Микрокапсулирование

Этот способ иммобилизации ферментов разработан Т. Чан-гом (1964). Суть его состоит в том, что водный раствор фермента включают внутрь микрокапсул, представляющих собой замкнутые сферические пузырьки с тонкой полимерной стенкой (мембра­ной) (рис. 9,о). В зависимости от условий получения размер мнкрокапсул изменяется от нескольких десятков до нескольких сотен микрометров, а толщина мембраны составляет сотые — десятые доли микрометра при диаметре пор порядка нескольких нанометров. Существует два основных способа получения микро-капсул. В первом из них водный раствор фермента сначала диспергируется при энергичном перемешивании и диэтиловом эфире, содержащем ПАВ, которое выступает в роли эмульга­тора. К полученной эмульсии, не прекращая перемешивания, добавляют эфирный раствор полимера, обычно нитрата целлю­лозы. При соприкосновении с поверхностью эмульсионных ка­пель этот полимер, будучи нерастворимым в воде, образует тонкую оболочку-микрокапсулу. Готовые микрокапсулы отделяют центрифугированием или фильтрованием и про­мывают.

При втором способе микрокапсулирования образование мемб­раны на поверхности водных микрокапель достигается за счет реакции межфазной поликонденсации двух компонентов, один из которых растворен в водных каплях эмульсии, а другой — в объеме органической фазы. Наиболее распространенными яв­ляются полиамидные микрокапсулы, получаемые, например, пу­тем поликонденсации 1,6-гексаметилендиамина (водная фаза) и хло ран гидрида себаци новой кислоты (органическая фаза). Этот способ применим только для тех ферментов, которые не инак-тивируются при высоких значениях рН, существующих в водных растворах диамина.

Водный раствор фермента, использующийся для получения
микрокапсул, должен содержать инертный белок (обычно ге­
моглобин) в концентрации около 10%, который обеспечивает в
микрокапсулах необходимое внутреннее давление и стабилизиру­
ет фермент. Для повышения стабильности микронапсулирован-
ного фермента его нередко подвергают также обработке глу-
таровым альдегидом, приводящей к образованию внутри
мнкрокапсул белковых полимеров. Кроме того» более высокой
стабильности можно добиться, если перед микрокапсулированием
фермент предварительно иммобилизовать путем адсорбции на
носителе, включения в гель или другим способом. )

В некоторых случаях для иммобилизации применяются микрокапсулы, мембрана которых образована ковалентно сши­тыми между собой молекулами инертного белка. Такие микро­капсулы можно получить, если в методе с применением поликон­денсации в систему не вводить диамин. Тогда хлорангидрид дикзрбоновой кислоты (или другой используемый органораство-

«8

s^

т

а

Рис. 9. Иммобилизация ферментов с использованием полу-проницаемых оболочек (мембран):

2 эмульгирование; в-

волокна; г— включение в полые волокне проницаемым* стенкамн: д - включение в лниосомь,-обозначены молекулы фермента; символами S н IP - с н продукт ферментативной реакции соответственно

римый бифункциональный сшивающий агент) будет образовывать ковалентные сшивки между молекулами инертного белка, располагающимися на поверхности водной микрокапли,

§ 12. Двойное эмульгирование

При иммобилизации методом двойного эмульгирования (Т. Чаш, 1965) сначала готовят эмульсию водного раствора фермента в органическом растворе полимера, точно так же, как было описано для случая получения микрокапсул первым спо­собом. Готовую эмульсию вновь диспергируют, на этот раз в воде. В результате получается водная эмульсиая из капель органического раствора полимера, содержащих, в свою очередь, еще более мелкие включенные капли водного раствора фермен­та (рис. 9,6). Через некоторое время органический раствор затвердевает, образуя полимерные сферические частицы с им­мобилизованным в них ферментом.

С. Мэй и Н. Ли (1972) предложили модификацию этого способа иммобилизации, в котором в качестве материала для образования мембраны вместо водонерастворимого отверждаю-щегосн полимера используются жидкие углеводороды с большой молекул ирной массой. Этот метод получил название иммобилиза­ции путем включения в жидкие мембраны,

§ 13. Включение в волокна

От микрокапсул и рованн я этот способ иммобилизации» пред­ложенный Д. Динелли (1972), отличается главным образом формой получаемых препаратов: в первом случае образуются сферические микрокапсулы» а во втором — нити. Суть состоит в том_т что Змульсию водного раствора фермента в органическом растворе волокнообразуюшего полимера (производные целлю­лозы, полнейнилхлорид, пол и-Л-метил глута мат) продавливают через фильеры в жидкость {например, толуол), вызывающую коагуляцию полимера. Полученные волокна представляют собой пористые полимерные гели, содержащие гомогенную дисперсию небольших капель водного раствора фермента размером около I мкм (рис. 9,е). Ферментсодержащне волокна обладают вы­сокой механической прочностью; например, из них можно изго­товить ткань, которая будет обладать ферментативной актив­ностью. Для дополнительного повышения механической проч­ности волокна иногда заключают в тонкую полиамидную обо­лочку.

Для иммобилизации ферментов можно использовать также производимые промышленностью готовые полимерные полые волокна, которые применяют для очистки белков методом диа­лиза (рис. 9, г). Полые волокна изготавливают из природных или синтетических полимеров (целлюлоза, поли вин ил хлорид, полисульфон, полиакрил а мид); они имеют внешний и внутрен-

ний диаметр порядка нескольких сотен микрометров при толщи­не мембраны в несколько десятых микрометра. Для проведения ферментативной реакции волокна, по которым циркулирует ра­створ фермента, погружают в сосуд с раствором субстрата,