Большинство синтетических полимерных носителей, используемых для иммобилизации ферментов и клеток, представляют собой полимеры на основе акриловой кислоты. Прежде всего это акриламид — гидрофильный носитель. Обычно ферменты и клетки включают в
полиакриламидный гель (ПААГ), который получают при сополи-меризации акриламида со сшивающим агентом К^-метиленбисакри-ламидом (МБАА). При этом нити акриламида, сшитые МБАА, образуют жесткую и стойкую пространственную сетку геля. ПААГ выпускается рядом иностранных фирм под различными названиями в зависимости от присутствия функциональных групп (энзакрил и др.). Чтобы получить реакциошюспособиые полимеры для ковалентной иммобилизации, вводят активные химические группы в готовый полимер методом химической модификации или активируют соответствующие функциональные производные мономера. В качестве активаторов чаще применяют циаиогалогеиы. Для получения гелей, обладающих более жесткой и инертной структурой, сшивают носители синтетического и природного происхождения, например, ПААГ и агарозу. Первые выпускают на основе акрилов в виде сферических гранул за рубежом и называют сфероиами. Среди других синтетических полимерных носителей следует отметить полиамидные. Это гетерогенные полимеры с повторяющейся амидиой группой C(O)-NH— найлон б, капрон и др. Для использования их в таком качестве полиамиды активируют, частично гидролизуя, с последующей обработкой глу-таровым альдегидом. Достоинство носителей этого типа состоит в том, что их можно готовить в различных формах — гранулах, порошках, волокнах, мембранах и т. д. В последнее время для иммобилизации широко используют гидрофильные гели на основе поливинилового спирта (ПВС). Их получают, применяя сшивающие агенты (кси-лепдихлорид, хлоргидрин в щелочной среде, глутаровый альдегид в кислой среде или облучают УФ-светом).
Получение криогелей без сшивающих агентов
Удобным материалом для включения ферментов в гель являются гидрофильные полиуретановые полимеры. Во-первых, иммобилизация с их использованием легко достигается простым смешиванием полимера и клеток или ферментов без дополнительного нагревания или сдвига рН; во-вторых, они с необходимыми физическими и химическими свойствами могут быть получены в отсутствии ферментов, т. е. исключается инактивация последних мономерами.
Часто матрицы сами по себе трудно использовать в качестве факторов, способствующих удержанию фермента или клетки на поверхности носителей. Для этого их нужно активировать, т. е. провести такую химическую реакцию, чтобы на поверхности образовались элект-рофильные группы, обладающие большой реакционной способностью по отношению к нуклеофильным группам на белке (амино-, карбок-си- и ОН-группы). Наиболее эффективными среди них являются имидокарбопаты, карбонаты, эпоксиды, активированные двойные связи, активированные атомы галогенов.
Получение этих производных — довольно сложный процесс. Для каждого носителя используют свои реагенты в зависимости от иали-
чия в них тех или иных функциональных групп (гидроксильиых, карбоксильных, аминных и др.).
Органические низкомолекулярные носители
Многие ферменты для проявления своей активности нуждаются в присутствии липидов. Кроме того, большинство ферментативных реакций протекают вблизи биологических мембран, представляющих собой смесь липидов, т. е. иммобилизация протекает в условиях, близких к естественным. Для этих целей чаще всего применяют фосфолипи-ды — основные липиды биологических мембран. Они состоят из глицеринового основания, остатка фосфорной кислоты, амипоспирта (полярная головка) и одного или двух радикалов — остатков жирных кислот. Из-за особенности физико-химических свойств, наличия гидрофобных хвостов и гидрофильной головки фосфолипиды способны образовывать мономолекулярные и бимолекулярные остатки, сферические тела, цилиндры и т. д.
В качестве носителей можно использовать также синтетические аналоги липидов (поверхностно-активные вещества) — триптон (полиоксиэтиленалкилфениловые эфиры), теин (оксиэтилированиые эфиры аигидросорбита и жирных кислот), бридж (простые эфиры полиоксиэтилена).
Неорганические носители
Из-за легкости регенерации и возможности придания им различных конфигураций неорганические носители находят все большее применение в промышленных процессах. Их используют в виде порошков, шариков или монолитов. Причем они могут быть пористыми или непористыми. Монолиты, как правило, состоят из большого числа каналов разной формы сечения, отделенных тонкой стенкой; они оказывают меньшее сопротивление потоку.
Из неорганических носителей чаще всего используют макропористые стекла, силикагель и силохромы (кремнеземы). Они обладают механической прочностью, химически инертны, устойчивы к действию микроорганизмов. Кроме того, поры этих материалов обладают достаточной жесткостью. Силикагель — аморфное вещество, получаемое из ортокремниевой кислоты поликоидеисацией («старение»). Поверхности кремнеземов покрыты гидрофильными группами, обладающими слабыми кислотными свойствами, поэтому в щелочной среде они разрушаются, и это можно устранить в кислотном диапазоне рН, а также покрывая эти поверхности пленками оксидов металлов (алюминий, титан), полимерами (полиэтилеиамин) или обработав солями переходных металлов. Еще одним способом модификации кремнеземов является введение в них различных реакционноспособных групп (-CN, -NOo, -NH2). Для этих целей используют кремнийоргаии-ческие вещества (у~аминопропилтриэтоксилан для NH2, галогеиалкил-силаны для С1, сложные эфиры силилкарбоновых кислот для CON3 и т. д.).
Среди других неорганических носителей можно отметить глины, цеаниты, пористую керамику, которые также можно модифицировать.