Полисахариды.

Целлюлоза отличается высокой степенью гидрофильности, а наличие большого количества гидроксильных групп дает возможность ее легко модифицировать путем введения различных заместителей. Препараты целлюлозы для придания им химической устойчивости «сшивают» эпихлоргидрином. Для увеличения механической прочности целлюлозу гранулируют путем частичного гидролиза, в результате которого разрушаются ее аморфные участки.

Хитин обладает пористой структурой, не растворяется в воде, разбавленных кислотах и щелочах, а также в органических растворителях. Для переведения в реакционноспособную форму он может быть модифицирован глутаровым альдегидом, а также солями тяжелых металлов. Обработка хитина концентрированными растворами щелочей (деацилирование) приводит к образованию хитозана. Иммобилизация биобъектов на основе хитозана обладают высокой каталитической активностью и устойчивостью к микробному воздействию; повышение термоустойчивости белков.

Гели на основе декстрана обладают высокой стойкостью и гидрофильностью (из-за наличия большого количества гидроксильных групп).К группе декстранов можно отнести и крахмал, при модификации которого образуется губчатый крахмал. Обладает высокой устойчивостью к фермантам.

Агароза широко используется как носитель для иммобилизации, ностоимость ее очень высока, поэтому разрабатываются различные методы ее модификации с целью получения легко регенерируемых форм.

Гели агара образуются аналогично агарозным при охлаждении до температуры ниже 38 ⁰С. После высушивания гель агара превращается в прозрачную пленку. «+»: низкая стоимость, нетоксичность и способность формировать механически прочные гели даже при малых концентрациях в растворе

Альгиновые кислоты и их соли служат основой при получении альгинатных гелей. условия включения в гель альгината кальция очень мягкие, полимер можно стерилизовать автоклавированием, и кроме того, процесс иммобилизации обратим, что достигается добавлением агента, связывающего Са²⁺ (например ЭДТА или лимонной кислоты).Гепарин успешно применяется для получения водорастворимых препаратов иммобилизованных ферментов, используемых в медицине для введения in vivo.

κ-Каррагинан. При нагревании он растворятся, а при последующем охлаждении образует гель.

3. Основные требования к материалам-носителям. Выбор носителей при использовании иммоббилизованных препаратов в технологических исследованиях.

1. Высокая механическая, химическая и биологическая устойчивость, обеспечивающая стабильность получаемых иммобилизованных препаратов;

2. Возможность получения технологически удобных форм (гранул, мембран и т.д.); 3. Носитель не должен затрагивать активность фермента или ферментативные системы клетки при реализации конкретной технологии, необходимо исключить нежелательные воздействия носителя (токсичность, температура и т. д.);

4. Надежное удержание фермента и клетки носителем; 5. Материал носителя не должен препятствовать обеспечению иммобилизованного препарата субстратами, газообмену и отводу продуктов жизнедеятельности; 6. Высокая гидрофильность, обеспечивающая возможность реакций в водной среде; 7. Дешевизна носителя и простота иммобилизации, т. е. экономическая оправданность.

Выполнить все требования невозможно, поэтому необходимо находить компромисс между «идеальным» и «реально возможным». Для приближения к оптимальному варианту необходима разработка научно-обоснованных подходов для выбора путей иммобилизации.

4. Использование белков и липидов в качестве носителей.

Использование белков в качестве носителей обусловлено их следующими достоинствами:

1. Высокая вместимость по отношению к ферментам; 2. Способность к биодеградации; 3. Возможность применения большинства из них (благодаря фибриллярной природе) в виде тонкой пленки (толщина 80 мкм). Иммобилизацию на белковых носителях можно проводить как в присутствии, так и отсутствии сшивающих агентов. Недостаток белков как носителей, в частности для медицинских препаратов, используемых in vivo, -- высокая иммуногенность (кроме коллагена и фибрина). Наиболее часто в качестве носителей применяют структурные белки, такие как кератин, фиброин, коллаген; двигательные белки, в частности миозин, а также транспортные белки, например сывороточный альбумин.

Коллаген – фибриллярный, гидрофильный, прочный белок группы склеропротеидов. Его используют и в виде модифицированных производных. Наиболее часто коллаген употребляется в азидной форме. В результате длительной обработки коллагена кипящей водой, в ходе чего гидролизуются некоторые его ковалентные связи, получают желатин, который имеет гелевую структуру нетоксичен.

Кератин (α и β). α-Кератин содержит много цистеина, что способствует иммобилизации препаратов, содержащих SH-группы. β-Кератины имеют много глицина и аланина, что способствует образованию вытянутой зигзагообразной полипептидной цепи. Нити β-Кератина обладают мягкостью, гибкостью и нерастворимостью, но α-Кератин более прочный.

Липиды. Для иммобилизации используются природные липиды – компоненты биомембран. Обычно липидные носители применяются в виде монослоев на различных поверхностях или бислоев (как правило, сферической формы). Липидный монослой можно нанести на твердую подложку (силикагель, сажа и т. д.). В качестве липидной матрицы используют обычно лецитин, фосфатидилэтаноламин и холестерин. Возможность варьировать структуру и ориентацию молекул в липидных слоях достигается подбором полярности носителя и природы используемого растворителя липида. В качестве природных носителей используются липосомы. Для приготовления липосом наиболее часто используются фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, сфингомиелин. Размер и форма липосом зависит от способа их приготовления, а также от таких факторов, как кислотность среды, присутствие неорганических солей и природы используемого липида. Существует три различных типа липосом: мультиламеллярные, моноламеллярные и макровезикулярные. Мультиламеллярные липосомы представляют собой замкнутые упорядочные структуры, состоящие из нескольких концентрических липидных бислоев, отделенных один от другого водной средой. Ультрозвуковая обработка мультиламеллярных липосом приводит к трансформации их в моноламеллярные.

Макровезикулярные липосомы образуются, например, путем слияния малых липосом, индуцируемого ионами Са²⁺, а также присутствием фосфолипидов с отрицательно заряженными головными группами. Такие липосомы состоят из одного бислоя. Достоинства липосом как носителей:

1. Простота получения; 2. Легкость регенерации иммобилизованного материала; 3. Возможность использования in vivo ввиду близости свойств с природными биомембранами.