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CN105624019B - 制备固定化蛋白质、酶或细胞的装置及固定化方法 - Google Patents

制备固定化蛋白质、酶或细胞的装置及固定化方法 Download PDF

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CN105624019B CN201410608386.4A CN201410608386A CN105624019B CN 105624019 B CN105624019 B CN 105624019B CN 201410608386 A CN201410608386 A CN 201410608386A CN 105624019 B CN105624019 B CN 105624019B
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Abstract

本发明提供一种制备固定化蛋白质、酶或细胞的装置及固定化方法。本发明提供的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，可以将蛋白质/酶/细胞固定在载体上，从而可以实现固定化蛋白质/酶/细胞的批量和工业化生产。

Description

制备固定化蛋白质、酶或细胞的装置及固定化方法
技术领域
本发明涉及固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞技术领域，具体地，涉及一种制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置及固定化方法。
背景技术
随着生物技术的发展，蛋白质、酶或含酶的细胞常常以固定化的形态应用于工业和其它领域，这是因为固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞不仅易于与产品分离并可回收重复使用，而且往往比游离酶更为稳定。蛋白质/酶/细胞的固定化方法很多，如物理吸附、亲和联结、共价交联、凝絮包埋等等。
固定化蛋白质/酶/细胞通常以比活力(单位重量的固定化蛋白质/酶/细胞的活性)的高低来评估固定化技术的水平。比活力的高低与固定化方法有关，也与单位重量的固定化蛋白质/酶/细胞的表面积(比表面积)有关。一般而言，比表面积越大，比活性也就越高。因此，各种固定化方法都致力于提高酶颗粒的比表面积。例如，公开号为CN1982445A的中国专利申请提供了一种用于制备固定化酶或固定化细胞的载体以及使用该载体的固定化方法，其通过采用开孔的多孔有机泡沫材料作为固定酶或细胞的载体，可以大幅度地提高固定化酶或固定化细胞的比表面积，从而显著提高固定化酶/固定化细胞的比活力。
但是，目前没有一种制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，用于实现固定化蛋白质/酶/细胞的批量和工业化生产。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种制备固定化蛋白质、酶或细胞的装置及固定化方法，其可以将蛋白质/酶/细胞固定在载体上，从而可以实现固定化蛋白质/酶/细胞的批量和工业化生产。
为实现本发明的目的而提供一种制备固定化蛋白质、酶或细胞的装置及固定化方法，包括：传送带，用于输送固定蛋白质、酶或者细胞的载体；依次排列在所述传送带的输送路径上的至少两组喷淋揉合组，每组喷淋揉合组依次包括：喷淋组件，用于朝向经过其的所述载体表面喷淋用于固定化的预设液体；揉合组件，用于使所述预设液体均匀地分布在所述载体表面；挤液装置，用于在所述载体经过各个喷淋揉合组之后，去除存留在该载体表面上的多余液体。
优选的，对于每组喷淋揉合组，所述喷淋组件包括设置在所述传送带上方的一个或多个喷淋件，所述多个喷淋件沿所述传送带的输送路径连续、且依次排列，并且各个喷淋件喷淋相同的所述预设液体。
优选的，所述喷淋件包括喷淋管、喷嘴或者溢流槽。
优选的，所述喷嘴包括雾化喷嘴或者液流喷嘴。
优选的，所述喷淋管包括用于喷出所述预设液体的孔口，并且，在所述孔口上罩设有丝网。
优选的，所述喷淋组件还包括一组或多组第一高度调节机构组，各组所述第一高度调节机构组用于一一对应地调节各个所述喷淋件相对于所述传送带的高度；每组第一高度调节机构组包括两个第一高度调节机构，且分别设置在与该组第一高度调节机构组相对应的喷淋件的两端。
优选的，对于每组喷淋揉合组，所述揉合组件包括设置在所述传送带上方的一个或多个揉合辊，所述多个揉合辊沿所述传送带的输送路径连续、且依次排列；每个揉合辊在所述载体通过该揉合辊与所述传送带之间的间隙时，在所述载体表面上滚动。
优选的，所述揉合辊为一个，且所述揉合辊的表面为光面，或者均匀分布有多个凹槽。
