Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук.
— Москва, ТулГУ, 2014. — 106 с.
Специальность 03.01.06 - Биотехнология (в том числе
бионанотехнологии)
Цель работы: Выявление закономерностей
формирования 3D-архитектуры биокремнийорганической золь-гель
матрицы под влиянием клеток микроорганизмов для разработки
гетерогенных биокатализаторов.
Научная новизна Впервые методом СЭМ установлено, что метилотрофные дрожжи Pichia angusta и уксуснокислые бактерии Gluconobacter oxydans участвуют в самоорганизованном формировании архитектуры гибридной биокремнийорганической матрицы, причем архитектура зависит от типа микроорганизма.
Впервые установлена возможность инкапсулирования метилотрофных дрожжей Pichia angusta в бимодальные кремнийорганические матрицы с использованием золь-гель технологий как способа получения стабильных гетерогенных биокатализаторов. Показано, что выделяющийся в ходе золь-гель процессов спирт не оказывает токсического действия на эти микроорганизмы.
Методом оптической микроскопии изучена динамика образования капсулы вокруг каждой дрожжевой клетки. Показано, что в условиях основного катализа фторидом натрия капсулы вокруг клеток дрожжей формируются в течение пяти часов. Результаты исследования вносят вклад в развитие методов получения «искусственных спор» на основе инкапсулированных клеток.
Впервые показано, что 3D архитектура гибридных биоматериалов определяется соотношением кремниевых прекурсоров МТЭС и ТЭОС, это находит отражение в свойствах биокатализатора.
Практическая значимость Разработана методика инкапсулирования метилотрофных дрожжей с помощью золь-гель технологии для получения стабильных биочувствительных гетерогенных биокатализаторов, которые можно использовать для тиражирования стандартных биораспознающих элементов сенсоров, гетерогенных биокатализаторов для очистки стоков химических и биотехнологических производств.
Доказано, что иммобилизованные в кремнийорганические матрицы дрожжи Pichia angusta являются стабильными и эффективными биокатализаторами окисления метанола и этанола в стрессовых условиях (присутствие ионов тяжелых металлов, облучение УФ), что обеспечивает кремнийорганическая капсула вокруг живых клеток микроорганизмов.
Разработаны и апробированы макеты биосенсора для определения содержания этилового спирта в образцах бродильной массы и утилизации метилового спирта в метанолсодержащих стоках химических производств. Методика анализа с использованием разработанных макетов биосенсора характеризуется быстротой, высокой чувствительностью, низкой стоимостью.
Работа вносит практический вклад в разработку гетерогенных биокатализаторов. Предложенный метод иммобилизации прост в исполнении и позволяет получать стабильные, высокочуствительные гетерогенные биокатализаторы, не требует энергоемкого, дорогостоящего оборудования и позволяет получать материалы сложного химического состава и структуры.
Разработанный гетерогенный биокатализатор на основе метилотрофных дрожжей, иммобилизованных в кремнийорганическую матрицу, использован при разработке модельных биофильтров, которые перспективны для утилизации метанола в стоках промышленных производств.
Научная новизна Впервые методом СЭМ установлено, что метилотрофные дрожжи Pichia angusta и уксуснокислые бактерии Gluconobacter oxydans участвуют в самоорганизованном формировании архитектуры гибридной биокремнийорганической матрицы, причем архитектура зависит от типа микроорганизма.
Впервые установлена возможность инкапсулирования метилотрофных дрожжей Pichia angusta в бимодальные кремнийорганические матрицы с использованием золь-гель технологий как способа получения стабильных гетерогенных биокатализаторов. Показано, что выделяющийся в ходе золь-гель процессов спирт не оказывает токсического действия на эти микроорганизмы.
Методом оптической микроскопии изучена динамика образования капсулы вокруг каждой дрожжевой клетки. Показано, что в условиях основного катализа фторидом натрия капсулы вокруг клеток дрожжей формируются в течение пяти часов. Результаты исследования вносят вклад в развитие методов получения «искусственных спор» на основе инкапсулированных клеток.
Впервые показано, что 3D архитектура гибридных биоматериалов определяется соотношением кремниевых прекурсоров МТЭС и ТЭОС, это находит отражение в свойствах биокатализатора.
Практическая значимость Разработана методика инкапсулирования метилотрофных дрожжей с помощью золь-гель технологии для получения стабильных биочувствительных гетерогенных биокатализаторов, которые можно использовать для тиражирования стандартных биораспознающих элементов сенсоров, гетерогенных биокатализаторов для очистки стоков химических и биотехнологических производств.
Доказано, что иммобилизованные в кремнийорганические матрицы дрожжи Pichia angusta являются стабильными и эффективными биокатализаторами окисления метанола и этанола в стрессовых условиях (присутствие ионов тяжелых металлов, облучение УФ), что обеспечивает кремнийорганическая капсула вокруг живых клеток микроорганизмов.
Разработаны и апробированы макеты биосенсора для определения содержания этилового спирта в образцах бродильной массы и утилизации метилового спирта в метанолсодержащих стоках химических производств. Методика анализа с использованием разработанных макетов биосенсора характеризуется быстротой, высокой чувствительностью, низкой стоимостью.
Работа вносит практический вклад в разработку гетерогенных биокатализаторов. Предложенный метод иммобилизации прост в исполнении и позволяет получать стабильные, высокочуствительные гетерогенные биокатализаторы, не требует энергоемкого, дорогостоящего оборудования и позволяет получать материалы сложного химического состава и структуры.
Разработанный гетерогенный биокатализатор на основе метилотрофных дрожжей, иммобилизованных в кремнийорганическую матрицу, использован при разработке модельных биофильтров, которые перспективны для утилизации метанола в стоках промышленных производств.