● 摘要
本文介绍利用自然界中生物体的细胞以及亚细胞结构的形体与生理生化等各方面的特征，设计工艺条件以获得所需设计功能的实验，成果总共包括对螺旋藻的形态进行利用与控制以制备吸波材料，以及对分子马达脂质体的阵列化连接成型二部分，是对当前生物制造领域新兴研究的有益补充。第一部分研究从光合嗜盐菌中提取具有脂双层膜结构和光生物化学反应功能F0F1-ATP合酶，使其在基片上构成活性阵列的一系列工艺手段。经过探索实验体系与工艺条件发现，在洁净避光的工作环境中，采用BSA的基片连接方式及超声聚焦微喷的喷射方式，可将载有F0F1-ATP合酶的光合色素载色体成功进行阵列化。荧光显微检测显示，通过本方法所获微阵列具有对光化学刺激持续应激的活性，能可逆完成ATP水解与ATP合成，具有光合磷酸化功能，并能在机制上完成对光、ATP浓度、质子梯度等外界因素变化的可检测应答。该成果表明，存在将载有F0F1-ATP合酶的光合色素载色体成功进行阵列化从而构建新型生物芯片基质的实验体系与工艺条件，以及超声聚焦微喷是一种相对于其他微阵列技术可温和操作生物样品的有价值的微喷射技术。为获得有利于吸波材料制备的小螺距与大长度藻丝的培养方法，第二部分研究对采用小型气升式光生物反应器培养钝顶螺旋藻用于吸波材料制备的一系列问题进行了研究。主要内容包括物理因子如光强、培养时间、光暗交替、接种量、培养器皿、通气方式、光源光谱、低温等对螺旋藻藻丝形态生长的影响，化学因子包括无机碳源、pH值、培养基成分等对螺旋藻生长的影响及其中部分因子间的综合作用等。研究发现螺旋藻的藻丝长度随培养时间有显著变化。避光和光暗交替亦显示出对螺旋藻藻丝形态的变化存在作用。观察不同培养器皿中螺旋藻的生长与分布可见细胞培养皿较之三角瓶显示出多项不同。通气方式对螺旋藻藻丝的长短亦存在显著的影响。在研究化学因子对螺旋藻形态的影响中发现无机碳源对螺旋藻生长影响较为显著，可使平均世代时间明显缩短，因而减少每代螺旋藻在生长过程中所经历的不利因素，有利于长藻丝体的培养。环境变化在时间序列上的组合可影响螺旋藻的生长状态，曾历低温与高光照培养环境的螺旋藻生长速度明显优于未经处理的样本。此外对环境因子的综合作用分析还观察到高光照且低营养的培养条件可能有利于藻丝长度的增长。螺旋藻对寒冷胁迫等环境因子的应答特性可被利用非无菌培养条件下收获长藻丝体螺旋藻。实验中发现可在采收中以短期低温作用提高螺旋藻得率。当培养条件参数变化时，螺旋藻随时间推移开始重新进行沉降与上浮，实验发现光衰减和通气梯度的存在可使螺旋藻分布在培养液中不同部位，因此可据此选择具有特定形态特征的螺旋藻进行采收。