1。2 固定化细胞简介

1。2。1 固定化细胞的定义

细胞能在特有的水不溶性的载体中保持其原有的活性，能在此空间中进行生长和繁殖等生命活动，故需将细胞固定在不溶于水的载体里,这些细胞就被称为固定化细胞。在很早以前，人们已经在很多生产领域使用大量的酶，随着酶的运用的不断完善，后来又逐渐发明了固定化酶与固定化细胞的技术，固定化细胞在一系列化学反应中起到催化作用，由于细胞中含有一系列能用于催化的酶，而固定化细胞是在固定化酶技术被研究出来后通过联想类比等方法以发展起来。由于被固定在载体内的细胞同游离细胞一样同样具有繁殖和新陈代谢的能力，因此其又被称为固定化活细胞[12]。为了能使细胞与不溶于水的载体相结合使用了各种方法，从而将游离细胞转化为固定化细胞的这个过程被称为细胞固定化。

细胞由于被不溶于水的载体包裹，形成一个天然的保护膜，所以细胞的生命活性能够继续存在。如果将固定化细胞与游离细胞的发酵相比较,固定化细胞受到更多的使用,由于在含酶细胞的制备以及处理酶的过程中固定化细胞不同于完整酶的体系,而且根据固定化细胞的特点它会有新的酶以及辅酶因子不断生长出来。使用固定化方法的另一大优势是实验过程简单,易行，价格也较为低廉[13]。

1。2。2 固定化细胞的优势与劣势

固定化细胞的研究发现离不开固定化酶技术的运用，但是固定化细胞相较于固定化酶已经发展的更为快捷并有其自身的优势：首先如果运用固定化酶的技术就需要先将用到的酶分离出来，而固定化细胞则不需要这个操作，其次在固定化细胞中酶有较高的稳定性，最后酶在固定化细胞中可以发生自身体系的多步反应。

此外固定化细胞自身还具有生产成本低，能运用于固定大密度细胞，细胞被固定后能能继续繁殖增殖，发酵周期短，固定化细胞能反复使用等优势，因此固定化细胞的发展和研究更受到关注，也被更多的应用。

当然，每种技术都会有其缺陷，主要表现在由于固定化技术达成的方法较为宽泛，固定细胞可以通过包埋法、交联法、吸附法等都可使用，因而使用的载体材料也没有具体的规定，而载体材料的高昂的成本也限制了固定化细胞技术在发酵工业中大量的应用，同时由于制备固定化细胞较为耗时，因此基本不会大范围地制备固定化细胞,如果使用一些成本较低的载体材料，细胞被固定后易破碎，使细胞和辅酶损失，此外还有一些载体材料会由于某些原因产生较大毒性，导致被其固定化的细胞死亡，这些都是我们所未知的，所以科学家们仍在对固定化技术进行研究，尤其是对于载体的性能以及载体的选择[14]。

1。2。3 固定化细胞常用载体

1。2。3。1 天然高分子载体

海藻酸盐、明胶、淀粉、卡拉胶等广泛存在于自然界中的材料都属于天然高分子载体。

通常人们所使用的固定化载体就是海藻酸盐,首先考虑其优势是安全无毒，另外使用海藻酸盐作为载体的优点有，有稳定的化学性质、有较好的机械性、作为原材料成本低并且有较好的包埋效果,因此将海藻酸盐作为载体一直被运用于实验研究中。

而我本次实验是使用海藻酸钙包埋法固定重组大肠杆菌细胞，将生物素二甲酯通过酯酶催化为单甲酯，在进行包埋后的小球会有较好的稳定性和传质性能。

海藻酸盐是一种常用的固定化介质，使用的海藻酸盐需为处于二价以上的盐如海藻酸钙，海藻酸镁等，由于其不溶于水的特性，当其溶解在水中时需要在热水浴下不断搅拌，会形成一种凝胶，这种凝胶具有较好的耐热性，并且也比较适用于细胞研究,可以向其中加入明胶、蛋白质等此类物质，因为它们溶解在海藻酸盐凝胶溶液中并以海藻酸盐为载体,而实验中加入的是重组大肠杆菌细胞，海藻酸盐与大肠杆菌会形成均匀的悬浊液。