优选的，所述揉合辊为多个，且其中一部分所述揉合辊的表面为光面，其中另一部分揉合辊的表面均匀分布有多个凹槽；或者，各个揉合辊的表面均为光面；或者，各个揉合辊的表面均匀分布有多个凹槽。
优选的，每个凹槽呈长条状，各个长条状凹槽的长度方向与所述揉合辊的轴向相互平行，且所述多个凹槽沿所述揉合辊的周向均匀排布；或者，每个凹槽呈环状、且沿所述揉合辊的周向环绕，并且所述多个凹槽沿所述揉合辊的轴向均匀排布。
优选的，对于相邻的，且均分布有所述环状凹槽的两个揉合辊，其中一个揉合辊上的各个所述环状凹槽一一对应地相对于其中另一个揉合辊上的各个所述环状凹槽偏移一个槽距。
优选的，所述凹槽包括梯形槽、矩形槽或者锥形槽。
优选的，所述揉合组件还包括一组或多组第二高度调节机构组，各组所述第二高度调节机构组用于一一对应地调节各个所述揉合辊相对于所述传送带的高度；每组第二高度调节机构组包括两个第二高度调节机构，且分别设置在与该组第二高度调节机构组相对应的揉合辊的两端。
优选的，所述挤液装置包括设置在所述传送带上方的一个或多个挤液辊，所述多个挤液辊沿所述传送带的输送方向连续、且依次排列；每个挤液辊在所述载体通过该挤液辊与所述传送带之间的间隙时，在所述载体表面上滚动，同时挤出所述多余液体。
优选的，所述挤液装置包括设置在所述传送带末端的一组或多组挤液辊组，所述多组挤液辊组沿所述传送带的输送方向依次排列；每组挤液辊组包括上挤液辊和下挤液辊，其中，所述下挤液辊通过滚动而使到达所述传送带末端的所述载体自所述上挤液辊和下挤液辊之间的间隙通过，并且所述下挤液辊的线速度与所述传送带的线速度一致；所述上挤液辊在所述载体通过时，在该载体表面上滚动，同时挤出所述多余液体。
优选的，所述挤液装置还包括一组或多组第三高度调节机构组，各组所述第三高度调节机构组用于一一对应地调节各个所述挤液辊相对于所述传送带的高度；每组第三高度调节机构组包括两个第三高度调节机构，且分别设置在与该组第三高度调节机构组相对应的挤液辊的两端。
优选的，所述挤液装置还包括一组或多组第三高度调节机构组，各组所述第三高度调节机构组用于一一对应地调节各个所述上挤液辊相对于所述下挤液辊的高度；每组第三高度调节机构组包括两个第三高度调节机构，且分别设置在与该组第三高度调节机构组相对应的挤液辊的两端。
优选的，还包括：电机，用于提供动力；传动机构，用于同时向所述传送带和所述下挤液辊提供来自所述电机的动力。
优选的，还包括：电机，用于提供动力；传动机构，用于向所述传送带提供来自所述电机的动力。
优选的，还包括：回收载板，用于在所述载体经过所述挤液装置之后，承载所述载体。
优选的，所述载体采用开孔的多孔有机泡沫材料制作。
优选的，所述载体包括三聚氰胺。
优选的，所述载体呈片状，且厚度为0.1～2cm。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种蛋白质、酶、或者细胞的固定化方法，其采用本发明提供的上述装置制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞。
优选的，包括以下步骤：
S1，使用交联剂与蛋白质、酶或者细胞交联，以获得蛋白质、酶或者细胞与交联剂的混合液体；
S2，将所述混合液体喷淋在所述载体表面，并使所述混合液体均匀地分布在所述载体表面；
S3，将絮凝剂喷淋在所述载体表面，并使所述絮凝剂均匀地分布在所述载体表面；
S4，去除存留在该载体表面上的多余液体。
优选的，所述蛋白质或酶的浓度为0.3％～30％。
优选的，所述细胞的浓度为0.5％～50％。
优选的，所述交联剂包括多元醛化合物。
优选的，所述多元醛化合物包括戊二醛或者双醛淀粉。
优选的，所述絮凝剂包括聚乙烯亚胺或者壳聚糖。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其利用传送带输送固定蛋白质、酶或者细胞的载体，并在输送该载体的过程中，利用依次排列在传送带的输送路径上的至少两组喷淋揉合组对载体进行两组以上的上样和揉合，即：首先利用喷淋组件朝向经过其的载体表面喷淋用于固定化的预设液体，然后利用揉合组件使该预设液体均匀地分布在载体表面，从而可以实现将蛋白质、酶或者细胞固定在载体上。由此，借助本发明提供的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，可以实现固定化蛋白质/酶/细胞的批量和工业化生产。
本发明提供的固定化方法，其通过采用本发明提供的上述装置制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞，可以实现固定化蛋白质/酶/细胞的批量和工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例提供的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置的俯视图；
图2为本发明实施例提供的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置的主视图；
