，壳聚糖溶液通过恒流泵流经注射器针头将壳聚糖溶液滴定到氢氧化钠-乙醇溶液中，给针头加6000V压即制成粒径大小为300μm左右的壳聚糖微珠，再用去离子水反复洗涤，直至无氢氧化钠残留；取壳聚糖微珠1g，加入10mL体积比为2.5％的戊二醛溶液，25℃下静置反应4h，反应完毕后用去离子水反复洗涤，直至无未反应的戊二醛，得到交联活化的壳聚糖珠。2)微生物固定将步骤1)制备的交联活化的壳聚糖珠与重组菌YN-2S(假单胞菌表达载体的构建及金属硫蛋白的表面展示，叶婷)(OD600＝5.0，pH＝7.4的PBS缓冲液重悬)按1g：10毫升进行摇匀混合后静置固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用壳聚糖为载体制备的生物复合材料，包括以下步骤：1）将2g脱乙酰度为90%的壳聚糖粉末加入到体积比为1%的100mL 乙酸溶液中，充分搅拌，即室温25℃下搅拌12h,成均一稳定的胶状溶液后除气至溶液中无气泡，配制成质量体积比为2%的壳聚糖溶液；将4g氢氧化钠加入到100mL的体积比为66.7%乙醇溶液中，充分溶解，配制成质量体积比为 4%的氢氧化钠‑乙醇溶液；使用27G针头型号，壳聚糖溶液通过恒流泵流经注射器针头将壳聚糖溶液滴定到氢氧化钠‑乙醇溶液中，给针头加6000V压即制成粒径大小为300μm壳聚糖微珠，再用去离子水反复洗涤，直至无氢氧化钠残留；取壳聚糖微珠1g，加入10mL 体积比为2.5%的戊二醛溶液，25℃下静置反应4h，反应完毕后用去离子水反复洗涤，直至无未反应的戊二醛，得到交联活化的壳聚糖珠；2）微生物固定将步骤1）制备的交联活化的壳聚糖珠与OD600=5.0，pH＝7.4重组菌YN‑2S按1g：10毫升进行摇匀混合后静置固定，固定化温度为4℃，固定化时间为2h，即得生物复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种利用壳聚糖为载体制备的生物复合材料，包括以下步骤：1）将2g脱乙酰度为90%的壳聚糖粉末加入到体积比为1%的100mL 乙酸溶液中，充分搅拌，即室温25℃下搅拌12h,成均一稳定的胶状溶液后除气至溶液中无气泡，配制成质量体积比为2%的壳聚糖溶液；将4g氢氧化钠加入到100mL的体积比为66.7%乙醇溶液中，充分溶解，配制成质量体积比为 4%的氢氧化钠-乙醇溶液；使用27G针头型号，壳聚糖溶液通过恒流泵流经注射器针头将壳聚糖溶液滴定到氢氧化钠-乙醇溶液中，给针头加6000V压即制成粒径大小为300μm壳聚糖微珠，再用去离子水反复洗涤，直至无氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：李林，汤浪，白志强，刘瑾，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42