细胞固定化新技术-基于生物仿生黏附材料原位固定氧化葡萄糖杆菌的研究

细胞固定化在全细胞催化应用中扮演着重要角色。生物仿生黏附材料是基于海洋贻贝类生物粘附蛋白研究基础上人工合成的一种在水中具有粘附功能的材料。本项目拟采用该材料对活细胞进行原位固定，探讨固定化反应分子机制，并对固定后的细胞催化活性及应用前景进行评价。本技术首先将DOPA或其衍生物连接到磁性氧化铁颗粒表面，然后在弱碱性下，将表面富含DOPA或其衍生物的磁性颗粒与细胞发酵液混合对活细胞进行原位固定，采用外加磁场对固定后的细胞进行分离。这种细胞固定化技术可以将活细胞原位固定在载体表面，有利于底物和产物的传递，不影响细胞的催化活性，且具有操作简便、易于分离、便于重复使用等优势，是一种创新性的细胞固定化技术。同时，通过对该细胞固定化技术分子机制的揭示，为进一步拓展该技术的应用提供理论支持。该技术具有普遍适应性，可用于固定其它生物分子如酶、抗体、DNA等。本研究将为生物分子的固定化技术探索一条全新的途径。

本课题设计并开发了一种新型的全细胞固定化技术。利用仿生粘附材料多巴胺对有机物和无机物表面具有强烈黏连的特性，将纳米四氧化三铁粘附到细胞表面，进而实现细胞聚集而得到分离固定。我们对合成的聚多巴胺修饰的四氧化三铁材料（PD-IONPs）进行了详尽的表征，确定了材料合成的正确性。以氧化葡萄糖酸杆菌作为研究对象，考察了PD-IONPs对细胞的固定化效果，并对固定化细胞的活性进行了评价。结果表明聚多巴胺的修饰显著提高了材料对细胞的固定化能力，其对氧化葡萄糖酸杆菌的固定化率达到了85.2%， 而对照组IONPs仅为19.2%。此外固定化细胞相对于游离细胞显现出了更佳的稳定性。此外，我们对PD-IONPs和细胞结合的位点进行了分析，发现其主要和富含赖氨酸、精氨酸和半胱氨酸的膜外蛋白或跨膜蛋白进行结合。这种细胞固定化技术可以将活细胞原位固定在载体表面，有利于底物和产物的传递，不影响细胞的催化活性，且具有操作简便、易于分离、便于重复使用等优势，同时，该方法具有普遍适用性，可以用于固定其它生物分子,如酶、抗体、DNA等。本研究将为生物分子的固定化技术探索一条全新的技术途径。.本项目已发表论文4篇（其中SCI收录3篇），国际会议论文1篇，并陆续还将发表SCI论文2-3篇；已申请专利2项；其细胞固定化技术的应用作为部分创新性内容获得上海市科技进步奖一等奖（2012年度）。