CC BY
37
УДК: 543.9:663
СТАБИЛЬНЫЙ БИОКАТАЛИЗАТОР ОКИСЛЕНИЯ МЕТАНОЛАНА ОСНОВЕ МЕТИЛОТРОФНЫХ ДРОЖЖЕЙ В ОРМОСИЛ-ГЕЛЯХ ИЗ ТЕТРАЭТОКСИСИЛАНА И ДИМЕТИЛДИЭТОКСИСИЛАНА
Д.Г. Лаврова, О.А. Каманина, П.В. Рыбочкин, В.А. Алферов,
О.Н. Понаморева
Были исследованы структура и свойства биогибридов на основе иммобилизованных метилотрофных дрожжей в процессе одностадийного золь-гель синтеза (рН 7,6) из тетроэтоксисилана (ТЭОС), диметилдиэтоксисилана (ДМДЭС) в присутствии полиэтиэенгликоля. При использовании органического модификатора ДМДЭС вокруг клеток происходит формирование более тонкой оболочки, чем при использовании ме-тилтриэтоксисилана. Биокатализатор на основе метилотрофных дрожжей, иммобилизованных в ОРМОСИЛ гель из ТЭОС и ДМДЭС в соотношении 15:85 об. % проявил наилучшую окислительную активность по отношению к метанолу. Это исследование показало, что существует тонкий баланс между гидрофильными и гидрофобными компонентами в матрицах ORMOSIL для создания комфортных услоывий функционирования иммобилизованных микроорганизмов.
Ключевые слова: золь-гель, диметилдиэтоксисилан (ДМДЭС), ОРМОСИЛ, инкапсулированные клетки, метилотрофные дрожжи, биогибрид
Введение
Золь-гель технологии получения силикагелей из алкоксидов кремния используются для создания трехмерной неорганической сети кремнезема в мягких условиях. Одним из основных преимуществ золь-гель синтеза является возможность получения гибридных неорганически-органических материалов [1]. Органически модифицированный кремнезем (ОРМОСИЛ) объединяет в себе свойства неорганических и органических соединений. Гибридные материалы получают из алкоксидов кремния путем включения органических компонентов в сеть геля, например, полиэтиленгликоля (ПЭГ), поливинилового спирта (ПВС), желатина, каррагена и других органических полимеров, или путем полимеризации с алкилалкоксидами кремния, содержащими органические группы, такие как метилтриэтоксисилан (МТЭС) и диметилдиэтоксисилан (ДМДЭС). Измененяя химический состав прекурсоров и соотношение неорганических и органических компонентов, можно варьировать свойства конечного материала [2]. Органические группы в сети кремнезема обеспечивают структурную гибкость за счет уменьшения степени сшивания и приводят к изменению трехмерной сети геля по нескольким причинам.
Во-первых, скорость реакции гидролиза алкоксидных прекурсоров кремния становится более быстрой по мере увеличения числа метильных
групп, присоединенных к кремнию. Шмидт и соавторы [3] обнаружили эту закономерность, изучив кинетику гидролиза ДМДЭС, ТЭОС и МТЭС в кислой среде. Другие авторы [4] показали, что ДМДЭС ингибирует образование циклических структур ТЭОС, поскольку ДМДЭС реагирует с ТЭОС до того, как ТЭОС сможет реагировать с самим собой, образуя циклические структуры.
Во-вторых, уменьшение количества реакционно способных связей Si-OR в алкилалкоксисилане приводит к снижению степени сшивания. Кроме того, на формирование трехмерной структуры геля могут влиять другие условия золь-гель синтеза (кислотный или щелочной катализ, соотношение прекурсоров и воды, содержание спирта и т.д.). Раббани и соавторы [5] синтезировали упорядоченный кремнезем с использованием МТЭС и ТЭОС при 60 °С с катализатором №ОН, без добавления спирта в реакционную смесь. Увеличение количества МТЭС привело к образованию аморфных материалов. Сферические частицы гибридного диоксида кремния были синтезированы из ТЭОС и МТЭС при комнатной температуре в щелочных условиях в присутствии этанола в качестве сорастворителя [6].
