[发明专利]一种具有双层功能界面的细胞固载体系及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料与生物技术交叉领域，尤其涉及一种具有双层功能界面的细胞固载体系及其制备方法。

背景技术

自然界中的微生物，如酵母菌、大肠杆菌、蓝藻等已经广泛运用于生物、能源、环境、食品工业等多个研究领域。由于细胞多是经常暴露于外界环境中，容易受外界环境的影响，稳定性差，从而影响细胞的活性。实际上，在自然界中，比如硅藻和放射虫等具有结构精致的硅质外壳，能够起到保护细胞的作用。所以从大自然中得到启发，在细胞表面构建二氧化硅外壳能够起到保护细胞的作用。

近年来，逐渐发展起来的细胞固载技术由于具有高稳定性和可控性，已经引起了人们的极大关注，在生物传感器、生物反应器、生物燃料电池等领域已经得到广泛应用。目前报道较多的固载方法主要有层层自组装法（[1] Sung Ho Yang, et. al., Angew Chem.Int.Ed.2009, 48, 9160-9163；[2] Ben Wang, et. al., Plos ONE, 2010, 5, 1-7；）、溶胶凝胶包埋法（[3] Nadine Nassif, et. al.,Nat. Mater.2002, 1, 42-44）等，如韩国学者（参见上述[1]）利用阳离子聚电解质作为催化模板，在细胞表面形成仿生硅化层，这种二氧化硅保护层能够保持酵母细胞在培养第30天仍能保持56%的活性，而裸细胞就只有24%的活性。法国学者（参见上述[3]）实现了溶胶凝胶法包埋单个大肠杆菌细胞，细胞在包埋了一个月后仍能够保持50%的活性。但是由于聚合物对细胞具有毒性作用，二氧化硅作为包埋材料的机械强度比较高，而且能够与细胞壁作用导致生物硅化，从而影响细胞生长等因素影响，不利于固载材料与细胞相结合。因此，利用细胞固定化的方法在细胞和包埋材料之间构建一个生物适应性界面是有必要的。而且，目前报道的固载材料都存在功能单一的弱点，限制了细胞固载体系应用的进一步拓展，所以设计一种具有双层多功能的生物适应性界面对于延长细胞的寿命和实现多功能化有着重大科学意义，并成为细胞固载技术的重大需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够提高细胞活性、防紫外和抗酸碱的具有双层功能界面的细胞固载体系及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：

一种具有双层功能界面的细胞固载体系，其特征在于，它包括细胞、包埋细胞表面的纳米生物杂化层、以及包埋所述纳米生物杂化层表面的纳米氧化物层，所述纳米生物杂化层为纳米粒子与生物活性分子复合而成。

上述方案中，所述纳米氧化物为氧化硅、氧化钛、氧化锆、四氧化三铁或氧化铝。

上述方案中，所述纳米粒子为金属纳米粒子、氧化物纳米粒子、或纳米碳，所述金属纳米粒子为金、银、铂、钒、钛、钪、铁、镍、铝、或钴等；所述氧化物纳米粒子为氧化硅、氧化钛、氧化锆、四氧化三铁或氧化铝。

上述方案中，所述生物活性分子为氨基酸、多肽、核酸、或蛋白质。

上述方案中，所述氨基酸为半胱氨酸、赖氨酸、或天冬氨酸。

上述方案中，所述细胞为Synechococcus 7942、Escherichia coli BL21、或Saccharomyces cerevisiae。

一种具有双层功能界面的细胞固载体系的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1）将纳米粒子与生物活性分子复合形成纳米生物杂化复合物；

2）将步骤1）得到的复合物与细胞复合，使细胞表面包埋一层纳米生物杂化层；

3）利用氧化物前驱体，制备纳米氧化物溶胶；

4）将步骤2）得到的产物加入到步骤3）的纳米氧化物溶胶中，使所述纳米生物杂化层外包埋一层纳米氧化物层，即得到双层细胞固载体系；

5）加入培养液，将固载后的细胞在适合生长的条件下培养，即得到所述具有双层功能界面的细胞固载体系。

上述方案中，所述生物活性分子为氨基酸、多肽、核酸、或蛋白质。

上述方案中，所述氨基酸为半胱氨酸、赖氨酸、或天冬氨酸。

上述方案中，所述细胞为Synechococcus 7942、Escherichia coli BL21、或Saccharomyces cerevisiae。