一种具有糖响应性的细胞黏附材料的制备方法与应用

本发明属于生物化工与微生物发酵，涉及一种具有糖响应性的细胞黏附材料的制备方法与应用。

背景技术：

1、固定化细胞较游离细胞具有良好的环境耐受性，使其在工业生产及环境保护等领域具有广泛的应用前景。但是部分常用的固定化细胞载体对细胞存在着一定的毒性，以及载体对于细胞回收率低等问题，因此，开发新型高效、绿色无毒的固定化材料是目前固定化细胞技术发展的主要方向。

2、yuan等人(acs applied materials and interfaces.2016,18,11309-11317)通过在金纳米粒子表面同时接枝糖聚合物和季铵盐聚合物，制备了一种能够特异性杀灭大肠杆菌的纳米复合物(eskap)，糖-凝集素的识别和糖簇效应增加了材料对大肠杆菌的特异性识别和两者的亲和力，使得eskap在较低的剂量下表现出明显的抗菌效果。liang等人(acsnano.2021,4,7078-7093)利用三价铁、原儿茶醛和季铵化壳聚糖通过金属配位和席夫碱形成的双动态交联网络，构建了一种具有抗菌活性和自愈性的水凝胶密封剂。该水凝胶中的动态键会在不同ph环境下发生断裂和交联，从而赋予了水凝胶的抗菌性、自愈性和粘附性，可用于皮肤伤口的愈合。shi等人(acs applied materials engineering andinterfaces.2016,38,23523-23532)利用原子转移自由基聚合(atrp)分别合成了含有金刚烷(ad)端基的pnipam和季铵盐聚合物，然后自组装到β-环糊精(β-cd)改性的硅片表面，通过β-cd和ad之间的主客体作用构建了热响应性抗菌表面。cn 113144205 b基于带有二羟基和疏水基的高分子聚合物与表面修饰有氨基和苯硼酸基团的介孔二氧化硅有良好的生物相容性与葡萄糖响应性，将其应用于治疗糖尿病的药物胰岛素的控制性释放，具有良好的载药能力，且在不同浓度的葡萄糖溶液中胰岛素的累积释药量表现出明显的差别。cn112250978 a采用自由基共聚的方法合成聚合物，再与聚乙烯醇采用反相微乳液法制备得到了葡萄糖响应性的糖敏微凝胶，所得到的糖响应性的糖敏微凝胶在生理环境下对葡萄糖浓度变化快速响应，但是其制备过程较为复杂。cn 11098782 a制备了一种葡萄糖响应性光子晶体传感器，用于快速检测葡萄糖浓度，相比于传统的膜状传感器更薄，有利于迅速达到平衡状态，解决了现有技术中葡萄糖响应性光子晶体尺寸大、响应时间长等问题。

3、由此可见，各种界面修饰手段以及刺激响应性技术被广泛应用于各研究领域当中，但其修饰过程普遍较为繁琐，大多应用在抗菌、药物释放、传感器等方面，大多数研究者忽视了这种界面修饰手段在固定化微生物发酵中的应用。固定化细胞发酵过程中，细胞处于不断的吸附与脱附过程，回收率下降。因此，亟需研发一种生物相容性良好、修饰过程简单并且可持续发挥作用的糖响应纤维材料，实现生物膜的高效回收。

技术实现思路

1、发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种生物相容性良好、修饰过程简单并且可持续发挥作用的糖响应纤维材料，应用于细胞的固定化连续性发酵过程，并且实现生物膜的高效回收。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种具有糖响应性的细胞黏附材料的制备方法，其特征在于，将纤维材料置于含交联剂、粘合剂、还原剂和含有苯硼酸基团化合物的共沉积体系中反应得到具有糖响应的纤维材料。