Кроме того, присутствие метильных радикалов в алкоксидных предшественниках приводит к гидрофобным взаимодействиям между ними, изменяя трехмерную структуру сети геля. Поэтому алкилалкоксисиланы называют гидрофобными добавками.
Существует всего несколько работ, описывающих введение диметилсилильных фрагментов в качестве гидрофобных добавок в кремнеземную сеть. Систематическое разупорядочение мезоструктуры наблюдалось с увеличением молярного соотношения органического модификатора. В исследовании [7] 50 % добавление ДМДЭС вызывало разделение фаз реакционной смеси во время образования силикагеля. Ванг [8] обнаружил, что добавление ДМДЭС в систему приводит к образованию не только структуры геля, но также к образованию гидрофобных частиц с различной морфологией.
Одним из главных преимуществ неоргано-органических гибридов является разработка новых материалов с различными свойствами для различных применений [9-11]. Так, ОРМОСИЛ гели химически и биологически инертны, механически прочны, обеспечивают жизнеспособность клеток в течение длительного времени. Поэтому ОРМОСИЛ матрицы могут использоваться для иммобилизации клеток [1214]. Кремнеземные и ОРМОСИЛ матрицы защищают инкапсулированный биоматериал от вредных факторов окружающей среды, таких как УФ-излучение и микробные атаки. Клетки, встроенные в матрицу геля, являются стабильными «живыми» материалами [15], которые могут быть использованы как перспективные биокатализаторы при создании биореакторов [16], биосенсоров [17, 18], биологических препараты для
деградации токсичных соединений [19], имплантатов [20]. В одном из последних исследований таких систем [21] рекомбинантные бактерии E.coli, экспрессирующие хлоргидролазу атразина, инкапсулировали в ОРМОСИЛ гели, состоящие из ТЭОС и, либо фенилтриэтоксисилана, либо МТЭС. Скорость биоразложения атразина в ОРМОСИЛ гелях была выше, чем в гелях ТЭОС.
Помимо алкилалкоксидов, использование других добавок, таких как глицерин, липиды и гидрофильные полимеры (природные и синтетические) в процессе золь-гель синтеза, позволяет улучшить жизнеспособность клеток [16, 22, 23].
Ранее, нами были успешно иммобилизованы дрожжи Ogataea polymorpha BKM Y-2559 в ОРМОСИЛ на основе ТЭОС, МТЭС и ПЭГ или ПВС в условиях основного катализа [24-33]. При определенном соотношении ТЭОС и МТЭС вокруг клеток происходило формирование искусственных оболочек. Инкапсулированные клетки сформировали общую архитектуру гибридного биоматериала. Синтезированные «живые» были использованы при разработке биосенсора и биофильтра для очистки метанолсодержащих сточных вод. Результаты наших исследований по этоаму напрвлению суммированы в обзорах [34-35]. Нами было высказано предположение, что использование алкилалкоксисилана с 2-мя негидролизуемыми связями Si-C, как органического модификатора для силикагеля, приведет к образованию более гибкой структуры гибридного материала. Это обеспечит благоприятное окружение для иммобилизованных клеток, что, как мы надеемся, позволит увеличить их жизнеспособность во времени. В этой работе исследовали структуру и свойства биогибридов, полученных путем иммобилизации метилотрофных дрожжей в одностадийном процессе золь-гель синтеза из тетраэто-ксисилана и диметилдиэтоксисилана в присутствии поли-этиленгликоля.
Материалы и методы
В работе использовали метилотрофные бактерии Ogataea polymorpha ВКМ Y-2559 (ИБФМ им. Г.К. Скрябина РАН).
Иммобилизация биоматериала и формирование биораспознающего элемента. К 0,1 см3 20 % раствора полиэтиленгликоля 3000 (ПЭГ) («Ferak Berlin», Германия) в фосфатном буферном растворе прибавляли 0,25 см3 суспензии клеток ((1,3±0,1)-109 КОЕ/см3) в фосфатном буферном растворе (20 ммоль/дм3, рН 7,6) и перемешивали в течение 5 минут (Elmi CM-70M07, Польша), добавляли 0,5 см3 смеси тетраэтоксисилана (ТЭОС) («Sigma», США) и диметилдиэтоксисилана (ДМДЭС) («Sigma», США) и вновь перемешивали в течение 5 минут. Затем добавляли 0,025 см3 0,2 моль/дм3 раствора катализатора NaF, перемешивали 15 минут. Дыхательную активность иммобилизованных клеток оценивали с помощью биосенсорной установки.
