生物固定化技術(shù)及應(yīng)用

前言

生物固定化技術(shù)（immobilization of biological technology）是現(xiàn)代生物工程領(lǐng)域中的一項新興技術(shù)，它是固定化酶或固定化細(xì)胞(微生物細(xì)胞、動植物細(xì)胞等)得到更廣泛、更有效使用的一種重要手段。酶或細(xì)胞通過物理或化學(xué)方法固定化后，其穩(wěn)定性和催化性均得以改善，使用效率大大提高，從而降低生產(chǎn)成本。因此，固定化酶和固定化細(xì)胞的研究目前如雨后春筍般迅猛發(fā)展，其技術(shù)已由原來的單一固定化酶和固定化微生物細(xì)胞發(fā)展到固定化動植物細(xì)胞、固定化細(xì)胞器、固定化原生質(zhì)體、固定化微生物分生孢子等。而其應(yīng)用研究已涉及食品工業(yè)、發(fā)酵工業(yè)、化學(xué)合成工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、醫(yī)療診斷、環(huán)境污染治理與檢測以及能源開發(fā)等各個領(lǐng)域，充分展示了固定化酶或固定化細(xì)胞美好的發(fā)展和應(yīng)用前景。另外，固定化酶和固定化細(xì)胞反應(yīng)器及傳感器的成功研制，開辟了固定化酶和固定化細(xì)胞實際應(yīng)用的新篇章。本書包括生物固定化技術(shù)概論、酶學(xué)概論、酶的固定化原理和方法、細(xì)胞的固定化原理和方法、固定化生物反應(yīng)器和傳感器以及生物固定化技術(shù)的應(yīng)用等六章內(nèi)容。該書將酶的基本原理、酶和細(xì)胞的固定化原理和方法以及固定化生物反應(yīng)器與傳感器歸納在一本書中進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，同時就其應(yīng)用概況也進(jìn)行了較為詳盡的闡述，與國內(nèi)其他同類書籍相比，具有以下特點。① 內(nèi)容編排豐富、新穎。作者查閱整理了國內(nèi)外相關(guān)的大量研究論文、著作、專利，并加入了自己的最新研究成果，內(nèi)容涉及生物固定化技術(shù)的兩大領(lǐng)域，即固定化酶和固定化細(xì)胞；并與其實際應(yīng)用的生物反應(yīng)器和傳感器結(jié)合闡述，形成了一個從酶（細(xì)胞）的制備→固定化→反應(yīng)器（傳感器）→生產(chǎn)（檢測）的綜合技術(shù)系統(tǒng)，便于學(xué)習(xí)者系統(tǒng)學(xué)習(xí)和運用。② 理論與實用并重。既重視了基礎(chǔ)理論的探討，又重視了技術(shù)方法的介紹，無論是固定化方法，還是在生產(chǎn)上的應(yīng)用，本書都給出了大量實際操作的實例，并且很多固定化方法是作者在實踐中應(yīng)用或經(jīng)過作者實驗驗證的，實用性較強(qiáng)。③ 應(yīng)用面較廣泛。本書不僅較全面地介紹了目前生物固定化技術(shù)的兩大塊內(nèi)容，即固定化酶和固定化細(xì)胞的理論、方法及其應(yīng)用，而且還涉及了酶的基礎(chǔ)理論，同時輔以大量的具體實例。因此適合于輕化工業(yè)、環(huán)境保護(hù)和檢測、食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、臨床檢測、化學(xué)分析、生化工程和能源生產(chǎn)等相關(guān)研究領(lǐng)域的科技人員及高等院校相關(guān)專業(yè)師生參考。作者長期從事生物化學(xué)和酶工程的教學(xué)和研究工作，對生物固定化有著濃厚的興趣，先后在學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表了多篇有關(guān)固定化的文章，并一直從事著固定化應(yīng)用方面的研究。為使更多人了解生物固定化技術(shù)，進(jìn)而能使生物固定化技術(shù)得到更廣泛、更深入的研究，并能更多更快地應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，本人借助于前人和同行的寶貴資料（這里表示深深謝意），并結(jié)合本人的研究工作經(jīng)驗編寫了此書，供熱愛于生物固定化技術(shù)的人士參考和利用。本書的完成得到了化學(xué)工業(yè)出版社和我院領(lǐng)導(dǎo)的大力支持和幫助，我的研究生董學(xué)衛(wèi)、徐國英、趙坊、呂新萍等在資料的檢索與收集方面給予了大力協(xié)助，在此一并表示感謝。限于本人學(xué)識和水平，再加上該領(lǐng)域的研究日新月異，所以書中定有許多不足之處，懇請同行、專家多多指正及不吝賜教。

