本發明涉及一種細胞表面人工自組裝膜，特別是一種含有納米粒為特征的兩親聚電解質復合水凝膠膜，細胞表面人工自組裝膜是兩親聚電解質復合水凝膠膜，組成膜的成分中至少含有一種兩親聚電解質。這種膜結構用于非水相細胞催化體系，具有不易脫落、減少細胞毒性、提高整體生物催化效率、不損傷細胞、低傳質阻力的優點。

技術領域

本發明涉及一種細胞表面人工自組裝膜，特別是一種含有納米粒為特征的兩親聚電解質復合水凝膠膜。

背景技術

基于酶和微生物細胞的生物催化技術，由于具有反應溫和高效及高選擇性特點，能夠簡化工藝流程，提高產品產量和純度，已經在工業生產中取得突破性進展，尤其在生產精細化學品和藥物的工藝中，一些更加綠色和可持續的生物催化工藝正在或已經取代傳統的化學反應路徑，成為工業合成光學純氨基酸、乳酸、燃料乙醇、1,3-丙二醇等手性藥物、材料、能源、精細化工產品的重要工具。在上述生物催化反應過程中，常涉及有機溶劑、水-溶劑兩相體系、超臨界流體、離子液體等非水相介質的應用，以提高疏水性底物和產物溶解性，但高毒性往往不利于生物催化劑的活性保持。為此，很多研究者通過固定化技術與非水相介質結合，包埋微生物于多孔固定化載體內，以避免介質環境對活性的破壞。但常見的水凝膠固定化載體由于多為粒徑在300微米-3000微米的微粒，凝膠微粒自身也會造成傳質阻力，影響包埋細胞的活性。為此，有人提出在細胞表面形成聚電解質復合膜來解決傳統固定化載體的傳質阻力問題，但目前公開的細胞表面形成的聚電解質復合膜的穩定性較差，且對于非水相催化體系仍然存在疏水產物滯留在胞內產生細胞毒性問題。

發明內容

為了克服現有技術制造的復合膜穩定性較差且容易產生毒性的不足，發明人提出在細胞表面，引入兩親納米粒，即將帶電荷的兩親納米粒與帶有相反電荷的聚電解質，通過靜電相互作用，層層自組裝到細胞表面形成含有納米粒結構的兩親聚電解質復合水凝膠膜；本發明中的自組裝膜中含有兩親納米粒，膜成分包括如下組合：

組合1：含有兩親殼聚糖納米粒和聚陰離子，聚陰離子為海藻酸鹽分子或海藻酸鹽衍生物中的一種或一種以上；其中，殼聚糖納米粒與聚陰離子的質量比為1:5-5:1，膜厚度在1-50微米；

其制備步驟如下：

1)離心收集細胞，將細胞重懸，均勻分散在兩親殼聚糖納米粒溶液中，反應1-20分鐘，離心清洗反應后的細胞；

2)將步驟1)的反應清洗后的細胞重懸，均勻分散在聚陰離子溶液中，反應1-20分鐘，離心清洗反應后的細胞；

3)交替重復步驟1)和步驟2)的過程0-5次，即在細胞表面得到含有納米粒的聚電解質復合水凝膠膜。

其中，所述組合1成分中的兩親殼聚糖納米粒由兩親改性的殼聚糖衍生物自組裝而成納米粒，或者由兩親改性的殼聚糖衍生物與參與生物催化反應的底物分子(如：氨基酸、葡萄糖等小分子糖、有機酸、醇類等)自組裝而成納米粒，粒徑在50-500nm。

所述組合1成分中的海藻酸鹽包括海藻酸鈉或海藻酸鉀，分子量在20-400kDa。

所述組合1成分中的海藻酸鹽衍生物為海藻酸鹽羧基或羥基修飾的衍生物，分子量在20-500kDa，且衍生物能夠溶于pH6-7.5的水溶液。

組合2：含有兩親海藻酸鈉納米粒和聚陽離子，聚陽離子為聚賴氨酸分子、殼聚糖分子或殼聚糖衍生物中的一種或一種以上；其中，兩親海藻酸鈉納米粒與聚陽離子的質量比為1:5-5:1，膜厚度在1-50微米。其制備步驟如下：

1)離心收集細胞，將細胞重懸，均勻分散在聚陽離子溶液中，反應1-20分鐘，離心清洗反應后的細胞；

2)將步驟1)的反應清洗后的細胞重懸，均勻分散在兩親海藻酸鈉納米粒溶液中，反應1-20分鐘，離心清洗反應后的細胞；

3)交替重復步驟1)和步驟2)的過程0-5次，即在細胞表面得到含有納米粒的聚電解質復合水凝膠膜。