2-1-ميكروبيولوژي فيلتر
ارگانيسم هاي مسئول اكسيداسيون و تجزيه تركيبات آلي فرار به دي اكسيد كربن و ساير تركيبات همان باكتري هاي هتروتروفيك و قارچ هايي هستند كه زباله هاي آلي را در طبيعت، در اماكن دفن يا در تصفيه خانه هاي فاضلاب تجزيه مي كنند، باكتري سودو مناس و قارچ NOCARDI گونه هاي فعال در چنين شكستها و تجزيه مواد آلي هستند. گونه هايي همانند FLAVOBACTERIA ميتوانند جهت اكسيده كردن تركيباتي همانند پنتاكلرو فنل، به كار روند.
در يك بستر خاك يا كمپوست حدود يك بيليون باكتري در هر گرم وجود دارد و جمعيت قارچي نيز 10000 در هر گرم خاك يا كمپوست ميباشد. قارچ ها به تجزيه مولكول هاي پيچيده تر تمايل دارند و آنزيم هاي برون سلولي كه پليمرها را ميشكنند، از خود دفاع ميكنند. پراكنش گونه ها با نوع سوبستراي مصرفي نوسان دارد. تحقيقات صورت گرفته برروي ميكروبيلوژي بيوفيلتر بيشتر بر شناسايي رده هاي ويژه منحصر به فرد ميكروارگانيسم ها در زمان خاص متمركز شده است. بطور مثال، شمارش كل ارگانيسم هايي كه قادر به متابوليزه كردن اسيدهاي آلي فرار باشند و …
آزمايشات نشان داده اند كه در حذف تركيباتي چون دي متيل سولفيد، دي متيل دي سولفيد و اسديهاي چرب فرار اكتونوميست ها بسيار موثر ميباشند. اكتونوميست ها در دسته باكتري هاي هتروتروفيك هستند و ميتوانند تنوعي از سوبستراهاي آلي را مورد استفاده قرار دهند و حتي قادر به تجزيه تركيباتي پايدار همانند فنل ها و پليمرهايي با زنجيره بلند نيز ميباشند.
گونه ميكروكوكوس در حذف غلظت بالاي مواد گوناگوني همانند سولفيد هيدروژن بسيار موثر است.
2-2-تلقيح ميكروارگانيسم ها به داخل بستر:
روش هاي تلقيح در چند آزمايشگاه در مقياس پايلوت به كار گرفته شده اند ميكروارگانيسم هاي درون بستر بيوفيلتر از طريق تغذيه و وارد كردن باكتريهايي همانند NITRIFIERS و باكتريهاي سولفاته فعال شوند. cho و همكارانش در 1991 متوجه شدند كه بسترهاي متشكل از مواد گياهي پيت به تنهايي قادر به حذف دي متيل سولفيد نيستند اما پس از افزودن لجن هضم شده فضولات انساني كه منبع غني از ميكروارانيسم ها ميباشند، درصد زيادتري از اين تركيب آلاينده حذف خواهد شد. در واقع برخي از ميكروارگانيسم هاي شيموليتروتروفيك و باكتريهاي غير اسيد و اكسيدكننده گوگرد موجود در لجن فضولات انساني عمل تجزيه تركيبات آلي گوگردي را در درون پيت انجام ميدهند. به منظور دستيابي به يك حد ثابتي از حذف آمونياك در داخل بسترهاي نوع پيت القيح باكتريهاي موثر در عمل نيتريفيكاسيون ميتواند موثر شود.
امروزه باكتريهاي زيادي به منظور حذف تركيبات آلاينده پرورش يافته اند. باكتري اتوتروف THIOBACILUS THIOPARUS نمونه اي از اين باكتريهاست كه جهت تصفيه گازهاي زائد خروجي از قبيل سولفيد هيدروژن، متان اتيول، ديمتيل سولفيد به درون يك بيوفيلتر نوع پيت در مقياس پايلوت تزريق و تلقيح شد و نهايتاً نتيجه خوبي بدست آمد. و در اين آزمايش پس از تلقيح باكتري، ميانگين بازده حذف، 99.8 درصد براي سولفيد هيدرژن، 99 درصد براي متان اتيول، 89.5 درصد براي ديمتيل سولفيد بود.