內(nèi)容概要

作為生物工程領(lǐng)域的新興技術(shù)，生物固定化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食品、發(fā)酵、制藥、醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域，并顯示了良好的發(fā)展前景。本書系統(tǒng)闡述各類固定化技術(shù)的原理、設(shè)備及應(yīng)用，體現(xiàn)了下列特色。     內(nèi)容主要涉及生物固定化技術(shù)的兩大領(lǐng)域——固定化酶和固定化細(xì)胞，并與其實際應(yīng)用的生物反應(yīng)器和傳感器結(jié)合闡述，形成了一個從酶（細(xì)胞）的制備-固定化-反應(yīng)器（傳感器）-生產(chǎn)（檢測）的一個綜合技術(shù)系統(tǒng)，便于學(xué)習(xí)者系統(tǒng)學(xué)習(xí)和運用。     既重視基礎(chǔ)理論的探討，又重視技術(shù)方法的介紹，無淪是固 定化方法，還是在生產(chǎn)上的應(yīng)用，本書都給出了人量實際操作的實例，并且很多固定化方法是作者在實踐中應(yīng)用或經(jīng)過作者實驗驗證的，故實用性較強(qiáng)。     本書適合于生物工程、生化工程、食品工程、制藥工程等領(lǐng)域的研究生、高年級本科生及相關(guān)研究人員閱讀，也可供生物技術(shù)相關(guān)企業(yè)的技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第一章　生物固定化技術(shù)概論 　第一節(jié)　生物固定化技術(shù)的發(fā)展概況 　　一、生物固定化技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展 　　二、固定化技術(shù)研究的新進(jìn)展 　第二節(jié)　酶和細(xì)胞的固定化方法分類 　　一、固定化方法分類 　　二、固定化方法比較 　第三節(jié)　酶和細(xì)胞的固定化機(jī)理 　第四節(jié)　固定化酶和細(xì)胞的優(yōu)越性及其應(yīng)用領(lǐng)域 　　一、固定化酶和細(xì)胞的優(yōu)越性 　　二、固定化酶和細(xì)胞的應(yīng)用領(lǐng)域 　第五節(jié)　生物固定化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望 第二章　酶學(xué)概論 　第一節(jié)　酶及作用特點 　　一、酶的起源與發(fā)展 　　二、酶的作用特點 　第二節(jié)　酶的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu) 　　一、酶的化學(xué)本質(zhì) 　　二、酶的組成和結(jié)構(gòu) 　第三節(jié)　酶的作用原理 　　一、分子過渡態(tài)和分子活化能 　　二、中間產(chǎn)物學(xué)說 　　三、誘導(dǎo)契合學(xué)說 　　四、使酶高效率的因素 　第四節(jié)　酶反應(yīng)動力學(xué) 　　一、溫度的影響 　　二、pH的影響 　　三、酶濃度的影響 　　四、底物濃度的影響 　　五、激活劑對酶反應(yīng)速度的影響 　　六、抑制劑對酶反應(yīng)速度的影響 　第五節(jié)　酶分析法 　　一、酶活力測定 　　二、酶活力測定方法 　　三、酶法分析 　第六節(jié)　酶的分離工程 　　一、酶蛋白質(zhì)分離純化的一般規(guī)律 　　