有序图案化表面对球形微生物固定化行为的研究

Surface-ordered porous polymer films have shown the great application prospect in the fields of optoelectronic devices, separation, bioscience, and medicine, owing to their excellent features, such as high surface area, large adsorption capacity, uniform pore dimension and controllable pore size. In the project, we intend to use the breath figure method as a basis, and develop the new functions of pores on porous polymer film as purpose, realizing the local assembly of diverse functional water-soluble components into the cavities and the immobilization of microorganism. Through the change of preparation conditions for porous films, the transition of permeable pores and enclosed pores can be realized. Moreover, the control of immobilization behavior of spherical microorganism can be realized through the utilization of permeable and enclosed pore structure. The advantages on synthesis of ATP and adsorption of heavy metal ions for microorganism which has already been immobilized on the porous structures, will also be investigated.

聚合物有序多孔膜因其高的比表面积、大的吸附容量，均匀的孔尺寸以及可控的孔大小，在电学，光学以及生物技术等领域拥有众多的应用价值。本项目拟以水滴模板法为基础，实现聚合物有序多孔膜及其孔内修饰，并以有序多孔表面的功能化为研究思路，实现多孔膜的孔结构的多种功能应用。通过调整的制备多孔膜的条件，实现多孔膜孔洞的通透和封闭结构的转换；进一步，利用通透式和封闭式的孔结构实现球形微生物的固定化行为的调控，并研究多孔膜固定化后的微生物在合成ATP和吸附重金属等方面的优势。

水滴模板法制备的多孔膜由于其制备简单、成本低、规则性高和比表面积大的优点，已应用于生物和医学领域。但目前多孔界面在微生物的分离、增殖和粘附方面表现出其价值，其在环境中的应用尚未见报道。而多孔界面的尺寸大多为微米级，与细菌和细胞的大小具有良好的匹配性。环境微生物，可以代谢有害的有机污染物和去除复杂的重金属离子，用于土壤和水的修复。因此，本项目提出利用多孔膜固定环境微生物，研究其对微生物固定化行为，代谢酶活以及降解污染物的作用。通过在多孔膜内部构建修饰层，实现环境微生物在孔内的原位组装。微米级的孔径与细菌非常匹配，为微生物生长提供了巢穴，有效降低了恶劣环境的毒性影响。多孔膜保护下的微生物，有效提高了苯酚羟化酶和邻苯二酚1,2-双加氧酶的活性，并减少了细胞中活性氧物种的产生，从而实现了苯酚的高降解和短启动。我们首次提出了通过水滴模板法修饰聚氨酯，构建多级孔结构，来固定微生物，实现协同吸附和降解苯酚。多级聚氨酯结构可增加菌体量的负载，增强微生物的代谢。聚氨酯孔隙直径减小，有利于苯酚的吸附，更好匹配菌体的尺寸。进一步，修饰后的聚氨酯为菌体提供保温效果，充当菌体的“棉衣”，促进微生物在低温条件下高效的苯酚降解。以上的研究工作表明，通过制备多种孔结构尺寸、多样的孔内修饰层，选择合适的功能菌株，可完成微生物在多孔膜上的选择性组装，为其在环境领域的应用提供一种行之有效的方法。