基于静电纺丝技术的细胞固载化及其应用开题报告

2021-02-24 09:59:34

1. 研究目的与意义（文献综述）

在石油工业中，含硫化合物对人类健康和环境保护造成了巨大危害^[1-2]。因此减少汽油、柴油中的含硫量便成为世界各国科研工作者研究的方向。目前被公认为一种绿色有效的脱硫方法是生物脱硫法，即脱硫细胞通过生物催化过程有效、专一地去除含硫化合物中的硫^[3-4] 。脱硫细胞的活性及稳定性越高，其脱硫的效率越高。但是在实际应用中，脱硫细胞对环境的要求往往非常苛刻，从而影响了脱硫细胞的稳定性。以此为前提，次此课题通过静电纺丝技术来实现脱硫菌的固载化以增加其稳定性与活性^[5-6]。

细胞固载, 是一种利用能够容许分子物质传输的同时能够阻止比设计尺寸更大的分子的通过半透膜将细胞固定，达到保护细胞的目的技术。这种技术对生物燃料电池（mfc）、生物修复、粒子生物膜反应器、噬菌体治疗和医学再生细胞移植等生物技术、药物释放、能源环境等领域中有广泛的前景^[7-8]。然而，在实际应用中细胞往往需要在人工环境中生长，而人工环境中各种条件的变化会对细胞的活性及其功能产生严重影响。所以，细胞固载技术对于提高细胞的稳定性尤为重要^[9]。

不同于传统固定化方法，静电纺丝法是一种使微生物和聚合物溶液共混后在静电场中射流来制备生物复合纤维的加工方法^[10]。静电纺丝在制备纳米纤维方面有许多突出的优点，例如：装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等。以此技术制备的生物复合材料纤维支架呈相互连通的三维网络状结构，这种结构不仅具有极高的比表面积和孔隙率，还可以为被固定的微生物提供良好的机械性能和化学稳定性，能够克服其他传统微生物固定技术普遍所具有的生物适应性低的缺点，更好的模拟天然微生物的生存条件^[11-14]。为了促进微生物细胞和外界环境间的物质转移，必须增大外层纤维的孔隙率，由此在聚合物溶液中加入了介孔二氧化硅纳米粒子。介孔二氧化硅孔径为2-50nm，由于其自身比表面积大、孔道有序、孔径可调等特点，可以极大地促进细胞与环境之间的物质交换^[15]。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1. 原料：丙酮、盐酸 、硝酸铵、乙二醇、甲苯、戈登氏菌、bsm培养基、聚乙烯醇、lb培养基、pvp、pva、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯亚胺、癸烷等。

2. 设备：恒温油浴锅，磁力搅拌器，台式高速离心机，电子天平，超纯水机 、洁净工作台、显微镜、静电纺丝装置等实验室具备的实验仪器。

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3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－7周：按照设计方案，培育相关功能细菌并掌握静电纺丝技术。

第8－11周：通过静电纺丝制备生物复合纳米级纤维，采用扫描电镜、透射电镜、荧光显微镜等测试技术对复合纤维膜的显微结构、生物活性、脱硫等性能进行测试。

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4. 参考文献（12篇以上）

[1] monticello d j. biodesulfurization and the upgrading of petroleum distillates[j]. current opinion in biotechnology, 2000, 11(6): 540-546.

[2] ohshiro t, izumi y. desulfurization of fossil fuels[j]. encyclopedia of environmental microbiology, 2002. 2: 1041–1045.

[3] li g, li s, zhang m, et al. genetic rearrangement strategy for optimizing the dibenzothiophene biodesulfurization pathway in rhodococcus erythropolis[j]. applied and environmental microbiology, 2008, 74(4): 971-976.

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