二、酶溶液制備過程 　　三、酶分離純化的基本過程 　　四、根據(jù)分子大小輕重建立的分離純化方法 　　五、調(diào)節(jié)溶解度的分離方法 　　六、按電荷正負(fù)性設(shè)計的分離方法 　　七、根據(jù)親和作用建立的純化方法 　　八、酶的高效液相色譜分離法 　第七節(jié)　酶的工業(yè)化生產(chǎn)實例 　　一、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的提取 　　二、超氧化物歧化酶的制備 　　三、牛凝血酶的制備 第三章　酶的固定化原理和方法 　第一節(jié)　固定化酶概述 　　一、固定化酶的概念 　　二、固定化酶的優(yōu)缺點 　第二節(jié)　固定化酶的制備原則 　第三節(jié)　酶的固定化方法 　　一、吸附法 　　二、共價法 　　三、交聯(lián)法 　　四、包埋法 　　五、新的固定方法 　　六、各種常規(guī)固定化酶方法的優(yōu)缺點比較 　第四節(jié)　固定化酶的性質(zhì)和評價指標(biāo) 　　一、固定化酶的性質(zhì) 　　二、固定化對酶反應(yīng)系統(tǒng)的影響 　　三、固定化酶的評價指標(biāo) 　第五節(jié)　影響固定化酶性質(zhì)的因素 　　一、質(zhì)量傳遞效應(yīng) 　　二、支持物產(chǎn)生的（靜態(tài)的）和反應(yīng)產(chǎn)生的（動態(tài)的）質(zhì)子梯度 　　三、固定化酶的穩(wěn)定性和產(chǎn)率 　第六節(jié)　輔酶的固定化 　　一、輔酶的定義及分類 　　二、輔酶的固定化方法 　　三、輔酶的再生 第四章　細(xì)胞的固定化原理和方法 　第一節(jié)　概述 　　一、固定化細(xì)胞的分類 　　二、固定化細(xì)胞的形態(tài)特征 　　三、固定化細(xì)胞的生理狀態(tài) 　　四、固定化細(xì)胞的酶學(xué)性質(zhì) 　第二節(jié)　固定化微生物細(xì)胞載體的選擇及制備方法 　　一、固定化細(xì)胞載體的選擇及固定化機(jī)理 　　二、固定化細(xì)胞常用載體 　　三、固定化微生物細(xì)胞的制備方法 　第三節(jié)　動植物細(xì)胞的固定化 　　一、植物細(xì)胞的固定化 　　二、動物細(xì)胞的固定化 　第四節(jié)　固定化細(xì)胞的性質(zhì)和評價指標(biāo) 　　一、目的產(chǎn)物的產(chǎn)量 　　二、克隆基因產(chǎn)物的表達(dá) 　　三、質(zhì)粒的遺傳穩(wěn)定性 　　四、培養(yǎng)條件對質(zhì)粒穩(wěn)定性、菌體量、克隆基因產(chǎn)物的影響 　第五節(jié)　影響固定化細(xì)胞性能的因素 　　一、影響載體物理和化學(xué)性能的因素 　　二、細(xì)胞生理第五章　固定化生物反應(yīng)器和傳感器 　第一節(jié)　固定化生物反應(yīng)器 　　一、生物反應(yīng)器概述 　　二、固定化生物反應(yīng)器的類型及特點 　　三、固定化生物反應(yīng)器類型的選擇 　　四、固定化酶反應(yīng)器的操作 　　五、固定化生物反應(yīng)器開發(fā)的趨勢與未來發(fā)展的方向 　第二節(jié)　生物傳感器 　　一、生物傳感器的基本原理和分類 　　二、生物傳感器的特點 　　三、生物傳感器的制備和性能 　　四、常見傳感器特性介紹 　　五、生物傳感器的應(yīng)用與發(fā)展方向 第六章　生物固定化技術(shù)的應(yīng)用 　第一節(jié)　