باكتري HYPHOMICROBIUM مثال ديگري از باكتريهاي تلقيحي و از دسته باكتريهاي METHYLOTROPHIC ميباشد كه قادر به حذف تركيباتي همانند دي متيل سولفيد، دي متيل دي سولفيد، دي متيل سولفاكسيد و سولفيد هيدروژن است. بذرافشان بيوفيلترها با جمعيت هاي ميكروبي ويژه مزاييا زيادي دارد و مانيتورينگ چنين جمعيت هاي معرفي شده اي، ميتواند يك ابزار مديريتي باارزش تلقي شود.
عده اي از محققين استفاده از لجن فعال حاصل از واحدهاي تصفيه ثانويه فاضلاب را به عنوان بذر تلقيحي براي بهبود بخشيدن به سرعت حذف آلاينده هاي گازي در بيوفيلترها پيشنهاد ميكنند. البته هنوز امكان كشت بسياري از ميكروارگانيسم هاي داخل اكوسيستم هاي طبيعي در درون بسترها و محيط كشت هاي مصنوعي وجود ندارد. از اين رو رشدهاي تلقيح ميكروبي ممكن است به عنوان يك ضرورت كه اهميت خود را در سالهاي آينده مييابد، باقي بماند. مطابق نظر WILLIAMS و MILLER (1992) تلقيح ميكروبي سبب افزايش سرعت تجزيه بيولوژيكي و كوتاه نمودن دوره سازش ميكروبي در مرحله شروع فرآيند تصفيه هوا ميگردد.
2-3- تثبيت سلولي
هرگاه مجموعه ميكروبي به شكل سلولهاي منفرد در محيط كشت مايع ظاهر ميشود، رفتار فيزيكيشان تحت تأثير خصوصيات حجم مايع قرار ميگيرد. به عبارت ديگر سلولهاي منفرد به صورت يكي از ذرات سيال ظاهر ميشوند كه در داخل آن معلق هستند. در طي مرحله واكنش، قسمتي از اجتماعات سلولي خارج ميگردند. بمابراين در هنگام استفاده از آنها تعدادشان كاهش مييابد. اين مسئله محدوديت زيادي براي عمليات چنين سيستمهايي ايجاد مينمايد چرا كه بهتر است تا سلولها براي استفاده بهتر محفوظ نگهداشته شوند. جهت حفظ سلولهاي منفرد بايد آنها را از مايعات جدا كرد. اگر سلولها بتوانند طوري منظم شوند كه خصوصيات فيزيكي و شيميايي خود را كه با خصوصيات مايعات متفاوت است نشان دهند به راحتي از محيط مايع جدا ميشوند.
تثبيت سلولي عملي است كه بوسيله آن سلولها در يك ناحيه معين از فضا محدود ميشوند به طوري كه خصوصيات هيدروديناميكي خود را كه با محيط پيرامونش متفاوت است، بروز ميدهند.
اين كار بدين صورت انجام ميشود كه اندازه موثر و يا دانسيته آنها به وسيله به هم پيوستن و يا اتصال به يك سطح مستحكم بيشتر ميشود. بنابراين سلولهاي متراكم شده به صورت توده عظيمي كه سلولها در ان به يكديگر متصل شده اند، ثابت ميشود به طوري كه توده بيولوژيكي به راحتي از مايع توسط الك درشت يا ته نشيني سريع قابل جداشدن ميباشد. نمونه ديگري از تثبيت سلولي به اين صورت است كه سلولها به ذرات جامد متصل گرديده اند و ميتوانند خود را به راحتي از محيط مايع جدا سازند.
توليد سلولهاي ثابت ميتواند يك فرايند طبيعي باشد و يا ممكن است به وسيله عوامل شيميايي و فيزيكي انجام گيرد كه استفاده از موارد فوق داراي مشكلاتي است.
كارايي خوب ابزارهاي مصنوعي كه جهت تشكيل اجتماعات سلولي تثبيت شده بدست مي آيد، باعث بهره برداري گسترده از آنها ميگردد و براي تشكيل اين اجتماعات از راكتورهاي بيولوژيكي استفاده ميشود. در حال حاضر امكاناتي وجود دارد كه هر يك از انواع ميكروارگانيسمها و يا دئر حقيقت هر بافت سلولي را تثبيت نمائيم. با توجه به اشكال گوناگون سلولهاي ثابت، راكتروهاي متعددي با سيستمهاي مختلف مورد استفاده قرار ميگيرد كه البته داراي خصوصيات كلي و مشابهي هستند.
