Синтетические полимерные носители

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.