Композиция для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов

Изобретение относится к синтетическому носителю для иммобилизации микроорганизмов. Описана композиция для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов, состоящая из поливинилового спирта и катализатора сшивки церий-аммоний нитрата, отличающаяся тем, что исходные компоненты взяты в мольном соотношении ПВС:(NH4)2Се(NO3)6 (160-110):(1-1,3). Технический результат – обеспечение образования нерастворимого в воде гидрогеля для иммобилизации микроорганизмов, повышение точности и чувствительности анализа с использованием биосенсора. 1 ил. , 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к системам на основе микроорганизмов, иммобилизованных в матрицу синтетического носителя.

Известна полимерная композиция для иммобилизации микроорганизмов на основе криогеля поливинилового спирта (ПВС). Криогели ПВС образуются при замораживании 10-20%-ных водных растворов при (-18) – (-22)°C в течение 16-48 ч и последующем оттаивании при 4-20°C. [Патент РФ 2315102 Иммобилизованный биокатализатор для биологической очистки жиросодержащих сточных вод и способ его получения]. Иммобилизованные в данной композиции микроорганизмы мало пригодны для применения в качестве рецепторных элементов биосенсорных анализаторов, так как в виде тонких пленок криогель ПВС обладает очень низкой механической прочностью.

Известна сшивка ПВС с помощью сульфата натрия в присутствии борной кислоты. Иммобилизация микроорганизмов происходит одновременно со сшивкой ПВС. Готовят раствор А: 10%-ный раствор ПВС, для этого 10 г ПВС растворяют в 90 мл воды и нагревают до температуры 80°C, после растворения ПВС сразу же приливают 20 мл 1%-ного раствора альгината натрия и охлаждают до комнатной температуры. После охлаждения ПВС-альгинатного раствора, добавляют 10%-ный активный ил. Одновременно с раствором А готовят раствор В: к 500 мл насыщенного 7%-ного раствора Н3ВО3 прибавляли 2-5%-ный раствор CaCl2. Затем раствор А погружали в раствор В на 1 ч. При этом формировались ПВС-боратные гранулы. Гранулы промывали и хранили при 4°C в дистиллированной воде. ПВА-сульфатные гранулы (группа S) были подготовлены путем переноса гранулы (группа В) в 0,5 м раствор Na2SO4 погружая их на 1 ч. Гранулы промывали и хранили при 4°C в дистиллированной воде. [Leu Tho Bach, Pham Van Dinh. Immobilized bacteria by using PVA (Polyvinyl alcohol) crosslinked with Sodium sulfate // International Journal of Science and Engineering (IJSE). 2014. V. 7(1). P. 41-47] Недостатком методики является губительное воздействие борной кислоты, многокомпонентность смесей и трудоемкий процесс приготовления гидрогеля.

Наиболее близкой к заявленному техническому решению, принятой за прототип, является полимерная композиция для иммобилизации микроорганизмов на основе ПВС, модифицированного N-винилпирролидоном [Пат. РФ №2461625, МПК8 C12N 11/04; C08F 216/06 от 30.12.2010 г. Композиция для получения полимерной пленки для иммобилизации микроорганизмов в биосенсорных анализаторах]. Полимерную композицию получают из поливинилового спирта, модифицированного N-винилпирролидоном. Модификацию проводят в токе азота в присутствии нитрата церия-аммония в качестве катализатора при мольном соотношении реагентов ПВС : N-ВП : катализатор - 239:(9,0-56,2):(0,7-6,0). Для приготовления рецепторных элементов биосенсора полученный раствор композиции для получения полимерной пленки смешивают с бактериальными клетками и высушивают в течение 2 ч при 20°C.

К недостаткам изобретения можно отнести то, что при модификации с использованием N-ВП помимо сшивки цепей ПВС возможны реакции с образованием разветвленного полимера, который растворим в воде. В результате в процессе эксплуатации гидрогеля с иммобилизованными микроорганизмами часть биоматериала вымывается. Исключение из композиции N-ВП является экономически обоснованным, так как приводит к удешевлению используемого носителя.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности и чувствительности анализа с использованием биосенсора путем получения сшитого поливинилового спирта, обеспечивающего образования нерастворимого в воде гидрогеля для иммобилизации микроорганизмов.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемой композиции для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов, заключается в том, что полученные тонкие, эластичные пленки, набухающие в воде с образованием гидрогеля, могут быть использованы для иммобилизации микроорганизмов при создании рецепторных элементов биосенсорных анализаторов.

