中文摘要：

本项目以包埋型海藻酸盐水凝胶微囊中细胞固定化培养为研究体系，首先建立了水凝胶微囊结构及其分子组成的表征方法，进而从其致密层(膜)及内核两个结构层次分别研究载体的机械强度、物质传递行为及其对细胞生长代谢的影响。发现海藻酸盐分子组成和离子移变效应是影响内核结构并进一步影响致密层结构的最显著因素，直接决定微胶囊的机械稳定性与传质性能；在细胞增殖的动态过程中，内核中的海藻酸盐分子和细胞外泌的大分子蛋白向膜内表面移动浓缩，改变了内核组成、分子分布及渗透压，导致微胶囊稳定性和传质能力降低；细胞则通过表达抗性分子、聚集成团生长以适应上述变化。鉴于此，通过调控相关参数优化内核结构，提高了微胶囊的机械稳定性和传质能力。以酵母菌S.cerevisiae BY4741为模型，连续培养120 h，实现高密度细胞培养(达4×109细胞/mL微胶囊，泄漏率仅为0.3%)。同时，还通过在内核中添加支架材料发挥物理阻隔和生物粘附效应，使得贴壁细胞在水凝胶微胶囊内形成分散的多个小细胞团，营养物质得到有效传递，细胞活性显著提高。该成果为高效的细胞固定化培养与生物催化提供理论与实验依据，以推动微囊化技术工业化进程。