[发明专利]一种球状水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明属于生物修复领域。本发明的球状水凝胶具有核壳结构，所述核壳结构包括球状内核和水凝胶外壳；其中，所述球状内核包括基因工程菌；所述基因工程菌为导入基因序列phsA、phsB和phsC的需钠弧菌；所述基因工程菌附着在海藻酸盐上；所述水凝胶外壳为水凝胶前体物和MES缓冲液制备。本发明还涉及所述球状水凝胶的制备方法以及该球状水凝胶在水体重金属去除中的应用。本发明具有高效的重金属去除效果和对废水复杂环境的抗冲击能力，能够避免泄露，解决了生物安全问题。

技术领域

本发明属于生物修复领域，特别涉及一种球状水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

随着生产力的发展，人类的生活需求不断提高，各种高污染产业迅速发展。大量的工业废水携带大量污染物进入水环境，对生态环境和人类健康构成巨大威胁。在上个世纪的日本，由汞引起的水俣病和由镉引起的痛痛病已经向人类发出了警告，工业造成的重金属污染已经严重威胁人类健康和生存。面对与日俱增的重金属废水污染，亟需开发原位修复技术，有效解决威胁人类健康的污染源。目前，常见的废水重金属修复方法主要包括物理、化学和生物修复方法。其中，物理修复方法，指在不改变重金属离子化学形态的条件下，通过吸附、浓缩而分离的方法，包括吸附法、溶剂萃取法、蒸发和凝固法、离子交换法和膜分离法等。化学修复方法，指通过化学反应将重金属离子去除的方法，包括化学沉淀法、化学还原法、电化学和高分子重金属捕集剂法等。生物修复方法，主要是指借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除重金属的方法。其中，生物修复方法作为一种重要的净化手段，具有设备简单、无二次污染、材料来源广泛廉价、经济高效等优点，是一种极具发展潜力的重金属废水处理方法，有着广阔的应用前景。

在生物修复方法中，利用细菌修复废水中重金属污染物的研究已有广泛报道。然而，细菌修复过程常需要筛选天然重金属耐受菌株，驯化、筛选耗时长、效果不理想等问题限制其广泛应用。基因工程菌可以避免天然菌株应用的缺陷，通过基因工程技术导入功能基因构建目标菌株，不仅可以避免长期筛选过程，节省人力、物力，还可以大大提高细菌对重金属的耐受能力和去除效果。然而，废水环境复杂，菌群多样性广，利用基因工程菌修复废水重金属，不仅需要考虑其对废水复杂环境的适应能力，其潜在的生物安全问题也至关重要，使得该方法在废水重金属原位修复中受到限制。针对基因工程菌对复杂环境的适应能力及其与自身携带基因的逃逸问题，需要开发特定的约束系统，才能避免泄露威胁环境安全，真正实现原位生物修复废水重金属。基因工程菌固定化方法开发是克服其潜在生物安全问题的主要策略。

综上所述，亟需开发一种原位生物修复废水重金属的有效方法，以实现废水的原位修复，同时也能够有效解决生物安全问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明开发了一种球状水凝胶。本发明所使用的基因工程菌具有高效的去除重金属能力；本发明中的水凝胶封装系统，结合了生物相容性多层硬壳和藻酸盐核心，可以实现多层、稳健防护，既能提高功能菌剂对废水复杂环境的适应能力，还能避免环境泄露，解决了生物安全问题。

本发明的目的在于，提供一种球状水凝胶，所述球状水凝胶具有核壳结构，所述核壳结构包括球状内核和水凝胶外壳；

其中，

所述球状内核包括基因工程菌；

所述基因工程菌为导入重金属去除基因phsA、phsB、phsC的需钠弧菌；

所述phsA的基因核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示；

所述phsB的基因核苷酸序列如SEQ ID NO:2所示；

所述phsC的基因核苷酸序列如SEQ ID NO:3所示。

进一步地，所述球状内核和水凝胶外壳的质量比为：(1-10):1。

进一步地，所述球状内核中，还包括海藻酸盐，所述基因工程菌附着在所述海藻酸盐上。