5. Характеристика методов физической иммобилизации

Все методы физической иммобилизации (т. е. иммобилизации, при которой фермент не соединен с носителем ковалентными связями) разделяют на четыре группы:

1. Адсорбция на нерастворимых носителях (т. е. на поверхности носителя).

2. Включение в поры геля.

3. Иммобилизация в полимерных пленках (мембранах).

4. Включение в двухфазную реакционную среду, где препарат может находиться только в одной из фаз.

1.Иммобилизация на поверхности носителя. Для создания иммобилизованных систем используются разные носители: непористые, ячеистые и др.

В этом случае удерживающая поверхность или часть поверхности носителя «омывается» внешней средой (жидкой или газообразной).

При иммобилизации на носителе препарат может быть связан различными силами:

– адсорбционно неспецифически – взаимодействие базируется на не ковалентных контактах (ионные, гидрофобные, водородные и др.);

– адсорбционно биоспецифически – носитель, содержащий аффинные лиганды, способен образовать достаточно прочные комплексы с поверхностью препарата (в основе также лежат нековалентные взаимодействия).

– химически удерживающая матрица должна иметь особые группировки, способные реагировать с компонентами препарата (этот случай можно рассматривать как хемосорбцию); либо для ковалентного связывания препарата с носителем необходим специальный сшивающий агент.

Достоинство метода: исключительная простота проведения.

2.Иммобилизация в массе носителя. В данном варианте иммобилизации в качестве носителей применяются либо полимерный гель, либо полимерное волокно.

Иммобилизация в носителе или в массе (объеме) носителя. Между внешней средой и препаратом в результате иммобилизации появляется слой материала носителя. В данном случае свойства носителя (например, пористость, заряд, гидрофильность) в значительной степени могут сказываться на функционировании иммобилизованного препарата и на уровне реализации потенциальных возможностей.

Природа сил, удерживающих препарат в объеме носителя: физические факторы (просто массой носителя, т. е. механически), образованием ковалентных связей между компонентами препарата и веществом матрицы (препарат «вшивается» в носитель)

Достоинство метода: препараты также лучше защищены от многих неблагоприятных факторов среды.

3. Иммобилизация с использованием мембранной технологии.

Препарат и небольшая часть внешней среды помещены в замкнутый объем, отделенный от остальной среды избирательно проницаемой мембраной, размер пор, в которой таковы, что субстраты и продукты через них проникают, а иммобилизованный препарат удерживается внутри замкнутого объема. С уменьшением толщины мембраны увеличивается активность биокатализатора и увеличивается диффузия субстрата к биокатализатору.В мембранной технологии применяются следующие системы: плоские мембраны, пористые волокна и микрокапсулы.

6. Классификация методов иммобилизации. Иммобилизация на поверхности носителя и силы, определяющие связывание препарата на поверхности носителя

Классификация методов иммобилизации с точки зрения природных сил, удерживающих препарат в зоне носителя:

• Химическая иммобилизация - препарат химически «пришивается» к носителю, что, в свою очередь, может осуществляться как на поверхности соответствующего нерастворимого материала, так и в объеме носителя.

• Физическая иммобилизация- удержание препарата носителем осуществляется за счет физических факторов: адсорбционно, полупроницаемой мембраной, электрическим полем и т. д., в этом случае имеют ввиду иммобилизацию, при которой препарат не соединяется с носителем ковалентными связями. (не образуются хим. связи)

Классификации методов в зависимости от иммобилизации препарата:

• производится ли иммобилизация одновременно с обездвиживанием препарата и образованием матрицы носителя

• процесс иммобилизации происходит на заранее приготовленной нерастворимой основе, на которой тем или иным способом закрепляют биологическое действующее начало.

Иммобилизация препаратов на носителе может быть обратимой (временной) − возможно, удалить отработавшие свой срок клетки и вновь иммобилизовать свежие, и необратимой.

Иммобилизация на поверхности носителя: Адсорбция на нерастворимых носителях). Для создания иммобилизованных систем используются разные носители: непористые, ячеистые и др.

При иммобилизации на носителе препарат может быть связан различными силами:

– адсорбционно неспецифически – взаимодействие базируется на не ковалентных контактах (ионные, гидрофобные, водородные и др.);

– адсорбционно биоспецифически – носитель, содержащий аффинные лиганды, способен образовать достаточно прочные комплексы с поверхностью препарата (в основе также лежат нековалентные взаимодействия).

– химически удерживающая матрица должна иметь особые группировки, способные реагировать с компонентами препарата (этот случай можно рассматривать как хемосорбцию); либо для ковалентного связывания препарата с носителем необходим специальный сшивающий агент.

К достоинствам адсорбционной иммобилизации относятся исключительная простота методов ее проведения. Способы разделяются на статические (носитель вносят в суспензию биопрепарата и смесь некоторое время инкубируют. Иммобилизация достигается за счет осаждения клеток и их адсорбции на частицах), с перемешиванием (более быстрое завершение процесса адсорбции и более равномерное заполнение носителя.) и путем нанесения на колонке (в прокачивании суспензии с препаратом через колонку, заполненную носителем). Иногда для проведения адсорбционной иммобилизации применяют метод электроосаждения (электроадсорбция)