细胞固定化技术简介

（一）固定化技术的发展

固定化技术是将细胞（酶）限制或定位于特定空间位置的技术，通常是将细胞或酶通过物理或化学方法与水不溶性的载体结合而制备固定化细胞的过程。固定化细胞就是被限制或定位于特定空间位置而不能自由移动的细胞，但细胞仍保留催化活性并具备能被反复或连续使用的活力。固定化细胞在一定的空间范围内能进行生命活动，它与固定化酶同被称为固定化生物催化剂。细胞固定化技术是在固定化酶的基础上发展起来的新技术，因此固定化细胞也称第二代固定化酶。固定化细胞主要是利用细胞内酶和酶系，比固定化酶应用普遍。

20世纪50年代，开始了酶固定化研究。1953年德国科学家首先将聚氨基苯乙烯树脂与淀粉酶、胃蛋白酶、羧肽酶和核糖核酸酶等结合，制成了固定化酶。

60年代，是固定化酶技术迅速发展的时期。1969年，日本的千畑一郎首次应用固定化氨基酰化酶用于DL-氨基酸光学分离，生产L-氨基酸，成功实现了固定化酶的工业应用。

70年代，在固定化酶的基础上，科学家们研制成固定化细胞，并且用于生产。1971年，第一届国际酶工程学术会议在美国召开，会议的主题是固定化酶，并就微生物细胞固定化的研究进行探讨。固定化微生物细胞的工业应用以日本的千畑一郎等于1973年利用聚丙烯酰胺凝胶包埋具有高活性天冬氨酸酶的大肠杆菌生产L-天冬氨酸为标志。接着，他们于1974年又成功地固定了含延胡索酸酶的产氨短杆菌用于生产L-苹果酸。中国科学院微生物所固定化酶研究小组首先成功地将黑曲霉葡萄糖淀粉酶吸附于DEAE-SephadexA50上，并进行了一系列研究。1978年，日本的铃木等固定化细胞生产α-淀粉酶研究成功。20世纪70年代末，法国研究成功固定化细胞生产啤酒。因此，20世纪70年代是固定化细胞技术取得进展的重要时期。

80年代，又发展了固定化原生质体技术，排除了细胞壁这一障碍。因此，现代固定化技术不仅包括固定化酶，还包括固定化细胞和细胞器等。

（二）固定化细胞的分类(www.xing528.com)

固定化细胞主要是按细胞类型和生理状态进行分类，如图10-1所示。

目前研究和应用较多的是固定化微生物细胞，其次是固定化动、植物细胞。最初固定化的微生物细胞一般是死细胞，只利用其酶活性，近年来发展到固定化增殖细胞。固定化死细胞一般在固定化之前细胞经过物理或化学方法的处理，如加热、匀浆、干燥、冷冻、酸及表面活性剂等，细胞处于死亡状态，细胞膜的渗透性增加或副反应得以抑制。细胞经固定化后，需要利用的“目的酶”仍保持催化活力，所以比较适于单酶催化的反应。

图10-1 固定化细胞分类

固定化静止细胞和饥饿细胞在固定化后细胞仍保存活性，但由于采用了控制措施，细胞并不生长繁殖，而是处于休眠状态或饥饿状态。固定化增殖细胞又称固定化生长细胞，是指固定在水不溶性载体上，在一定的空间范围进行生命活动的细胞，细胞固定化后仍能进行正常的生长、繁殖和新陈代谢。例如，琼脂包埋的酵母细胞数初始为10⁶个/m³ ，培养2d后，细胞数可达10⁹～10¹⁰个/m³。固定化增殖细胞能不断繁殖、更新，反应所需的酶可以不断更新，且保持稳定，适宜于连续和长期使用，因此，在发酵工业中最有发展前途。

固定化细胞由于其用途和制备方法不同，其形状可以是颗粒状、块状、条状、薄膜状或不规则状等。但目前大多数制备成颗粒状。