1-3-1-ويژگي سلولهاي تثبيت شده
به طور كلي ثبات اجتماعي به ذرات بيولوژيكي تشكيل دهنده اجازه ميدهد كه به هر اندازه، شكل و دانسيته كه باشند به صورت پروكاريوت و يوكاريوت عمل نمايند. يكي از خصوصيات فرايند تثبيت اين است كه سلولها به شكل متراكم و غليظ درآيند، درنتيجه اين نوع اجتماعات سلولي به خوبي از شكل سيال آن متمايز شده و به آنها اين امكان را ميدهد تا اصلاحات ساختار هندسي كه عمدتاً به شرح زيرل است، صورت گيرد:
الف) در عمليات مداوم راكتور كه همواره مقداري از مايعات شسته و از راكتور خارج ميشسوند، سلولهاي ثابت ميتوانند در راكتور باقي بماند، درحاليكه سلولهاي متحرك به طور مداوم از بين ميروند. بنابراين عملي تر اين است كه سلولهاي ثابت به طور مداوم در واكنش شركت داشته باشند، درحالي كه با سلولهاي پراكنده متحرك و در حال رشد نميتواند چنين كاري انجام پذيرد.
ب)باروري رو به افزايش و همه جانبه كه نتيجه مستقيم باقي ماندن غلظت بالايي از سلولها در راكتور است.
ج)جدايي ساده از مايع. اين عمل با عبور از الك درشت يا ته نشيني با سرعت زياد انجام ميشود كه باعث خروج مايع از درون راكتور شده بدون اينكه منجر به خارج شدن سلولها گردد.
د) كاربرد سلولهاي مشابه در عمليات غيرپيوسته. بدين صورت كه محلولها در خاتمه عمليات از راكتور خارج شده و مواد تازه مجدداً به محيط وارد ميشود.
ه) افزايش انتقال جرم گاز – مايع. مشكل گرانروي كه اغلب از غلظت زياد سلولهاي پراكنده حاصل ميشود به وسيله تثبيت سلولها از بين ميرود و منجر به انتقال در جهت گاز مايع ميگردد و به همين ترتيب ميتوذان انتقال حرارت از محلول را بهبود بخشيد.
و) عمل نهرگونه. اين امر از طريق ثبات سلو.لها مثلاً در يك محيط بسته و عبور آنها از ميان راكتورها به روش نهرگونه امكانم پذير است.
علاوه بر روش هاي فوق، گونه هاي ديگر از فعاليت هاي سلولي وجود دارد كه منجر به راههاي ديگري ميگردد. به عنوان مثال تغييرات كه درون مايعات صورت ميگيرد بدون اينكه تغييرات قابل ملاحظه اي در غلظت سلول بوجود آيد. اين وضعيت امكان آلودگي را از طريق شستشو با روشهاي متفاوت امكان پذير ميسازد. همچنين ممكن است در چنين وضعي بيش از يك نوع سلول را ثابت نمود و آنها را در همان راكتور نگهداري كرد. از آنجا كه سلولهاي تثبيت شده ميتوانند به سادگي از سيالات جدا گردند، پس امكان ذخيره و جمع آوري تعداد بيشتري از سلولها وجود دارد، سلولهايي كه به محض نياز ميتوانند به كار گرفته شوند.
از محدوديتهاي موجود در تثبيت سلولي اين است كه به لحاظ وجود تراكم سلولي، اين سيستم قابليت انتشار كمتري دارد و همين موضوع ممكن است در متابوليسم و فيزيولوژي سلولي تغييراتي را ايجاد نمايد.
2-3-2-روش هاي تثبيت سلولي
براي تثبيت سلولي، روش هاي فراواني ايجاد شده است. بسياري ناز آنها مستقيماً از تكنولوژي آنزيم هاي بي حركت استفاده ميكنند. انتخاب روش مناسب بستگي به وضعيت فيزيولوژيكي سلول و اهدافي دارد كه براي آن به كار برده ميشود. شكل (2-1) دامنه وضعيت فيزيولوژيكي تثبيت سلولي را در اين خصوص نشان ميدهد.