Сущность технического решения заключается в том, что композиция для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов в биосенсорных анализаторах состоит из полимера на основе поливинилового спирта, полученного окислительной сшивкой под действием ионов церия (IV), при этом исходные компоненты взяты в мольном соотношении ПВС:(NH4)2Се(NO3)6 160-110:1-1,3.

На фиг. 1 представлен механизм сшивки ПВС с участием и ионов Се+4 в качестве инициатора, приводящий к образованию сетчатого полимера, впоследствии из которого формируются тонкие полимерные пленки, способные набухать в водных растворах, образуя гидрогель.

В таблице 1 приведены характеристики биосенсора, иммобилизованные в представленную композицию для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов дрожжей Debaryamyces hansenii при анализе глюкозы и этанола.

Для приготовления композиции для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов к 20 мл 5%-ного водного раствора ПВС (м.м. 78000±1000) прибавляли 0,8 мл водного раствора нитрата церия-аммония (NH4)2Ce(NO3)6 (Т=0,1 г/мл) при постоянном перемешивании. Перемешивание проводят при температуре 55°C в атмосфере азота в течение 3 ч.

При приготовлении композиции для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов не требуется приготовления многокомпонентных смесей, использования борной кислоты, губительно действующей на микроорганизмы, что позволяет упростить процедуру иммобилизации и избежать потери чувствительности биорецепторных элементов вследствие низких значений рН, губительно действующих на микроорганизмы. Введение биоматериала после синтеза полимера способствует увеличению продолжительности дыхательной активности микроорганизмов. Полученную с использованием описанной методики композицию для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов используют в работе в качестве рецептора на кислородном электроде.

Пример

Для приготовления композиции для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов, к 20 мл 5%-ного водного раствора ПВС марки 16/1 (молярная масса 78000±1000, пр-во Россия) прибавляли 0,8-1,2 мл водного раствора нитрата церия-аммония (NH4)2Ce(NO3)6 (T=0,l г/мл) при постоянном перемешивании. Перемешивание проводили при 50-60°C в атмосфере азота в течение 3 ч.

Для иммобилизации дрожжей Debaryamyces hansenii ВКМ Y-2482 раствор композиции для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта охлаждали до комнатной температуры, отбирали необходимое количество микропипеткой и добавляли в него дрожжевые клетки Debaryamyces hansenii ВКМ Y-2482 (20 мг биомассы на 100 мкл раствора полимера). Для равномерного распределения клеток в полимере проводили встряхивание в течение 5 мин на центрифуге «Sky Line». 200 мкл полученной смеси переносили в блистерную упаковку с диаметром ячеек 6-7 мм и высушивали на воздухе до полного высыхания в течение 2-4 ч. Полученную композицию для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта, хранили в холодильнике (+4°C) в сухом виде или в фосфатно-цитратном буферном растворе (рН 6,0).

Кислородный электрод с размещенным на нем биорецептором погружали в измерительную ячейку объемом 3 мл, содержащей фосфатно-цитратный буферный раствор (рН 6,0), и регистрировали содержание кислорода в кювете при добавлении разных концентраций определяемых веществ.

Таким образом, разработанная композиция для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов в биосенсорных анализаторах обеспечивает высокую чувствительность биосенсора при стабильной работе до 46 суток.

Композиция для получения гидрогеля на основе поливинилового спирта для иммобилизации микроорганизмов, состоящая из поливинилового спирта и катализатора сшивки церий-аммоний нитрата, отличающаяся тем, что исходные компоненты взяты в мольном соотношении ПВС:(NH4)2Ce(NO3)6 (160-110):(1-1,3).