Биосенсорные измерения. Для проведения исследования использовали модифицированный микробный электрод и анализатора pH-метр-иономер-БПК-термооксиметр ЭКСПЕРТ-001-4.0.1 (ООО «Эконикс-эксперт», Россия), который позволяет регистрировать содержание растворенного кислорода в кювете. В кювету объемом 5 мл помещают буферный раствор и анализируемую пробу. Перед непосредственным измерением проводили промывку системы натрий-калиевым фосфатным буферным раствором (4 мл 20 ммоль/дм3, рН 7,6). При окислении субстрата иммобилизованными на поверхности кислородного электрода микроорганизмами возрастает их дыхательная активность, и в приэлектродном пространстве снижается концентрация кислорода, что регистрируется с помощью электрода. В ходе измерения на мониторе компьютера отображалась зависимость концентрации кислорода от времени. Измеряемым параметром являлась максимальная скорость изменения концентрации растворенного кислорода при добавлении субстратов. Полученные результаты обсчитывали в программе Microsoft Excel.
ИК-спектроскопия. ИК-спектры растворов ОРМОСИЛ гелей регистрировали с помощью инфракрасного Фурье-спектрометра ФМС 1201 (ООО «Мониторинг», Россия), используя приставку МНПВО (многократно нарушенного полного внутреннего отражения) горизонтального типа с призмой из селенида цинка (разрешение 4 см-1). При изучении кинетики формирования ОРМОСИЛ гелей ИК-спектры, исследуемых образцов, фиксировали в течение 35 минут с интервалом в 5 мин. После приготовления образцы наносили на приставку МНПВО и в режиме пропускания на экране монитора получали спектр.
Сканирующая электронная микроскопия. Образцы ОРМОСИЛ гелей наносили на поверхность металлического покрытия и покрывали смесью платина-углерод в вакуумном распылительном оборудовании JEE-4X (JEOL, Япония). Электронно-микроскопический анализ образцов проводили на растровом электронном микроскопе JSM-6510 LV (JEOL, Япония).
Результаты и их обсуждение Количество Si-O-Si связей в ОРМОСИЛ гелях
На степень полимеризации соединений кремния влияют различные факторы и условии проведения золь-гель синтеза. Количество образующихся Si-O-Si связей можно оценить с помощью ИК-спектрометрии. Гидрофобная добавка ДМДЭС содержит две негидролизующие Si-C связи, поэтому ДМДЭС может образовывать только две связи с другими соединениями кремния. Для обнаружения влияния гидрофобной добавки на количество формирующихся связей Si-
О^ в конечном материале, были синтезированы образцы с различным содержанием ДМДЭС в присутствии водного раствора ПЭГ.
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 50С 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Wavenumber, cm"1 DDS content, % vol.
Рис.1. ИК - спектры формирования ОРМОСИЛ для образцов геля из ТЭОС, ДМЭС и ПЭГ (ИК-спектры образцов регистрировали каждые 5 минут после начала золь-гель синтеза на протяжении 35 минут)(а) и графическая зависимость количества образующихся связей Si-O-Si от содержания ДМДЭС (б)
В ИК-спектрах ОРМОСИЛ образцов имеются интенсивные полосы поглощения 1070 и 770-790 см-1, относящиеся в валентным (ассиметричным и симметричным) колебаниям Si-O связей (рис. 1,а). Полосы 2970-2980 см-1 и 1380-1390 см-1 относятся к vc-H и 8С-Н колебаниям СН3-групп соответственно. Также присутствуют полоса 1270 см-1, которую относят к колебаниям Si-СНз-группы. Также присутствует полосы 36503590 см-1, 3400 см-1,1640 см-1, относящиеся к колебаниям ОН-группы. В ИК-спектрах присутствует полоса поглощения 1100 см-1, которая принадлежит валентным колебаниям Si-O-Si группам. Нормирование полосы поглощения 1100 см-1 осуществляли по полосе поглощения 1270 см-1, соответствующей колебаниям Si-CH3, поскольку в процессе формирования матрицы она остается неизменной (рис. 1,б).
