98104

Pożądane cechy nośnika do imniobilizacji komórek:

-    neutralność wobec mikroorganizmu i środowiska

-    odporność mechaniczna na działające w bioreaktorze:

•    siły ściskaniatciśnienie hydrostatyczne)

•    siły ścinające (podczas mieszania)

-    odporność na atak mikrobiologiczny

-    odporność na czynniki fizyczne, np. temperaturę

-    odporność na czynniki chemiczne, np. kwasy, zasady, rozpuszczalniki organiczne, inhibitory, toksyny.

Metody imniobilizacji

1. Wiązanie na powierzchni nośnika:

•    Adsorpcja i adhezja dzięki silom jonowym, wiązaniom wodorowym i innym oddziaływaniom fizykochemicznym. Adsorpcja do podłoża związana jest z oddziaływaniem sil Van der Waalsa i potencjału zeta (powierzclmiowy ładunek elektrostatyczny wynikający z rozdziału grup COOH i NH2 na powierzchni komórki: adsorpcja następuje w wyniku odmienności ładunku komórki i nośnika. Adhezja komórek do ciał stałych związana jest z naturalną właściwością mikroorganizmów, dzięki której mogą one tworzyć filmy biologiczne: jest to zakodowana genetycznie zdolność do wytwarzania substancji klejących i cementujących (najczęściej polisacharydów). Największymi zaletami tej metody są niskie koszty używanych materiałów i łatwość wykonania. Wady: metoda mało uniwersalna, wiązanie z nośnikiem słabe i wrażliwe na zmiany warunków środowiska, np. pH, siły jonowej, temperatury. Na stopień i silę adhezji duży wpływ ma rodzaj użytych mikroorganizmów oraz porowatość nośników. W metodach tych stosuje się nośniki organiczne, np.: węgiel, antracyt, sepliadeks, drewno i in. oraz nieorganiczne: szkło, spieki szklane, cegła, ziemia okrzemkowa, materiały

ceramiczne, kaolin, tlenki metali i inne.

•    Wiązania kowalencyjne takie jak peptydowe, estrowe, węgiel-węgiel, węgiel-azot i inne pomiędzy np. aktywnymi grupami ściany komórkowej a uaktywnionym nośnikiem. W wiązaniu chemicznym wykorzystuje się wiązania kowalencyjne wprowadzając do środowiska wielofunkcyjne czynniki sprzęgające (aldehydy, aminy), które znacznie ograniczają stosowanie tej metody ze względu na swoją toksyczność. Stosuje się nośniki silikonowe i ceramiczne.

2. Wiązanie w matrycy nośnika:

Metoda ta polega na otaczaniu komórek przez usieciowaną membranę lub matrycę polimerową. Jednym z podstawowych kryteriów jest dobór takiego nośnika, którego wielkość porów jest mniejsza od średnicy komórki, ale na tyle duża by substrat mógł penetrować do komórki Jest to najpowszecliniej stosowana metoda imniobilizacji, zwłaszcza w przemyśle spożywczymi fermentacyjnym. System len można realizować następującymi metodami:

•    pulapkowanie w żelach naturalnych lub syntetycznych - przykłady nośników: agar, alginian. karagen. poliakrylamid, poliuretan, polistyren. Wiązanie w matrycy może następować poprzez powstawanie poprzecznych wiązań jonowych w polimerach liniowych np. alginianu w obecności kationów poliwalentnych (Ca2+, A13+, Ba, Sr2+). Związanie biokatalizatora z nośnikiem można uzyskać poprzez wytrącanie nośnika na skutek zmian temperatury. pH lub zmianami rozpuszczalnika (żelatyna, karaginian).

•    pulapkowanie na włóknach - jest odmianą żelowania przez wytrącanie, lecz stosuje się tu polimery tworzące włókna, co daje bardziej rozwiniętą powierzchnię nośnika.