固定化生物技術(shù)在輕化工業(yè)中的應(yīng)用 　　一、應(yīng)用范圍簡介 　　二、應(yīng)用概況 　　三、實例 　第二節(jié)　固定化酶和細(xì)胞在醫(yī)藥與臨床診斷方面的應(yīng)用 　　一、應(yīng)用范圍簡介 　　二、應(yīng)用概況 　　三、實例 　第三節(jié)　固定化技術(shù)在環(huán)境保護(hù)和能源開發(fā)方面的應(yīng)用 　　一、應(yīng)用范圍簡介 　　二、應(yīng)用概況 　　三、實例 　第四節(jié)　固定化技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用 　　一、應(yīng)用范圍簡介 　　二、應(yīng)用概況 　　三、實例 　第五節(jié)　固定化酶和細(xì)胞在生物反應(yīng)器及傳感器方面的應(yīng)用 　　一、在反應(yīng)器方面的應(yīng)用 　　二、在傳感器方面的應(yīng)用 　第六節(jié)　固定化植物細(xì)胞的應(yīng)用 　　一、固定化植物細(xì)胞的優(yōu)點和用途 　　二、固定化植物細(xì)胞的應(yīng)用概況 　　三、用于固定化植物細(xì)胞的生物反應(yīng)器 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第一章 生物固定化技術(shù)概論第二節(jié) 酶和細(xì)胞的固定化方法分類一、固定化方法分類固定化技術(shù)是使生物催化劑更廣泛、更有效應(yīng)用的一種重要手段，任何一種限制生物催化劑自由流動的技術(shù)都可以用于制備固定化生物催化劑。目前，用于制備固定化生物催化劑的方法種類繁多，新方法也層出不窮；加之不同的研究者采用不同的分類方法，如Karel等人將其歸納為表面附著、多孔介質(zhì)包埋、隔離和自凝集四大類；王建龍把目前經(jīng)常采用的細(xì)胞固定化方法分為4類，即吸附法、包埋法、交聯(lián)法和截留法；楊文英等介紹了吸附法、包埋法、共價結(jié)合法、交聯(lián)法、多孔物質(zhì)包絡(luò)法、超過濾法、多種固定化方法的聯(lián)用等7種制備固定化細(xì)胞的方法；成慶利等人根據(jù)有無外加載體，將細(xì)胞固定化分為有載體固定化和無載體固定化等。因此，目前還沒有一個精確合理的分類。根據(jù)已有的研究結(jié)果和目前的最新進(jìn)展，綜合考慮生物催化劑與載體間的作用力、固定化生物催化劑的狀態(tài)、載體的來源以及固定化生物催化劑制備過程等因素，對生物催化劑的固定化方法歸納如圖1-1所示。各種固定化方法的詳細(xì)介紹見后面各章。二、固定化方法比較盡管固定化方法多種多樣，但沒有一種理想的、普遍適用的方法?；瘜W(xué)固定化法（包括化學(xué)交聯(lián)法和共價結(jié)合法）涉及細(xì)胞的化學(xué)修飾，但化學(xué)試劑的毒性對細(xì)胞會有損害，因此，不適用于制備固定化活細(xì)胞。但由于細(xì)胞與細(xì)胞或細(xì)胞與載體間的結(jié)合力強(qiáng)，所以操作穩(wěn)定性高。交聯(lián)法和聚電解質(zhì)復(fù)合包埋法的突出優(yōu)點是可以獲得很高的細(xì)胞密度，但由于缺乏良好的機(jī)械強(qiáng)度而不能得到廣泛應(yīng)用。

編輯推薦

《生物固定化技術(shù)及應(yīng)用》為化學(xué)工業(yè)出版社出版發(fā)行。

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