图3为本发明实施例提供的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置所采用的喷淋管的剖视图；
图4为本发明实施例提供的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置所采用的两个揉合辊的结构示意图；
图5A为另一种揉合辊的主视图；
图5B为图5A中沿A-A线的剖视图；
图6A为本发明实施例提供的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置安装有各个高度调节机构的结构示意图；
图6B为图6A中第一高度调节机构的结构示意图；
图6C为图6A中第二或第三高度调节机构的剖视图；
图7为本发明实施例所采用的另一种挤液装置的结构示意图；以及
图8为本发明实施例提供的固定化方法的流程框图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置及固定化方法进行详细描述。
本发明提供的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其包括传送带、至少两组喷淋揉合组和挤液装置。其中，传送带用于输送固定蛋白质、酶或者细胞的载体；至少两组喷淋揉合组依次排列在传送带的输送路径上，以使该载体在自传送带的首端移动至末端的过程中，逐一经过各个喷淋揉合组，从而完成两组以上的上样和揉合。每组喷淋揉合组依次包括喷淋组件和揉合组件，当载体先后经过二者时，首先由该喷淋组件朝向经过其的载体表面喷淋用于固定化的预设液体；然后，由该揉合组件使预设液体均匀地分布在该载体表面。挤液装置用于待载体经过各个喷淋揉合组之后，去除存留在该载体表面上的多余液体。重复以上步骤，直至将适量的蛋白质/酶/细胞固定到载体上。
需要说明的是，对于蛋白质、酶或者细胞的固定化，通常需要按一定的顺序先后对载体进行两种以上的液体上样，并且在每一种液体上样完毕之后，且在下一种液体上样之前，必须进行一次以上的揉合，以使喷淋在载体表面上的液体能够均匀地分布在该载体表面。另外，在同一组喷淋揉合组中，喷淋组件可以将同一种液体对载体喷淋一次或者连续喷淋两次以上，待该喷淋组件完成工作之后，再由揉合组件连续进行一次以上的揉合；或者，喷淋组件还可以将同一种液体不连续地对载体喷淋两次以上，即，在喷淋的间隔由揉合组件连续进行至少一次揉合。总而言之，喷淋揉合组的数量应根据待上样的液体的种类数量而设定，而对于每组喷淋揉合组进行喷淋和揉合的次数和顺序，则可以根据具体情况自由排列组合。由此，借助本发明提供的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，可以实现固定化蛋白质/酶/细胞的批量和工业化生产。
下面结合图1～图6B对本发明提供的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置的一个具体实施例进行详细描述。
本实施例提供的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置包括传送带1、两组喷淋揉合组(21，22)和挤液装置。其中，传送带1用于输送固定蛋白质、酶或者细胞的载体2，如图2所示，传送带1将载体2沿X方向自其左端输送至右端。在此过程中，载体2先后经过依次排列在传送带1的输送路径上的两组喷淋揉合组(21，22)，以进行两种预设液体的上样和揉合。例如，第一组揉合组21用于进行蛋白质、酶或者细胞与交联剂的混合液体的上样和揉合；第二组揉合组22用于进行絮凝剂的上样和揉合，絮凝剂会将交联后的蛋白质、酶或者细胞沉积在载体上，从而完成固定化反应。
请一并参阅图1和图2，在第一组揉合组21中，喷淋组件包括依次设置在传送带1上方的一个喷淋件211和一个揉合辊212；在第二组揉合组22中，喷淋组件包括依次设置在传送带1上方的一个喷淋件221和三个揉合辊(222，223，224)。其中，喷淋件211用于朝向经过其的载体表面喷淋蛋白质、酶或者细胞与交联剂的混合液体；揉合辊212在载体2通过该揉合辊212与传送带1之间的间隙时，在载体表面上滚动，以使该混合液体均匀地分布在载体表面，从而完成一种液体的上样和揉合。然后，喷淋件221用于朝向经过其的载体表面喷淋絮凝剂；三个揉合辊(222，223，224)依次在载体表面上滚动，以使该絮凝剂均匀地分布在载体表面，从而完成固定化反应。
在本实施例中，两个喷淋件(211，221)均为喷淋管，如图3所示，为本实施例所采用的喷淋管的剖视图。该喷淋管为中空结构，且在其两端具有用于供混合液体或絮凝剂进入的两个入口231，并且在该喷淋管的管壁上设置有沿其轴向排列的一排孔口23，该孔口23与传送带1的表面相对，用以在载体2经过时，朝向载体表面喷淋混合液体或絮凝剂。本实施例所采用的孔口23的结构仅是示例性的，事实上，在实际应用中，每个孔口的形状、口径以及各个孔口之间的间距的设计可以考虑具有需要的液体喷淋速度、喷淋角度以及喷淋液量而设定。
