Page 26 - 《精细化工》2022年第4期

·662· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

和 HA-C 中邻苯二酚基团充分氧化交联，最终涂层
强度进一步增强，保证细胞活性的同时实现对细胞
分裂的控制。
在聚合物涂层中引入金属离子、金属氧化物同样
可有效增强涂层机械强度，而且可以赋予细胞如磁性
等非生物物理性能。如 KONNOVA 等 [59] 首先将 10 mL
质量浓度为 10 g/L 聚(烯丙胺)盐酸盐（PAH）溶液
与 2.8 mL 质量浓度为 18 g/L 磁性纳米颗粒悬浮液混
合反应 24 h 得到多环芳烃稳定的磁性纳米颗粒
（PAH-MNPs），然后将泊库岛食烷菌(Alcanivorax
borkumensis)与 PAH-MNPs 等体积混合，通过一步
沉积法在细胞表面制备厚度 70~100 nm、松散粗糙、
具有磁响应性的磁铁矿涂层，该涂层良好的机械强
度和粗糙表面有助于提高菌体活性，且在实际工业
应用中,氧化铁纳米粒子的引入有利于实现对细胞
的定向操纵，提高细胞催化效率。
目前，单细胞纳米涂层研究多停留在如何实现

单细胞纳米涂层，而少有用于某种物质（尤其是精
a—细胞共价键合固定到载体上；b—材料共价键合固定细胞
细化学品）生产的研究阶段，而且固定化工艺成本 图 8 共价键合示意图
高昂，但是单细胞纳米涂层方法生物相容性、涂层 Fig. 8 Schematic diagram of covalent bonding
结构可调性以及可功能化的优点使其在精细化学品
生产领域有着广阔的应用前景。 凝集素是一种于动植物中提取的蛋白质，可与
细菌表面特定碳水化合物部分结合而不对细菌产生
4 共价键合 伤害。ZHUANG 等 [61] 将从刀豆蛋白中提取的凝集素
刀豆球蛋白 A（Con A）引入到外覆多巴胺的磁性
上述 3 种细胞固定化方法基于弱相互作用力，
Fe 3 O 4 纳米粒上，4 ℃下与质量浓度为 9 g/L 的重组
很大程度保证了细胞原始的结构状态，对保证细胞
E. coli 悬液共混 2 h，使 ConA 与细菌表面甘露糖充
活性、提高细胞催化效率起到重要的作用，但结合 分结合以完成对 E. coli 的共价键合固定化，相比游
能力弱的缺点易导致细胞与载体分离 [60] ，而丧失固
离细胞，Con A 的引入使固定化细胞对 pH、温度的
定化细胞催化的优势。
耐受能力增强，10 个应用批次后，细胞活性依旧可达
共价键合固定化细胞有两种方式：（1）利用细
62%，1, 3-二羟基丙酮（DHA）转化率提高两倍，产
胞表面原有或人工赋予细胞表面的价键基团，将细
胞固定在载体上 [61-62] ；（2）在细胞表面引入特性基 率达到 15 mg/(L·h)。相比河南大学和长兴制药公司
开发的游离细胞催化生产 DHA 产业化工艺，此法的
团，随后利用有机、无机材料与基团形成共价键完
成细胞固定 [63-64] （图 8）。相比表面附着，其细胞负 高细胞活性及固定化细胞的重用性，为降低 DHA
载及生产效率更高 [65] ；相比包埋法，底物无需额外 的工业生产成本提供了可行方式。
扩散进入包埋层，可有效降低传质与扩散限制 [66] ；而 RIVERO 等 [70] 采取共价键合和包埋两步法固定
[61]
相比LbL-PEMs，其应用基底更加广泛，包括纳米粒子 、 德尔布鲁克乳杆菌（Lactobacillus delbrueckii NDT）
纤维 [67] 、平板玻璃 [68] 、全氟烷氧基管（PFA） [62] 等 用于生产治疗白血病的克拉屈滨（Cla），其首先将
Lactobacillus delbrueckii NDT 共价键合固定在戊二
（图 8）。
载体及细胞表面的特异性修饰是提高细胞固定 醛预处理的 SiO 2 纳米粒上，接着与 SA 溶液均匀混
2+
化效果及精细化学品产率的关键，对增强细胞稳定 合，最后将混合溶液滴入 Ca 溶液中完成包埋固定
性、延长细胞催化能力、简化下游处理、降低成本 化，结果显示，两步固定化后菌体活性高达 98%，
等方面有重要的影响。但是，细胞和材料之间较强 且在 pH（5~9）和 30~60 ℃范围内表现出良好的活
的共价键力易使细胞结构破坏，导致细胞活性难以 性和稳定性（重复使用批次可达 2100 次），Cla 产率
长久维持 [69] 。因此，开发更具生物相容性的共价键 达到 2.6 mg/(L·h)。
合机制以长时间维持细胞活性，是共价键合固定化 如何通过改进固定化方法简化下游处理流程同
细胞方法须首先解决的任务。 样是共价键合固定化细胞方法需要考虑的问题。