一种有机硅细胞涂层的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种有机硅细胞涂层的制备方法，利用菌体表面为模板，通过3

【技术实现步骤摘要】
一种有机硅细胞涂层的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于细胞涂层制备及应用，尤其涉及一种有机硅细胞涂层的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]由于微生物具有生长繁殖快、廉价易得等优点被广泛应用于全细胞生物催化、合成生物学等领域，其中大肠杆菌是革兰氏阴性菌中最具有代表性的一种模式生物，其生长快速、易于操作，是一种被人类研究较为透彻的细胞。因此，重组DNA技术等分子水平的研究最初都是在大肠杆菌中进行的，是合成生物学中重要的“底盘生物”。枯草芽孢杆菌是革兰氏阳性菌中最具有代表性的一种模式生物，作为重要的生物安全菌株被广泛应用于医药与食品添加剂的工业生物合成过程。大肠杆菌和枯草芽孢杆菌虽然都常用于全细胞生物合成过程，但由于细胞对外界不良环境的抗性较差，容易发生细胞破裂、溶菌等现象从而导致目标蛋白的变性和泄露，阻碍其在大规模生产中的应用。
[0003]细胞涂层是一种可以有效防止细胞破裂的方法，基于仿生的细胞涂层技术是一种无细胞毒性的涂层技术，常用于全细胞生物催化、生物传感器、细胞治疗等领域。常用的基于仿生的细胞涂层技术有仿生硅化、仿生钛化、仿生粘合等。以仿生硅化为例，一般的仿生硅化方法是根据静电吸附原理层层自组装(LbL)，利用带正电的诱导剂使硅前驱体水解生成二氧化硅颗粒并通过诱导剂吸附在细胞表面，根据层数的增加来调控涂层的厚度。这种方法通过控制层数来调控涂层厚度，但该过程中需要多次水洗操作复杂，且该方法中诱导剂的价格昂贵(如聚乙烯亚胺)限制了其在大规模细胞涂层中的应用。