需要说明的是，在实际应用中，上述喷淋件也可以采用诸如雾化喷嘴或者液流喷嘴等的喷嘴结构，或者还可以采用溢流槽等的其他喷淋结构。另外，优选的，可以在喷淋管的孔口、喷嘴或者溢流槽的槽口上罩设有丝网，有利于使喷淋效果更均匀。
优选的，请一并参阅图6A和图6B，喷淋组件还包括第一高度调节机构组，其数量与喷淋件的数量相对应，且各个第一高度调节机构组用于一一对应地调节各个喷淋件相对于传送带1的高度。在本实施例中，第一高度调节机构组为两组，用以分别调节两个喷淋件(211，221)相对于传送带1的高度，从而可以根据不同厚度的载体1将喷淋件调整至理想的高度，进而有利于提高装置的灵活性。每组第一高度调节机构组包括两个第一高度调节机构41，且两个第一高度调节机构41分别设置在喷淋件211的两端，每个第一高度调节机构41的结构具体可以为：如图6B所示，第一高度调节机构41包括滑轨411和锁紧螺栓412，其中，滑轨411设置在用于位于传送带1两侧的支架上；并在喷淋件211上套设有可沿该滑轨411相对于传送带1上下滑动的滑动件；锁紧螺栓412用于在喷淋件211移动至合适的高度时，将喷淋件211固定在该高度所在位置。
需要说明的是，用于分别调节喷淋件211和喷淋件221的两组第一高度调节机构组的结构相类似。而且，第一高度调节机构41的结构并不局限于本实施例所采用的上述结构，在实际应用中，本发明对第一高度调节机构组的结构没有特别的限制，只要其能够调节喷淋件相对于传送带的高度即可。
下面对揉合辊的结构进行详细描述。具体地，如图1所示，在第一组喷淋揉合组21中，揉合组件包括一个揉合辊212，该揉合辊212的表面为光面；在第二组喷淋揉合组22中，揉合组件包括三个揉合辊(222，223，224)，其中，第一个揉合辊222的表面为光面，其余两个揉合辊(223，224)的表面都均匀分布有多个凹槽24，如图4所示，每个凹槽24呈环状、且沿揉合辊的周向环绕，并且多个凹槽24沿揉合辊的轴向均匀排布，凹槽24可以为梯形槽、矩形槽或者锥形槽等等。优选的，对于相邻的两个揉合辊(223，224)，第二个揉合辊223上的各个环状凹槽24一一对应地相对于第三个揉合辊224上的各个环状凹槽24偏移一个槽距B，这样可以使得两个揉合辊(223，224)能够分别滚压载体表面的不同位置，而不是重复滚压相同的位置，从而使得揉合效果更均匀。
这里，光面的揉合辊与具有凹槽的揉合辊的区别在于：光面的揉合辊可以在使混合液体或絮凝剂均匀地分布在载体表面的同时，还兼具把过量的液体挤出载体表面的效果；而具有凹槽的揉合辊不会挤出液体，而仅使混合液体或絮凝剂均匀地分布在载体表面。由此，可以根据具体需要选择光面或具有凹槽的揉合辊。优选的，可以将光面的揉合辊设置在具有凹槽的揉合辊的上游，以先将多余的液体挤出之后，再进行一次以上的揉合，从而有利于优化揉合效果。
在实际应用中，每个揉合组件可以根据具体情况设计揉合辊的数量，并且可以自由选择所有揉合辊中的其中一部分揉合辊的表面为光面，其中另一部分揉合辊的表面均匀分布有多个凹槽；或者，各个揉合辊的表面均为光面；或者，各个揉合辊的表面均匀分布有多个凹槽。
需要说明的是，在本实施例中，每个凹槽24呈环状、且沿揉合辊的周向环绕，并且多个凹槽24沿揉合辊的轴向均匀排布，但是本发明并不局限于此，在本实际应用中，还可以在揉合辊的表面上设置如下结构的凹槽，如图5A和图5B所示，在揉合辊223’(或者224’)的表面上均匀分布有多个凹槽25，每个凹槽25呈长条状，各个长条状凹槽25的长度方向与揉合辊223’(或者224’)的轴向相互平行，且多个凹槽25沿揉合辊223’(或者224’)的周向均匀排布。当然，在实际应用中，还可以采用其他任意结构的凹槽。
优选的，请一并参阅图6A和图6C，揉合组件还包括一个或多个第二高度调节机构组，其数量与揉合辊的数量相对应，且各个第二高度调节机构组用于一一对应地调节各个揉合辊相对于传送带1的高度。在本实施例中，第二高度调节机构组的数量为四组，用以分别调节四个揉合辊(212，222，223，224)相对于传送带1的高度，从而可以根据不同厚度的载体1将揉合辊调整至理想的高度，进而有利于提高装置的灵活性。每组第二高度调节机构组包括两个第二高度调节机构42，且两个第二高度调节机构42分别设置在揉合辊的两端，每个第二高度调节机构42的结构具体可以为：如图6C所示，第二高度调节机构42包括螺柱422、手轮423和高度调节指示器424，其中，在位于传送带1两侧的支架421上设置有螺纹孔421，螺柱422与该螺纹孔421相配合，并与用于安装揉合辊224的安装件(图中未示出)螺纹连接；手轮423固定在螺柱422的顶部，通过手动顺时针或逆时针旋转该手轮423，可以使螺柱422带动揉合辊224相对于传送带1的表面上升或下降，其他揉合辊的结构可以与该揉合辊224的结构相同。借助第二高度调节机构42，可以根据不同厚度的载体1将揉合辊调整至理想的高度，从而有利于提高装置的灵活性。高度调节指示器424用于实时显示揉合辊的高度，从而可以实现准确地调整揉合辊的高度。