4、优选地，所述的含有苯硼酸基团化合物选自2-丙烯酰胺基苯硼酸、3-丙烯酰胺基苯硼酸、2-氨基苯硼酸盐酸盐、3-氨基苯硼酸、苯基-1,4-二硼酸、4-乙烯基苯硼酸中的至少一种。

5、优选地，所述的交联剂选自4-(2-氨乙基)-1,2-苯二醇盐酸盐、丙烯酰胺、二氧化硅、聚乙烯醇中的至少一种；

6、优选地，所述的粘合剂选自羟基酪醇、聚维酮、羟丙甲纤维素、聚氮杂环丙烷、羧甲纤维素钠中的至少一种；

7、优选地，所述的还原剂选自硼氢化钠、葡萄糖、亚硫酸氢钠、柠檬酸钠中的至少一种。

8、优选地，所述的纤维材料选自棉花、亚麻、尼龙、聚酯、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维中的至少一种。纤维材料剪成2.5cm*2.5cm的小块，用蒸馏水清洗3～5遍，置于真空干燥箱内烘干备用。

9、优选地，所述的交联剂、粘合剂、还原剂与含硼酸基团的化合物的质量比为1：(0.1～20)：(0.01～10)：(0.2～10)。

10、优选地，所述的纤维材料在共沉积体系中添加量为10～50g/l；纤维材料在共沉积体系中的反应时间为0.5～30h，温度25～80℃，转速为100～220rpm。

11、进一步地，本发明还要求保护采用上述制备方法所制备得到的具有糖响应性的细胞黏附材料。

12、更进一步地，本发明还提供上述具有糖响应性的细胞黏附材料在固定化细胞发酵中作为细胞载体的应用。

13、优选地，在上述应用中，所述的具有糖响应性的细胞黏附材料用量为10～100g/l发酵培养基。

14、具体地，在上述应用中，所述的具有糖响应性的细胞黏附材料在糖浓度为50～100g/l之间时，能够实现固定化细胞在载体上的脱附；所述的具有糖响应性的细胞黏附材料在糖浓度为0.05～10g/l之间时，能够实现固定化细胞在载体上的吸附。

15、具体地，在上述应用中，所述的固定化细胞包括但不限于大肠杆菌、醋酸菌、乳酸菌、丙酮丁醇梭菌和酿酒酵母细胞。

16、具体地，在上述应用中，所述的固定化发酵方式为多批次连续发酵。

17、具体地，在上述应用中，微生物种子液以发酵培养基体积1％～10％的接种量转接到含有纤维材料的发酵培养基中培养。

18、具体地，在上述应用中，所述的具有糖响应性的细胞黏附材料在ph为2.0～8.5的范围内均具有响应性。

19、具体地，在上述应用中，固定化细胞可以在发酵6～10h内黏附于所述具有糖响应性的细胞黏附材料表面。

20、具体地，在上述应用中，所述的具有糖响应性的细胞黏附材料可随糖浓度的降低对细胞进行高效回收，在6～10h内发酵液od600降为原体系的5％～15％。

21、有益效果：

22、(1)本发明在不影响4-(2-氨乙基)-1,2-苯二醇盐酸盐(pda-cf)氧化沉积的基础上，有效修饰了苯硼酸基团，并赋予了固定化载体糖响应特性。

23、(2)本发明所制备得到的糖响应纤维材料可随糖浓度的降低对细胞进行高效回收，且固定化细胞重复使用性良好。

24、(3)本发明制备得到的糖响应纤维材料拓宽了含苯硼酸基团化合物的应用范围，除了中性或弱碱性条件，糖响应纤维材料还可适用于酸性发酵过程。

25、(4)区别于常见的温敏性固定化载体，本发明所制得的糖响应纤维材料可快速响应糖浓度的变化，且响应方式更为温和，对细胞代谢活性损失的影响更小。

26、(5)本发明制备得到的糖响应纤维材料生物相容性良好，且有助于生物膜的形成，有效提高了固定化细胞在连续催化过程中的发酵性能。