固定化细胞技术是利用物理或化学手段将游离状态的细胞固定或定位在限定的空间区域，并使其保持固有的催化活性。
固定化细胞技术的研究进展
一、固定化细胞技术的特点
固定化生物细胞能持续增殖、休眠和衰亡，其活性始终保持稳定。固定化的生物细胞除保持其原有的识别、结合、催化活性外，还具有细胞密度高、反应速率快、耐毒性能力强、稳定性高、产物分离容易、能实现连续操作等特点，可大大提高生产能力。
二、细胞固定化方法
细胞固定化方法有很多，Karel等人将其归纳为表面吸附、多介质包埋、隔离和自凝集4大类；王建龙把目前常用的固定化方法分为吸附法、包埋法、胶联法和截留法；杨文英等介绍了吸附法、包埋法、共价结合法、胶联法、多孔物质包络法、超过滤法、多种固定化方法联用等7种常用方法；成庆利等按有无外加载体将细胞固定化方法分为有载体固定化法和无载体固定化法2种；张磊等按照固定化载体与方式的不同将其分为吸附法、包埋法、共价结合法和胶联法。
吸附法、包埋法、共价结合法和胶联法的定义及优缺点见表1。
表1 各种固定化方法的比较
方法 | 定义 | 分类 | 优点 | 缺点 |
吸 附 法 | 又称载体结合法。依据带电细胞与载体之间的静电、表面张力、黏附力，使细胞固定在载体表面和内部形成生物膜 | 物理吸附法和离子吸附法 | 操作简便，活性损失小 | 细胞与载体之间作用力小，易脱落 |
包 埋 法 | 将细胞包埋在凝胶的微小空间内或埋于半透膜聚合物的超滤膜内 | 凝胶包埋法：将细胞包埋在各种凝胶内部的微孔中；半透膜包埋法：将细胞包埋在各种高分子聚合物制成的小球内 | 简单，条件温和，稳定性好，细胞容量高 | |
共价结合法 | 细胞表面功能团与固相支持物表面的反应基团形成化学共价键，从而形成固定化细胞 | 细胞与载体结合紧密，不易脱落 | 制备较难，细胞活性损失较大 | |
胶 联 法 | 双功能或多功能试剂直接与细胞表面的反应基团发生反应，使彼此胶联成网状结构，使细胞固定 | 细胞与载体结合紧密 | 制备麻烦，细胞活性损失较大 |
三、细胞固定化载体
适用于固定化技术的载体有有机载体、高分子载体、无机载体等，其中高分子载体材料因其具有众多良好的性能而成为首选载体材料。高分子载体一般又分为天然高分子材料和合成高分子材料2大类。天然高分子材料载体包括：卡拉胶、明胶、琼脂、甲壳素、壳聚糖、海藻酸钙、醋酸纤维素、血纤维蛋白等；合成高分子材料包括：聚酞胺树脂(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、聚氨酯、光敏树脂、聚乙烯氧化物等高聚物。
在选择高分子材料载体时，应考虑下列关键因素；1）载体材料的稳定性（包括对环境温度、pH，微生物试剂及化学试剂的稳定性等）及与细胞的相容性；2）制备固定化细胞的方法及成型的难易程度；3）较好的机械强度并能长时间重复使用；4）毒性（包括对任何细胞存活性）的影响；5）培养基的来源和成本。目前，寻找和开发成本低廉、高效、通透性好、性能稳定、安全无毒的载体和简单易行的固定化方法始终是发展固定化技术的一个主要方向。
四、细胞固定化反应器
固定化细胞系统的生产能力和工业上应用的可行性很大程度上取决于反应器的选择。按用途可将细胞固定化反应器分为2类：1)生物转化反应器，其生物生长与产物合成无关；2)生产初级产物的反应器。影响反应器选择的因素有：固定化方法，固定化细胞的形状，颗粒大小、密度、机械强度，底物的性质、抑制作用，流体的力学特性及经济因素等。目前供选择的反应器又以下5种：1)连续搅拌型反应器，适用于有底物抑制作用的体系；2)填充床反应器，又称为活塞流反应器，对产物抑制有很好的效果，适用于滞留时间较长的反应；3)流化床反应器，可用于处理黏性强和带颗粒的底物，也可用于需要供氧和排放气体的反应；4)膜反应器，适用于需要供氧或有CO2气体排放的反应，但对细胞生长速度快、细胞浓度高、易引起膜破裂的反应不宜用；5)转盘式反应器，其优点是易于供应氧气，细胞浓度高，发酵液黏度低，所需能量低，操作成本低。
此外，还有塔式反应器、纤维固定细胞反应器、筛板反应器和循环床反应器等，但迄今为止还没有一种通用的、理想的反应器，因此，有必要针对各自的研究和产物，选用或研制合适的生物反应器。
由于膜固定化细胞反应器能把高密度细胞固定在膜所形成的空间内，使细胞处于自由环境中，免受剪切力损伤，同时还可对产物进行原位分离，消除抑制效应，便于大规模连续生产，因而使生产效率大大提高，已成功地应用于微生物发酵和动植物细胞大规模培养中。
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