需要说明的是，第二高度调节机构42的结构并不局限于本实施例所采用的上述结构，在实际应用中，本发明对第二高度调节机构的结构没有特别的限制，只要其能够调节揉合辊相对于传送带的高度即可。
挤液装置用于在载体经过各个喷淋揉合组之后，去除存留在该载体表面上的多余液体。在本实施例中，请一并参阅图1和图2，挤液装置包括设置在传送带1末端(右端)的一组挤液辊组，该挤液辊组包括上挤液辊31和下挤液辊32，其中，下挤液辊32通过滚动而使到达传送带1末端的载体2自上挤液辊31和下挤液辊32之间的间隙通过，并且下挤液辊32的线速度与传送带1的线速度一致；上挤液辊31在载体2通过时，在该载体表面上滚动，同时挤出多余液体。容易理解，上挤液辊31和下挤液辊32之间的间隙应与传送带1的表面大致平齐，以使得载体2在到达传送带1的末端时，能够对准并移入上挤液辊31和下挤液辊32之间的间隙。此外，下挤液辊32属于驱动轮，而上挤液辊31属于从动轮，即，下挤液辊32起到与传送带1相同的输送作用，而上挤液辊31在载体2经过时，与载体表面滚动摩擦，以挤出该载体表面上的多余液体。
优选的，为了保证下挤液辊32的线速度与传送带1的线速度一致，可以利用电机5和传动机构4同步驱动传送带1和下挤液辊32。具体来说，电机用于提供动力；传动机构4用于同时向传送带1和下挤液辊32提供来自电机5的动力，在本实施例中，传动机构4为带传动，其包括同步带和驱动轮，在电机5的驱动下，驱动轮通过同步带同时带动传送带1的传输辊和下挤液辊32旋转，从而实现传送带1和下挤液辊32的同速旋转。当然，在实际应用中，传动机构4也可以采用诸如齿轮传动、链传动等的其他传动方式，只要能够实现传送带1和下挤液辊32的同速旋转即可。
需要说明的是，在本实施例中，挤液辊组为一组，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，挤液辊组也可以为多组，且多组挤液辊组沿传送带的输送方向依次排列，以对载体进行多次挤液操作。
优选的，如图6A所示，上述挤液装置还可以包括一组或多组第三高度调节机构组，其数量与挤液辊的数量相对应，各个第三高度调节机构组用于一一对应地调节各个上挤液辊相对于下挤液辊的高度。每组第三高度调节机构组包括两个第三高度调节机构43，且两个第三高度调节机构43分别设置在上挤液辊的两端。每个第三高度调节机构43的结构与用于调节揉合辊高度的上述第二高度调节机构42的结构相类似，在此不再赘述。
作为本实施例所采用的挤液装置的一个变型实施例，图7为本发明实施例所采用的另一种挤液装置的结构示意图。请参阅图7，挤液装置包括设置在传送带1上方的一个挤液辊31’，该挤液辊31’在载体2通过该挤液辊31’与传送带1之间的间隙时，在载体表面上滚动，同时挤出多余液体。与前述实施例相比，本变型实施例所采用挤液装置省去了下挤液辊，而仅采用上挤液辊，且将其设置在传送带1的上方，且位于喷淋揉合组的下游，这同样可以实现去除存留在载体表面上的多余液体，而且仅需向传送带1的传输辊提供动力即可，从而不仅使得装置的结构更简化、紧凑，而且输送稳定性更好。例如，传动机构4’的结构如图7所示，其用于向传送带1提供来自电机5的动力。
在实际应用中，挤液辊31’的数量还可以为两个、三个或四个以上，且沿传送带1的输送方向连续、且依次排列，以对载体进行两次以上的挤液操作。另外，针对本变型实施例提供的挤液装置，各个第三高度调节机构组应一一对应地调节各个挤液辊31’相对于传送带1的高度。
另外，在本实施例中，在传送带1的末端还设置有回收载板6，用于在载体2经过挤液装置之后，承载该载体2，以待回收。优选的，回收载板6的用于承载载体2的表面可朝向传送带1的表面向上倾斜，以防止移动至回收载板6上的载体2掉落。载体2自回收载板6取出后，重新返回传送带1的始端，并重复以上步骤，直至适量的蛋白质/酶/细胞固定到载体上。当然，在实际应用中，回收载板的用于承载载体的表面还可以是水平的。
在本实施例中，载体2可以采用开孔的多孔有机泡沫材料制作，例如三聚氰胺。而且优选的，载体2呈片状，且厚度为0.1～2cm。使用开孔的多孔有机泡沫材料制不仅可以大幅度地提高固定化蛋白质/酶/细胞的比表面积，从而显著提高固定化蛋白质/酶/细胞的比活力，而且多孔有机泡沫材为通用惰性材料，该材料不易破碎、且价格低廉，从而可以降低制造成本。在实际应用中，可以在不改变载体的比表面积的同时，根据需要设计载体的形状、尺寸，以使其适应本发明提供的上述制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置进行批量和工业化生产。
需要说明的是，喷淋揉合组的数量并不局限于本实施例提供的两组，事实上，喷淋揉合组的数量是由不同的固定化方法决定的，在实际应用中，根据固定化方法的不同，喷淋揉合组的数量还可以为三组以上。此外，每组喷淋揉合组所喷淋的预设液体的种类以及各组间喷淋预设液体的顺序可能根据不同的固定化方法而不同。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种固定化方法，其通过采用本发明实施例提供的上述装置制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞，可以实现固定化蛋白质/酶/细胞的批量和工业化生产。
