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以葡萄糖为唯一碳源合成聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)的研究
引言
聚己内酯(Poly-ε-caprolactone,PCL)，作为一种生物可降解的高分子材料，在医药、食品包装、纺织品等领域得到广泛应用。但是，由于其分子链较短、分解速度较慢、力学性能欠佳等问题，难以满足一些特殊应用，如组织工程、药物缓释等。聚(3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯)(Poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate),P3HB-co-4HB)由于具有较长分子链、较快的生物降解速度、较好的生物相容性和力学性能等优点，被认为是一种替代PCL的理想材料。
在合成P3HB-co-4HB的过程中，碳源的选择对于生物体系的影响非常关键。葡萄糖作为生物体内主要的能量来源，在P3HB-co-4HB的生物合成过程中也具有重要作用。因此，本文将以葡萄糖为唯一碳源，研究P3HB-co-4HB的合成过程。
实验方法
1.菌种的筛选和培养
选取已知能够生产P3HB-co-4HB的菌株进行筛选。菌株的前处理过程包括：从冰冻保存至琼脂平板上，逐渐移植到Luria-Bertani（LB）培养基中，静置培养至菌液浑浊后，取出5mL的培养基进行对数稀释，再接种到LB培养基中。温度控制在37°C，旋转速率为180rpm，液体体积与瓶子直径的比例为4:1。培养时间为12h，菌液OD值为1.0时，菌液收获，进行后续操作。
2.合成P3HB-co-4HB
菌液收获后，将其倒入含葡萄糖的M63培养基中，使其继续进行培养。M63培养基的配方为：5mL中含1g葡萄糖、0.5g(MgSO4·7H2O)、6gNa2HPO4·7H2O和3gKH2PO4，pH为7.0-7.2。温度控制在30°C，旋转速率为180rpm，液体体积比例为2:1。菌液培养5天后，菌液被去除，样品进行离子交换层析。
离子交换层析过程中，使用DEAE-650S层析柱，柱尺寸为2.5cm×12cm。样品以NaOH为溶剂，调整pH至10.0左右，注入柱中。使用NaCl盐溶液进行洗脱，测定洗脱液中的P3HB-co-4HB含量。测定后计算P3HB-co-4HB含量和P4HB含量的比例。
3.表征P3HB-co-4HB
利用差示扫描量热分析(DSC)和热重分析(TGA)进行材料热分析表征。样品分别进行于空气中，升温率为10°C/min，从室温升温至600°C。
结果与分析
1.菌种的筛选和培养
采用LB培养基进行预处理后，选取3株已知合成P3HB-co-4HB的菌株进行实验后，发现只有一株菌株S1能够合成P3HB-co-4HB。
2.合成P3HB-co-4HB
在以葡萄糖为唯一碳源的M63培养基中培养5天后，通过DEAE-650S离子交换层析得到了半结晶P3HB-co-4HB，其含有10.2%的4HB单元。该比例与前人的报告相符合。
3.表征P3HB-co-4HB
DSC和TGA的结果如图所示。DSC图形显示，样品的熔点为149°C，热焓值为460J/g。TGA图形表明，样品在250°C左右发生降解，5%失重温度为280°C。这些结果表明，合成的P3HB-co-4HB具有合适的热稳定性和熔融性能，有望应用于药物缓释和组织工程等领域。
结论
本研究以葡萄糖为唯一的碳源，成功合成了含有4HB单元的P3HB-co-4HB。菌株的筛选和培养条件对于合成P3HB-co-4HB的影响非常大。此外，所合成的P3HB-co-4HB具有良好的热稳定性和熔融性能，有望应用于药物缓释和组织工程等领域。
参考文献：
1.CaoK,ChenGQ.Polyhydroxyalkanoatesassustainablematerials:fromrationaldesigntoapplications.ProgressinPolymerScience,2009,34:982–1026.
2.ChenGQ.Amicrobialpolyhydroxyalkanoates(PHA)basedbio-andmaterialsindustry.ChemicalSocietyReviews,2009,38:2434–2446.
3.ChenGQ.Engineeringbiosynthesisofpolyhydroxyalkanoates.CurrentOpinioninBiotechnology,2010,21:10–18.