Из литературы известно, что скорость гидролиза ДМДЭС выше, чем скорость гидролиза ТЭОС, поэтому, несмотря на то, что молекулы ДДС являются бифункциональными, при небольшом содержании ДМДЭС по отношению к ТЭОС (около 50 % и меньше) происходит формирование сетчатой структуры геля (рис. 1,б). При дальнейшем увеличении содержания гидрофобной добавки происходит разделение фаз, подавляется образование сети и уменьшается количество Si-O-Si связей. В системах с преобладанием ДМДЭС происходит преимущественное образование циклических молекул в органической фазе, что снова приводит к увеличению силоксановых связей в образцах. Из полученных экспериментальных данных следует, что минимальное количество Si-O-Si связей образуется в образце с содержанием ДМДЭС 85 об.%.
Структура биогибридных материалов
Метилотрофные дрожжи Ogatea polymorpha ВКМ Y-2559 иммобилизовали в ORMOSIL матрицу одностадийным золь-гель методом при рН = 7,6 в присутствии основного катализатора F-.
Структуру полученного биоматериала изучали методом сканирующей электронной микроскопии. Наибольший интерес представлял биогиГ ^ (рис. 2).
Рис.2. СЭМ - изображение гибридного материала на основе инкапсулированных в ДМДЭС ОРМОСИЛгель метилотрофных
дрожжей
При использовании органического модификатора ДМДЭС образуются более тонкие и гладкие оболочки геля вокруг клеток, чем в присутствии МТЭС, которые были получены ранее [24]. Природным субстратом для метилотрофных дрожжей является метанол. Метанол хорошо смешивается как с водой, так и с органическими веществами. Увеличение гидрофобности ОРМОСИЛ-геля, полученного с добавкой ДМДЭС, не должно приводить к увеличению диффузионных ограничений для метанола, но может отрицательно влиять на жизнеспособность инкапсулированных дрожжей, например, на их дыхательную активность в присутствии субстрата.
Дыхательная активность инкапсулированных дрожжевых клеток
Дыхательную активность иммобилизованного биоматериала оценивали по его способности функционировать в качестве биораспознающего элемента на поверхности кислородного электрода типы Кларка с помощью биосенсорной установки кюветного типа. За ответ биосенсора принимали скорость изменения содержания кислорода при добавлении метанола (мг 02л-1мин-1). Ферментативная активность иммобилизованных клеток дрожжей подчиняется закону Михаэлиса-Ментен. Международным союзом по теоретической и прикладной химии (ГОРАС) для электрохимических биосенсоров приняты понятия и
определения, характеризующие ответы биосенсоров и определяющие эффективность их функционирования [36]. Так, важной характеристикой анализа является коэффициент чувствительности, определяемый как производная аналитического сигнала по отношению к концентрации определяемого компонента (метанола) (рис. 3).
Содержание ДМДЭС, %
Рис. 3. Зависимость коэффициентов чувствительности и нижней границы определяемых концентраций биосенсора от содержания гидрофобной добавки в ОРМОСИЛ-геле
Инкапсулированные дрожжевые клетки способны
функционировать в качестве биочувствительного элемента биосенсора в течение 7-36 дней (долгосрочная стабильность). Относительное стандартное отклонение ^г) для 15 измерений биосенсора при уровне достоверности 0,95 составляло от 1 до 6 %. Живые клетки, иммобилизованные в ОРМОСИЛ гель с содержанием ДМДЭС 85 об. %, показали лучшую биохимическую активность. Структура этого материала образована наименьшим количеством Si-O-Si-связей и, следовательно, наибольшим количеством свободных силанольных групп. Мы предполагаем, что это создает комфортное гидрофильное окружение для инкапсулированных микроорганизмов. Добавление бифункционального органического модификатора ДМДЭС позволило в 2 раза повысить дыхательную активность инкапсулированных клеток во времени во сравнению с дыхательной активностью инкапсулированных в присутствии МТЭС дрожжей [24].