优选的，图8为本发明实施例提供的固定化方法的流程框图。请参阅图8，针对本发明提供的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，固定化方法可以包括以下步骤：
S1，使用交联剂与蛋白质、酶或者细胞交联，以获得蛋白质、酶或者细胞与交联剂的混合液体；
S2，将混合液体喷淋在载体表面，并使混合液体均匀地分布在该载体表面；
S3，将絮凝剂喷淋在载体表面，并使该絮凝剂均匀地分布在载体表面；
S4，去除存留在该载体表面上的多余液体。
优选的，在上述固定化方法中，蛋白质或酶的浓度为0.3％～30％，细胞的浓度为0.5％～50％，交联剂例如可以为多元醛化合物，优选为多元醛化合物包括戊二醛或者双醛淀粉，絮凝剂可以为聚乙烯亚胺或者壳聚糖等。
下面对采用本发明实施例提供的固定化方法的两个具体实施例进行详细描述。
第一实施例，固定化表达葡萄糖异构酶的大肠杆菌细胞
取25g表达葡萄糖异构酶的大肠杆菌细胞(具体请参阅公开号为CN1982445A的中国专利申请)重悬于175ml去离子水中，待细胞完全重悬后向该去离子水中加入20ml 1％(v/v)戊二醛溶液，反应10分钟后，采用本发明实施例提供的上述装置(具有两组喷淋揉合组)制备固定化细胞。具体包括以下步骤：
第一组喷淋揉合组中的喷淋组件用于喷淋细胞和戊二醛的混合液体，且将其流速设置为60毫升每分钟；第二组喷淋揉合组中的喷淋组件用于喷淋0.25％(w/v)聚乙烯亚胺，且将其流速设置为30毫升每分钟；传送带的输送速度设置为80厘米每分钟。载体采用1g三聚氰胺海绵制作，且尺寸为长27.5厘米、宽6厘米、厚度0.7厘米。
将载体放置于传送带上；首先，第一组喷淋揉合组中的喷淋组件将上述细胞和戊二醛的混合液体喷淋在载体表面；第一组喷淋揉合组中的揉合组件(包括至少一个揉合辊)对该载体进行揉合，以使该混合液体均匀地分布在载体表面；然后，第二组喷淋揉合组中的喷淋组件将0.25％(w/v)聚乙烯亚胺喷淋在载体表面。第二组喷淋揉合组中的揉合组件(包括至少一个揉合辊，优选包括具有凹槽的揉合辊)对该载体进行揉合；最后，由挤液装置(包括至少一个挤液辊)把多余的液体挤走，同时传送带完成对载体的一次传输。在重复上述固定化步骤7次之后，将完成固定化的载体在室温下干燥过夜，从而可以获得固定化表达葡萄糖异构酶的大肠杆菌细胞6.06g。
称取按上述方法制备的固定化表达葡萄糖异构酶的大肠杆菌细胞10mg，加45％葡萄糖溶液(含4mM硫酸镁、180ppm偏重亚硫酸钠，pH 7.5，预热至60℃)1ml，在振荡式培养箱反应10分钟(60℃，振荡速度为1400转每分钟)，置冰水5分钟终止反应。将所得的反应混合物用去离子水稀释10倍，然后按下述表1检测果糖含量。果糖(Sigma-Aldrich CompanyLtd)标准溶液以去离子水配备为1mg/ml；半胱氨酸盐酸盐(广州艾辉生物科技有限公司)溶液以去离子水配备为2.4％(w/v)；咔唑(Sigma-Aldrich Company Ltd)酒精溶液以100％乙醇配备为1.2mg/ml。
表1
Figure BDA0000600061640000141
通过检测发现：在上述反应条件下每分钟产生一微摩尔果糖为一单位，第一实施例制得的固定化表达葡萄糖异构酶的大肠杆菌细胞之活力为385U/g。
第二实施例，固定化葡萄糖异构酶
取25g表达葡萄糖异构酶的大肠杆菌细胞重悬于100ml去离子水中，待细胞完全重悬后用高压均质机把细胞液破碎，以13000转每分钟离心30分钟，取上清液。把上清液的蛋白浓度以去离子水稀释至10mg/ml，加20ml 1％(v/v)戊二醛溶液，反应10分钟后进行固定化。采用本发明实施例提供的上述装置(具有两组喷淋揉合组)制备固定化细胞。具体包括以下步骤：
第一组喷淋揉合组中的喷淋组件用于喷淋葡萄糖异构酶及戊二醛的混合液体，且将其流速设置为60毫升每分钟；第二组喷淋揉合组中的喷淋组件用于喷淋0.25％(w/v)聚乙烯亚胺，且将其流速设置为45毫升每分钟；传送带的输送速度设置为80厘米每分钟。载体采用1g三聚氰胺海绵制作，且尺寸为长25.2厘米、宽6厘米、厚度0.7厘米。
将载体放置于传送带上；首先，第一组喷淋揉合组中的喷淋组件将上述葡萄糖异构酶及戊二醛的混合液体喷淋在载体表面；第一组喷淋揉合组中的揉合组件(包括至少一个揉合辊)对该载体进行揉合，以使该混合液体均匀地分布在载体表面；然后，第二组喷淋揉合组中的喷淋组件将0.25％(w/v)聚乙烯亚胺喷淋在载体表面。第二组喷淋揉合组中的揉合组件(包括至少一个揉合辊，优选包括具有凹槽的揉合辊)对该载体进行揉合；最后，由挤液装置(包括至少一个挤液辊)把多余的液体挤走，同时传送带完成对载体的一次传输。在重复上述固定化步骤13次之后，将完成固定化的载体在室温下干燥过夜，从而可以获得固定化葡萄糖异构酶3.74g。