技术实现思路

[0004]与现有技术相比，本专利技术的目的在于提供一种有机硅细胞涂层的制备方法。本专利技术提供的有机硅细胞涂层的制备方法可有效保护细胞结构不被破坏，提高细胞及胞内蛋白的稳定性。本专利技术制备原料廉价、易得，制备工艺简单易行，适用于工业生产。
[0005]本专利技术提出的一种有机硅细胞涂层的制备方法，其步骤是：向菌悬液中加入3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)，以菌体表面为模板，利用3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)中的氨基与菌体表面的活性基团反应使3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)附着在菌体表面，同时，所述的3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)在水中缩聚在菌体表面形成有机硅层。
[0006]进一步讲，本专利技术所述的制备方法，其中，在向菌悬液中加入3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)之前，先向菌悬液中加入正硅酸乙酯(TEOS)，所述的正硅酸乙酯(TEOS)水解生成氧化硅颗粒；随后，加入3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)，加入的3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)作为修饰剂在氧化硅颗粒表面修饰氨基，使氧化硅颗粒可以与菌体表面的活性基团反应附着在菌体表面，随后，3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)在水中缩聚在菌体表面形成含有氧化硅颗粒的有机硅层。
[0007]所述的菌悬液为革兰氏阳性菌菌悬液或革兰氏阴性菌菌悬液。所述的革兰氏阳性
菌菌悬液为枯草芽孢杆菌菌悬液，所述的革兰氏阴性菌菌悬液为大肠杆菌菌悬液。
[0008]通过改变其中正硅酸乙酯(TEOS)与3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)的浓度和反应时间，以调控有机硅层的厚度。
[0009]所述的制备方法按照以下步骤实现：
[0010]步骤一、向菌悬液中加入正硅酸乙酯(TEOS)，使正硅酸乙酯(TEOS)的终浓度为0mM
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150mM，将含有正硅酸乙酯(TEOS)的菌悬液置于转速为120r min
‑1、温度为25℃
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35℃的水浴摇床摇晃反应20min；
[0011]步骤二、向步骤一得到的混合溶液中加入3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)，使3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)的终浓度为4mM
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40mM继续摇晃反应30min
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5h；
[0012]步骤三、将步骤二得到的混合溶液离心，除去上清液，用去离子水离心水洗3次，最终得到菌体表面涂覆有有机硅涂层的细菌(记为细胞@有机硅)。
[0013]进一步讲，步骤一、向菌悬液中加入正硅酸乙酯(TEOS)，使正硅酸乙酯(TEOS)的终浓度优选为20mM
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150mM。
[0014]本专利技术提出的有机硅细胞涂层的制备方法的优点是：制备原料廉价、易得，制备条件温和，制备工艺简单易行，通过改变制备过程中3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)的浓度和时间和正硅酸乙酯(TEOS)的浓度，可调控有机硅层厚度，进而获得不同稳定性的细胞。本专利技术所制备的细胞@有机硅稳定性显著提升，与纯细胞相比，将本专利技术所述的制备方法制备得到的有机硅细胞涂层用于维持细胞及其胞内蛋白在外界不利环境(如高温)下的活性。进一步讲，在细胞催化过程中，该有机硅细胞涂层可以提高细胞的机械稳定性以防止细胞破裂，进而提高细胞的回用性。
附图说明
[0015]图1为对比例1制备的酶@枯草芽孢杆菌的扫描电镜(SEM)照片；
[0016]图2为对比例1制备的酶@枯草芽孢杆菌的透射电镜(TEM)照片；
[0017]图3为实施例3制备的酶@枯草芽孢杆菌@有机硅的扫描电镜(SEM)照片；
[0018]图4为实施例3制备的酶@枯草芽孢杆菌@有机硅的透射电镜(TEM)照片；
[0019]图5为对比例1(cell)与实施例3(cell@有机硅)制备样品的傅里叶变换红外光谱(FT
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IR)图；
[0020]图6为对比例1、实施例2、实施例6和实施例8循环使用后剩余活性图。
具体实施方式
[0021]本专利技术提出的一种有机硅细胞涂层的制备方法，设计思路是：利用菌体表面为模板，通过3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)与菌体表面的活性基团反应及其自身的缩聚，在菌体表面形成一层有机硅，有机硅涂层能有效保护菌体结构不被破坏，提高菌体本身及胞内蛋白的稳定性。优选地，在加入3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)前加入正硅酸乙酯(TEOS)，通过正硅酸乙酯(TEOS)水解形成的氧化硅颗粒结合3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)对氧化硅颗粒的修饰作用，使菌体表面的有机硅涂层中增加了氧化硅颗粒，使有机硅涂层维持细胞及其胞内蛋白稳定性的能力更加显著。
[0022]本专利技术所述有机硅细胞涂层的制备方法的基本方案是：首先，向菌悬液中加入3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)，摇晃反应；然后，将得到的菌悬液离心，除去上清液，用去离子水离心水洗3次，所得即为细胞@有机硅。
[0023]本专利技术所述有机硅细胞涂层的制备方法的优选方案是：首先，先向菌悬液加入正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机硅细胞涂层的制备方法，其特征在于，向菌悬液中加入3
‑
氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)，以菌体表面为模板，利用3
‑
氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)中的氨基与菌体表面的活性基团反应使3
‑
氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)附着在菌体表面，同时，所述的3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)在水中缩聚在菌体表面形成有机硅层。2.根据权利要求1所述的有机硅细胞涂层的制备方法，其特征在于，在向菌悬液中加入3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)之前，先向菌悬液中加入正硅酸乙酯(TEOS)，所述的正硅酸乙酯(TEOS)水解生成氧化硅颗粒；随后，加入3
‑
氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)，加入的3
‑
氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)作为修饰剂在氧化硅颗粒表面修饰氨基，使氧化硅颗粒可以与菌体表面的活性基团反应附着在菌体表面，随后，3
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氨丙基三乙氧基甲硅烷(APTES)在水中缩聚在菌体表面形成含有氧化硅颗粒的有机硅层。3.根据权利要求1所述的有机硅细胞涂层的制备方法，其特征在于，所述的菌悬液为革兰氏阳性菌菌悬液或革兰氏阴性菌菌悬液。4.根据权利要求3所述的有机硅细胞涂层的制备方法，其特征在于，所述的菌悬液为枯草芽孢杆菌菌悬液或大肠杆菌菌悬液。5.根据权利要求2所述的有机硅细胞涂层的制备方法，其特征在于，通过改变其中正硅酸乙酯(TEO...

【专利技术属性】
技术研发人员：石家福，王雪莹，韩平平，石婷，姜忠义，吴洪，
申请(专利权)人：中国科学院天津工业生物技术研究所，
类型：发明
国别省市：