Заключение
При использовании органического модификатора ДМДЭС образуются более тонкие оболочки геля вокруг клеток, чем с МТЭС. Биогибридный материал на основе метилотрофных дрожжей, иммобилизованных в ОРМОСИЛ-гель с соотношением ТЭОС и ДДС 15:85
об. %, проявляет наибольшую биохимическую активность по отношению к метанолу. Предполагаем, что это обусловлено образованием наименьшего количества Si-O-Si-связей в ОРМОСИЛ-матрице. Таким образом, несмотря на увеличение гидрофобного компонента в силикагеле, формируется благоприятное окружения для микроорганизмов, вероятно, за счет значительного количества свободных силанольных групп, которые не подвергаются конденсации из-за гидрофобного окружения метильными радикалами. Это исследование показало, что существует тонкий баланс между гидрофильными и гидрофобными компонентами в ОРМОСИЛ матрицах для иммобилизации микроорганизмов. Это следует учитывать при разработке биокатализаторов и биореакторов на основе иммобилизованных в ОРМОСИЛ гели микроорганизмов.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Тульской области № 16-43-710183 р_а (договор ДС/77).
Список литературы
1. Gupta R., Kumar A. Molecular imprinting in sol-gel matrix // Biotechnol Adv. 2008. V. 26. № 6. P. 533-547.
2. Tripathi V.S., Kandimalla V.B., Ju H. Preparation of ormosil and its applications in the immobilizing biomolecules // Sensors Actuators B Chem. Elsevier, 2006. V. 114. № 2. P. 1071-1082.
3. Schmidt H., Scholze H., Kaiser A. Principles of hydrolysis and condensation reaction of alkoxysilanes // J. Non. Cryst. Solids. 1984. V. 63. № 1-2. P. 1-11.
4. Mah S.K., Chung I.J. Effects of dimethyldiethoxysilane addition on tetraethylorthosilicate sol-gel process // J. Non. Cryst. Solids. North-Holland, 1995. V. 183. № 3. P. 252-259.
5. Rabbani M.M. Synthesis and characterization of methyltriethoxysilyl-mrediated mesoporous silicates // Trans. Electr. Electron. Mater. 2011. V. 12. P. 119-122.
6. Mesoporous silica obtained with methyltriethoxysilane as co-precursor in alkaline medium / A.M. Putz, К. Wang, A. Len [et al.] // Appl. Surf. Sci. 2017. V. 424. P. 275-281.
7. Structural and textural evolution of dimethyl-modified silica xerogels / C. Zheng, A. Lin, X. Zhen et al. // Mat.Lett. 2007. V. 61. P. 2927-2930.
8. Effects of dimethyldiethoxysilane addition on the sol-gel process of tetraethylorthosilicate / F. Wang, J. Liu, Z. Luo [et al.] // J. Non. Cryst. Solids. North-Holland. 2007. V. 353. № 3. P. 321-326.
9. Auto-Organisation in Silica-Based Organic-Inorganic Gels Obtained by Sol-Gel Process / A. Vergnes, M. Nobili, P. Delord [et al.] // J. Sol-Gel Sci. Technol. Kluwer Academic Publishers. 2003. V. 26. № 1-3. P. 621-624.
10. Pandey S., Mishra S.B. Sol-gel derived organic-inorganic hybrid materials: Synthesis, characterizations and applications // J. Sol-Gel Sci. Technol. 2011. V. 59. № 1. P. 73-94.
11. The sol-gel route to advanced silica-based materials and recent applications / R. Ciriminna, A. Fidalgo, V. Pandarus [et al.] // Chem. Rev. 2013. V. 113. № 8. P. 6592-6620.
12. Livage J., Coradin T. Encapsulation of biomolecules in silica gels // J. Phys. Condens. matter. 2001. V. 13. P. R673-R691.
13. Evaluation of sol-gel silica matrices as inoculant carriers for Mesorhizobium spp. cells / G. Alvarez, F. Pieckenstain, M. Desimone [et al.] // Current Reseach, Technology and Education Topics in Applied Microbiology and Microbioal Biotechnology / ed. Mendez-Vilas A. FORMATEX, 2010. P. 160-166.
