摘要：固定化微生物技术的应用范围极广，已遍及医药、化工、环保、能源开发等诸多领域。随着微生物固定化技术的发展，微生物固定化载体材料的制备已引起许多研究者的关注。本文主要对固定化微生物技术、固定化载体材料的性能以及分类进行了综述，总结了各类载体的优缺点，并对微生物固定化载体材料今后的发展方向做了总结。
关键词：微生物;固定化技术;固定化载体材料
固定化微生物技术是指用化学或物理手段将游离微生物活动限制于一定空间区域内，固定在载体上，并使其保持高度密集并保持其生物活性功能，在适宜的条件下还可以增殖以满足应用之需的生物技术。固定化技术历史较为悠久，早在19世纪初叶，人们就利用微生物细胞在固体表面吸附的倾向而采用滴滤法来生产醋酸。后来，又有人将类似方法来进行污水处理。固定化微生物技术的应用范围极广，已遍及医药、化工、环保、能源开发等诸多领域。随着微生物固定化技术的发展，微生物固定化载体材料的制备已引起许多研究者的关注。本文主要对固定化微生物技术、固定化载体材料的性能以及分类进行了综述，并对生态环境材料以及相应的评估方法作了概述。
1 固定化微生物方法介绍
固定化微生物技术是指用化学或物理手段将游离微生物活动限制于一定空间区域内，固定在载体上，并使其保持高度密集并保持其生物活性功能，在适宜的条件下还可以增殖以满足应用之需的生物技术。根据所固定微生物种类的不同，采用的固定化方法也不同。目前，常用的固定化微生物方法主要有：表面吸附法、包埋法、交联法。
1.1 表面吸附法
表面吸附法，是利用微生物体和吸附载体之间的作用（主要是范德华力、氢键及静电作用），将微生物体吸附到载体的表面上，从而将微生物固定的方法，可分为物理吸附法和离子吸附法两种。物理吸附法历史久远，早前因为其操作简单、反应条件温和、载体可以反复利用等优点得到了较为广泛的应用。但由于其结合不牢固，细胞易脱落等缺点，使用上受到了很大的限制，逐渐被淘汰。离子吸附法是细胞在解离状态下，可因静电引力而附着于带有相异电荷的离子交换剂上。该种方法操作较简单，微生物固定过程中对细胞活性影响小，但由于其所固定的微生物数量和种类而受到限制。
1.2 包埋法
包埋法在固定化微生物技术处理污水的研究中是使用最为广泛的固定化方法。包埋法是将微生物细胞截留在不溶于水的多聚体化合物孔隙的网络空间中，通过聚合作用，或通过沉淀作用，或通过离子网络作用，或通过改变溶剂、温度、pH值使细胞截留。包埋法具有固定微生物强度高、化学性能稳定等优点。缺点是包埋材料只允许小分子底物进入颗粒内部，生化反应的底物和产物进出颗粒存在传质阻力，溶解氧的扩散也受到传质影响，因此该方法对处理大分子污染物不适用。同时，包埋法工艺较复杂、制备成本较高、载体不能再生，也在很大程度上限制了它的发展。
1.3 交联法
交联法是利用两个功能团以上的试剂直接与微生物细胞表面的反应基团如氨基、羟基等进行交联，形成共价键来固定微生物。交联法稳定性好，耐反应环境的变化能力强，但缺点是反应条件激烈，在共价键形成过程中，对微生物细胞的活性影响大，双功能基团试剂与酶蛋白的交联作用，常引起蛋白质高级结构的改变，使酶失活。
2 固定化载体材料
微生物固定化技术的关键是选择合适的载体材料，载体材料要价廉易得，固定化过程简单易行，投资及运行成本低。还需具有足够的稳定性，要能承受一定的机械压力、能应抗水解、耐酸碱、抗氧化和抗紫外线照射等。同时要与良好的传质性能，利于底物、产物和其他代谢产物应能够自由扩散。应具备较大比表面积、良好的形态结构，可以结合足够的生物活性分子，提高生物降解效率，增大容积负荷。
微生物固定化载体材料可分为无机载体、有机高分子载体和复合载体3大类。无机载体材料大多具有多孔结构，机械强度大、对微生物无毒性、不易被微生物分解、耐酸碱、成本低、寿命长等特征，是一类应用较早并仍在使用的重要载体材料。常见的无机载体材料主要是砂、多孔陶瓷、活性炭、沸石和硅藻土。这类载体与微生物接触时可容纳不断增值的微生物以提高微生物容量。活性炭由于其具有巨大的表面面积、良好的吸附性能，是一种良好的水处理吸附剂。
有机高分子载体材料又分为天然高分子载体材料和合成有机高分子材料。天然高分子载体材料一般对生物无毒性、传质性能好，但强度较低、在厌氧条件下易被微生物降解、寿命短。常见的有琼脂、海藻酸盐、纤维素等。复合载体材料由有机和无机载体材料结合而成，同时具有有机高分子良好的生物相容性以及无机材料较高的稳定性和机械强，从酶的固定、药物释放、生物反应器和传感器的制备等方面得到了良好的应用。
3 小结
固定化微生物技术在环境工程、医药、化工等领域的应用前景是不可估量的。随着固定化技术的发展，固定化载体材料的研究取得了很大的进展，向着功能化和精细化的方向发展。载体材料是固定化技术的重要组成部分，开发性能优良的新型固定化载体，对固定化技术的发展尤为重要。新型固定化载体材料的开发，不但要考虑其机械强度、稳定性、可再生等性能，还要考虑其对生态环境的影响，不对环境造成二次污染。应充分发挥固定化微生物技术的优势，开发廉价、耐用、新型清洁型固定化载体材料，通过不断研究改进，微生物固定化技术必将在环保、医药、化工等方面得到广泛应用。
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（作者单位：西昌学院土木与水利工程学院）