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к медицине, а именно к терапевтическому лечению подагры и предупреждению сопутствующих побочных реакций и осложнений у пациентов. Способ предупреждения и прогноз риска инфузионных реакций при внутривенном введении ПЭГилированной уриказы пациентам с подагрой заключается в определении содержания мочевой кислоты в сыворотке крови пациента с последующим указанием на прекращение терапии на уровне примерно 4 мг/дл.
Изобретение относится к биотехнологии. Предложен ферментный биокатализатор в виде наноразмерных частиц для детоксификации фосфорорганических соединений in vivo.

Изобретение относится к области химии полимеров, биохимии и медицины, а именно к способу получения биоспецифического гидрогелевого сорбента для выделения протеиназ.

Изобретение относится к области медицины, конкретно к фармакологии и гепатологии. .
Изобретение относится к области химии полимеров, биохимии и медицины. .

Изобретение относится к быстрому способу получения фотореактивных полимеров и иммобилизации биомолекул на указанных полимерах. .

Изобретение относится к области производства материалов для твердотельной электроники, а именно к составам для получения композиционных материалов с высокой диэлектрической проницаемостью, и может быть использовано при создании конденсаторов, суперконденсаторов, оптоэлектронных преобразователей, топливных элементов, приборов фотовольтаки и др.

Изобретение относится к области гидротехнического и гражданского строительства и может быть использовано для гидроизоляции строительных сооружений, гидротехнических сооружений из низкотемпературных грунтов и пород, а также при строительстве и ремонте дорог.
Изобретение относится к области производства материалов для электрофизического приборостроения, а именно к технологии получения полимерных композитов с высокой диэлектрической проницаемостью, и может быть использовано при создании различных приборов и устройств твердотельной электроники, в том числе конденсаторов, суперконденсаторов, оптоэлектронных преобразователей, топливных элементов и др.

Изобретение относится к композиции смолы, способу ее получения и многослойным конструкциям, включающим по меньшей мере один слой, полученный из композиции смолы. Композиция смолы содержит (A) сополимер этилена-винилового спирта, (B) по меньшей мере одного представителя, выбираемого из ряда, состоящего из карбоновой кислоты и карбоксилатного иона; и (C) металлический ион, где компонент (В) содержит (В2) по меньшей мере одного представителя, выбираемого из набора, состоящего из соединения, имеющего по меньшей мере две карбоксильные группы на молекулу, и аниона этого соединения.
Изобретение относится к способу производства редиспергируемых в воде полимеров, которые могут быть использованы в качестве гидрофобизаторов для песка, глины, бумаги, текстиля, для получения защитных покрытий, сухих строительных смесей и других целей.

Изобретение относится к теплоизоляционному и звукоизоляционному материалу и способу его изготовления. Материал содержит минеральные волокна диаметром от 0,5 до 10,0 мкм и связующее, полученное отверждением водной композиции, включающей поливиниловый спирт, модифицированный крахмал, силан, гидрофобизирующую эмульсию, обеспыливатель и нано- или микрочастицы.

Изобретение относится к пластифицированной водорастворимой пленке и изготовленным из нее упаковочным материалам, таким как мешки и пакеты. Водорастворимая пленка содержит, по меньшей мере, 50 мас.%, водорастворимой смолы на основе поливинилового спирта (ПВС-смола), представляющей собой сополимер винилового спирта и винилацетата с вязкостью в диапазоне от приблизительно 13,5 сП до приблизительно 20 сП и степенью гидролиза в диапазоне от приблизительно 84% до приблизительно 92%.

Изобретение относится к способам получения полимерных композиций из трех видов водорастворимых полимеров и может использоваться для изготовления пленочных материалов.
Изобретение относится к термопластичным эластомерам и термопластичным вулканизатам, пригодным для воздухонепроницаемого применения. Термопластичный вулканизат содержит термопластичную смолу, содержащую сополимер этилена с виниловым спиртом (EVOH), диспергированный в нем вулканизированный каучук и средство, обеспечивающее совместимость EVOH и каучука.

Изобретение относится к области производства материалов для электрохимического и электрофизического приборостроения, а именно к технологии получения полимерных протонпроводящих композитов с высокой диэлектрической проницаемостью, и может быть использовано при создании различных электрохимических приборов и устройств, в том числе суперконденсаторов, электрохромных приборов и оптоэлектронных преобразователей, топливных элементов и др.
Наверх