称取按上述方法制备的固定化葡萄糖异构酶8.6mg，并按与上述第一实施例相同的方法进行检测发现：固定化葡萄糖异构酶活力为451U/g。
需要说明的是，本发明实施例提供的固定化方法是先用交联剂交联，后用絮凝剂使蛋白质、酶或者细胞沉积在载体上，这样，仅需要设置两组喷淋揉合组先后喷淋蛋白质、酶或者细胞与交联剂的混合液体以及絮凝剂即可，从而可以简化装置和固定化操作。当然，在实际应用中，也可以采用其他固定化方法，例如，包括以下步骤：第一步，将蛋白质、酶或者细胞分布在载体表面上；第二步，利用絮凝剂使蛋白质、酶或者细胞沉积在载体上；第三步，利用交联剂与蛋白质、酶或者细胞交联固定。在采用该固定化方法的情况下，需要设置三组喷淋揉合组分先后喷淋蛋白质、酶或者细胞，絮凝剂和交联剂三种液体。
综上所述，本发明提供的固定化方法，其通过采用本发明提供的上述装置制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞，可以实现固定化蛋白质/酶/细胞的批量和工业化生产。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (29)

1.一种制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，包括：
传送带，用于输送固定蛋白质、酶或者细胞的载体；
依次排列在所述传送带的输送路径上的至少两组喷淋揉合组，每组喷淋揉合组依次包括：喷淋组件，用于朝向经过其的所述载体表面喷淋用于固定化的预设液体；揉合组件，用于使所述预设液体均匀地分布在所述载体表面；其中，对于每组喷淋揉合组，所述揉合组件包括设置在所述传送带上方的一个或多个揉合辊，所述多个揉合辊沿所述传送带的输送路径连续、且依次排列，每个揉合辊在所述载体通过该揉合辊与所述传送带之间的间隙时，在所述载体表面上滚动；
挤液装置，用于在所述载体经过各个喷淋揉合组之后，去除存留在该载体表面上的多余液体；其中，所述挤液装置包括设置在所述传送带末端的一组或多组挤液辊组，所述多组挤液辊组沿所述传送带的输送方向依次排列，每组挤液辊组包括上挤液辊，所述上挤液辊在所述载体通过时，在该载体表面上滚动，同时挤出所述多余液体。
2.根据权利要求1所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，对于每组喷淋揉合组，所述喷淋组件包括设置在所述传送带上方的一个或多个喷淋件，
所述多个喷淋件沿所述传送带的输送路径连续、且依次排列，并且各个喷淋件喷淋相同的所述预设液体。
3.根据权利要求2所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，所述喷淋件包括喷淋管、喷嘴或者溢流槽。
4.根据权利要求3所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，所述喷嘴包括雾化喷嘴或者液流喷嘴。
5.根据权利要求3所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，所述喷淋管包括用于喷出所述预设液体的孔口，并且，在所述孔口上罩设有丝网。
6.根据权利要求2所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，所述喷淋组件还包括一组或多组第一高度调节机构组，各组所述第一高度调节机构组用于一一对应地调节各个所述喷淋件相对于所述传送带的高度；
每组第一高度调节机构组包括两个第一高度调节机构，且分别设置在与该组第一高度调节机构组相对应的喷淋件的两端。
7.根据权利要求1所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，所述揉合辊为一个，且所述揉合辊的表面为光面，或者均匀分布有多个凹槽。
8.根据权利要求1所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，所述揉合辊为多个，且其中一部分所述揉合辊的表面为光面，其中另一部分揉合辊的表面均匀分布有多个凹槽；或者，各个揉合辊的表面均为光面；或者，各个揉合辊的表面均匀分布有多个凹槽。
9.根据权利要求7或8所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，每个凹槽呈长条状，各个长条状凹槽的长度方向与所述揉合辊的轴向相互平行，且所述多个凹槽沿所述揉合辊的周向均匀排布；或者，
每个凹槽呈环状、且沿所述揉合辊的周向环绕，并且所述多个凹槽沿所述揉合辊的轴向均匀排布。
10.根据权利要求8所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，对于相邻的，且均分布有所述凹槽的两个揉合辊，其中一个揉合辊上的各个所述凹槽一一对应地相对于其中另一个揉合辊上的各个所述凹槽偏移一个槽距。