14. Entrapment and growth of Chlamydomonas reinhardtii in biocompatible silica hydrogels / S. Homburg, D. Venkanna, K. Kraushaar [et al.] // Colloids Surfaces B Biointerfaces. Elsevier, 2019. V. 173. P. 233-241.
15. Meunier C.F., Dandoy P., Su B.-L. Encapsulation of cells within silica matrixes: Towards a new advance in the conception of living hybrid materials // J. Colloid Interface Sci. Elsevier Inc., 2010. V. 342. № 2. P. 211224.
16. Dickson D.J., Ely R.L. Silica sol-gel encapsulation of cyanobacteria: Lessons for academic and applied research // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2013. V. 97. № 5. P. 1809-1819.
17. Co-immobilized microbial biosensor for BOD estimation based on sol-gel derived composite material / J. Jia, M. Tang, X. Chen [et al.] // Biosens. Bioelectron. 2003. V. 18. № 8. P. 1023-1029.
18. Depagne C., Roux C., Coradin T. How to design cell-based biosensors using the sol-gel process // Anal Bioanal Chem. Springer-Verlag, 2011. V. 400. № 4. P. 965-976.
19. Use of silica-encapsulated Pseudomonas sp. strain NCIB 9816-4 in biodegradation of novel hydrocarbon ring structures found in hydraulic fracturing waters / K. Aukema, L. Kasinkas, A. Aksan [et al.] // Appl. Environ. Microbiol. 2014. V. 80. № 16. P. 4968-4976.
20. Fibroblast encapsulation in hybrid silica-collagen hydrogels / M. Desimone, C. Helary, G. Mosser [et al.] // J. Mater. Chem. 2010. V. 20. № 4. P. 666.
21. Enhanced biodegradation of atrazine by bacteria encapsulated in organically modified silica gels / J. Benson, J. Sakkos, A. Radian [et al.] // J. Colloid Interface Sci. 2018. V. 510. P. 57-68.
22. Development of sol-gel hybrid materials for whole cell immobilization / M. Desimone, G. Alvarez, M. Foglia [et al.] // Recent Pat. Biotechnol. 2009. V. 3. № 1. P. 55-60.
23. "Fish-in-Net", a Novel Method for Cell Immobilization of Zymomonas mobilis / Niu X., Wang Z., Li Y. et al. // PLoS One / ed. Barbosa M.A. San Francisco, USA: Public Library of Science, 2013. V. 8. № 11. P. e79569.
24. Микроорганизмы и кремнийорганические золь-гель структуры: синергизм формирования архитектуры биоматрикса / О.А. Каманина, Д.Г. Федосеева, А.В. Мачулин [и др.] // Актуальная биотехнология. 2014. № 3 (10). С. 35-36.
25. Синтез кремнийорганических золь-гель матриц и получение на их основе гетерогенных биокатализаторов / О.А. Каманина, Д.Г. Федосеева, Т.В. Рогова [и др.] // Журнал прикладной химии. 2014. Т. 87. № 6. С. 753-759.
26. Yeast-based self-organized hybrid bio-silica sol-gels for the design of biosensors / O.N. Ponamoreva, O.A. Kamanina, V.A. Alferov [et al.] // Biosens. Bioelectron. 2015. V. 67. P. 321-326.
27. БПК-биосенсор на основе инкапсулированных в органосиликатную матрицу дрожжей Debaryomyces hansenii / О.А. Каманина, Е.Л. Афонина, О.Н. Понаморева [и др.] // Актуальная биотехнология. 2015. № 3(14). С. 66-67.
28. Silica sol-gel encapsulated methylotrophic yeast as filling of biofilters for the removal of methanol from industrial wastewater / O.A. Kamanina, D.G. Lavrova, V.A. Arlyapov [et al.] // Enzyme Microb. Technol. 2016. V. 92. P. 94-98.
29. Гибридные биоматериалы на основе инкапсулированных в органосиликатные материалы метилотрофных дрожжей и их применение в биосенсорном анализе / О.Н. Понаморева, В.А. Алферов, О.А. Каманина [и др.] // Известия Тульского государственного университета. 2015. №1. С. 124-132.
30. Биогибридные материалы на основе силановых прекурсоров и клеток метилотрофных дрожжей / О.А. Каманина, Т.В. Бурмистрова, Д.Г. Лаврова [и др.] // Актуальная биотехнология. 2016. № 3(18). С. 97-100.
31. Клетки микроорганизмов как структурообразующие агенты в синтезе гибридных кремнийорганических материалов с применением золь-гель технологии / О.А. Каманина, Т.В. Бурмистрова, Д.Г. Лаврова [и др.] // Известия Тульского государственного университета. 2016. №1. С. 3-11.
32. Дрожжи Debaryomyces hansenii в органосиликатной оболочке как основа гетерогенного биокатализатор / О.Н. Понаморева, Е.Л. Афонина, О.А. Каманина [и др.] // Биотехнология. 2017. Т. 33. № 4. С. 4453.
33. Effect of polyethylene glycol additives on structure, stability, and biocatalytic activity of ormosil sol-gel encapsulated yeast cells / D. Lavrova, O. Kamanina, A. Machulin [et al.] // Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2018. V.88. № 1. P. 1-5.
34. Понаморева О.Н. Биомиметические материалы: инкапсулированные в золь-гель кремнезема клетки микроорганизмов. // Известия Тульского государственного университета. 2016. №. С. 42-52.
35. Понаморева О.Н., Алферов В.А. Биомиметические материалы на основе инкапсулированных в ормосил клеток дрожжей как перспективные биокатализаторы для экобиотехнологии. // Актуальная биотехнология. 2017. № 2(21). С. 114-118.
36. Electrochemical biosensors: recommended definitions and classification / D.R. Thevenot, K. Toth, R. Durst [et al.] // Biosens. Bioelectron. 2001. Vol. 16. № 1-2. P. 121-131.
Лаврова Дарья Геннадьевна, аспирант, dgfedoseevaagmail com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Каманина Ольга Александровна, канд. хим. наук, асс., o.a.kamaninaaigmail. com, Россия, Тула,, Тульский государственный университет,
Рыбочкин Павел Владимирович, магистрант, rybochkin.pavel. vlaimail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Алферов Валерий Анатольевич, канд. хим. наук, доц., зав. каф., chemaitsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Понаморева Ольга Николаевна, д-р. хим. наук, доц., зав. каф., olgaponamorevaamail ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
METHYLOTROPHIC YEAST ENCAPSULATED IN ORGANICALLY MODIFIED SILICA GELS AS EFFECTIVE BIOCATALYST FOR
METHANOL OXIDATION
D.G. Lavrova, O.A. Kamanina, P.V. Rybochkin, V.A. Alferov, O.N. Pomanoreva
The structure and properties of biohybrids obtained by immobilizing methylotrophic yeast in a one-step sol-gel synthesis process (pH 7.6) from tetraethoxysilane (TEOS) and di-methyldiethoxysilane (DDS) in the presence of polyethylene glycol were investigated. When using DDS organic modifier, gel shells forming around the cells are thinner than those when using methyltriethoxysilane. Biohybrid material based on methylotrophic yeast immobilized in organically modified silica gels with TEOS to DDS ratio of 15:85% (vol.) shows the greatest respiration activity during metanol biodegradation. This study showed that there was a delicate balance between hydrophilic and hydrophobic components in ORMOSIL matrices for immobilized microorganisms.
Key words: sol-gel, dimethyldiethoxysilane (DDS), ORMOSIL, encapsulated cells, metylotrophic yeast, biohybrid
Lavrova Daria Gennadievna, postgraduate student, d. g. fedosee vaaigmail com, Russia, Tula, Tula State University,
Kamanina Olga Aleksandrovna, candidate of chemical sciences, assistant professor, o. a. kamaninaagmail com, Russia, Tula, Tula State University,
Rybochkin Pavel Vladimirovich, undergraduate, rybochkin.pavel. vlaimail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Alferov Valery Anatolevich, candidate of chemical sciences, Head of Department, Chemistry Department, chenr'a/sii. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Ponamoreva Olga Nikolaevna, doctor of chemical sciences, Head of Department, Biotechnology Department, olgaponamoreva'amail. ru, Russia, Tula, Tula State University