11.根据权利要求7或8所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，所述凹槽包括梯形槽、矩形槽或者锥形槽。
12.根据权利要求1所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，所述揉合组件还包括一组或多组第二高度调节机构组，各组所述第二高度调节机构组用于一一对应地调节各个所述揉合辊相对于所述传送带的高度；
每组第二高度调节机构组包括两个第二高度调节机构，且分别设置在与该组第二高度调节机构组相对应的揉合辊的两端。
13.根据权利要求1所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，所述挤液装置包括设置在所述传送带上方的一个或多个挤液辊，所述多个挤液辊沿所述传送带的输送方向连续、且依次排列；每个挤液辊在所述载体通过该挤液辊与所述传送带之间的间隙时，在所述载体表面上滚动，同时挤出所述多余液体。
14.根据权利要求1所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，每组挤液辊组还包括下挤液辊，其中，
所述下挤液辊通过滚动而使到达所述传送带末端的所述载体自所述上挤液辊和下挤液辊之间的间隙通过，并且所述下挤液辊的线速度与所述传送带的线速度一致。
15.根据权利要求13所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，所述挤液装置还包括一组或多组第三高度调节机构组，各组所述第三高度调节机构组用于一一对应地调节各个所述挤液辊相对于所述传送带的高度；
每组第三高度调节机构组包括两个第三高度调节机构，且分别设置在与该组第三高度调节机构组相对应的挤液辊的两端。
16.根据权利要求14所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，所述挤液装置还包括一组或多组第三高度调节机构组，各组所述第三高度调节机构组用于一一对应地调节各个所述上挤液辊相对于所述下挤液辊的高度；
每组第三高度调节机构组包括两个第三高度调节机构，且分别设置在与该组第三高度调节机构组相对应的挤液辊的两端。
17.根据权利要求14所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，还包括：
电机，用于提供动力；
传动机构，用于同时向所述传送带和所述下挤液辊提供来自所述电机的动力。
18.根据权利要求13所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，还包括：
电机，用于提供动力；
传动机构，用于向所述传送带提供来自所述电机的动力。
19.根据权利要求1所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，还包括：
回收载板，用于在所述载体经过所述挤液装置之后，承载所述载体。
20.根据权利要求1所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，所述载体采用开孔的多孔有机泡沫材料制作。
21.根据权利要求20所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，所述载体包括三聚氰胺。
22.根据权利要求1所述的制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞的装置，其特征在于，所述载体呈片状，且厚度为0.1～2cm。
23.一种蛋白质、酶、或者细胞的固定化方法，其特征在于，采用权利要求1-22任意一项所述的装置制备固定化蛋白质/固定化酶/固定化细胞。
24.根据权利要求23所述的固定化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，使用交联剂与蛋白质、酶或者细胞交联，以获得蛋白质、酶或者细胞与交联剂的混合液体；
S2，将所述混合液体喷淋在所述载体表面，并使所述混合液体均匀地分布在所述载体表面；
S3，将絮凝剂喷淋在所述载体表面，并使所述絮凝剂均匀地分布在所述载体表面；
S4，去除存留在该载体表面上的多余液体。
25.根据权利要求24所述的固定化方法，其特征在于，所述蛋白质或酶的浓度为0.3％～30％。
26.根据权利要求24所述的固定化方法，其特征在于，所述细胞的浓度为0.5％～50％。
27.根据权利要求24所述的固定化方法，其特征在于，所述交联剂包括多元醛化合物。
28.根据权利要求27所述的固定化方法，其特征在于，所述多元醛化合物包括戊二醛或者双醛淀粉。
29.根据权利要求24所述的固定化方法，其特征在于，所述絮凝剂包括聚乙烯亚胺或者壳聚糖。
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