بديهي است كه برخي از روش ها براي تمامي وضعيت ها مناسب نمي باشد، درحالي كه تكنيك هايي مشاهده مي شود كه بطور يكسان در هر موقعيتي مورد استفاده قرار ميگيرد. روش هاي مختلفي براي ايجاد ثبات سلولي بر اساس موقعيت فيزيولوژيكي سلول مورد استفاده قرار ميگيرد. تكنيك هاي فعال عموماً پذيرفته اند و ميتوانند در هر موقعيت فيزيولوژيكي مورد استفاده قرار گيرند.
2-3-2-1-روش چسباندن
تماذمي روش هاي تثبيت كه باعث اتصال سلول ها به سطوح جامدات ميشوند در اين زمره به شمار ميروند. اين روش ممكن است به نيروهاي چسبندگي طبيعي متكي باشد و يا توسط مواد شيميايي القا شود. چسبندگي طبيعي سلول به سطوح، پديده اي گسترده است و تا به امروز موضوع بسياري از مطالعات نيز بوده است اگرچه ساختار پيچيده اي دارد. اين روش يكي از آسان ترين تكنيك ها براي تثبيت سلولي است و در قديم نيز از آن استفاده شده است. در اين سيستم تا حد زيادي سطح تماس را در واحد حجم راكتور افزايش ميدهند. ذرات نگهدارنده كه ابعاد آن كمتر از يك ميلي متر ميباشد.
به اساني در راكتور جاي ميگيرند. سلولها طبيعتاً به سطوح جامد ميچسبند و همچنان كه رشد ميكنند، لايه هاي فعال را تشكيل مي دهند.
ضخامت اين لايه ممكن است به كوچكي يك لايه سلول باشد. سلول هايي كه داراي چسبندگي طبيعي نيستند ممكن است از طريق شيميايي مانند پيوستگي تبادل متصل كه با ماده گلوتارآلدئيد كه يك نوع روغن است و يا توسط سيليكون ها به مواد نگهدارنده سيليكاتي متصل ميشوند. سلول هاي چسبيده، به طور مستقيم با محيط احاطه كننده خود برخورد و تماس حاصل ميكنند بنابراين در معرض نيروي فرسايشي كه از حركت نسبي ذرات و سيال حاصل ميشود، قرار دارند. پس احتمال دارد كه تعدادي از سلولها جدا گردند و وارد فاز سيال شوند. بدين ترتيب اين تكنيك در شرايطي كه مايع با سلول هاي آزاد مورد نياز است، نامناسب به نظر ميرسد. همچنين كنترل و يا حتي لايه بيولوژيكي كه در آنها شكل ميگيرد ممكن اسن مشكلات زيايد را ايجاد نمايد.
2-3-2-2-روش تله گذاري
در اين روش ميتواند سلول ها را با انواع مواد خلل و فرج دار در محل به دام انداخت. ايجاد تله گذاري از پيش تعيين شده معمولاً نتيجه رشد طبيعي سلول است بنابراين همچون چسبندگي طبيعي، تاثير تثبيت سلولي متناسب با نوع و نحوه مواد نگهدارنده متفاوت است. فضاهاي متخلخلي كه در محل ايجاد ميشوند ميتوانند براي تثبيت انواع سلول ها مورد استفاده قرار گيرند و به اين عمل به صورتي است كه در بعضي وضعيت ها، ذرات كمكي تشكيل شده ممكن است به سلول ها آسيب رسانند تكنيك هايي كه به صورت طبيعي باعث به تله افتادن سلولها ميشوند از بسياري جهات مشابه روشهاي به كار روند در سبندگي طبيعي است. در اين روش به سلول ها اجازه داده ميشود تا وارد منافذ شوند و هنگامي كه رشد كردند، خروج آنها از نمنافذ بسيار مشكل خواهد بود. بنابراين بطور بسيار موثري به دام ميافتند.
اين امر ميتواند روي اجسامي با سطوح ميكحروسكوپي مانند پوكه ذغال سنگ، سراميك، شيشه و بالاخره هر جايي كه اندازه منافذ از نظر ابعاد شبيه سلول هاست، انجام شود و يا روي سطوح ماكروسكوپي كه داراي منافذ بزرگ هستند انجام پذيرد. يك نمونه از چنين منافذ بزرگ، ذرات نگهدارنده توده بيولوژيكي BSP است. اين ذرات داراي ساختمانهاي گسترده بزرگي از مفتول فولادي ضد زنگ هستند كه بصورت كره درمي آيند و يا از اسفنج هاي مشبكي از جنس پلي اورتان هستند كه بصو.رت مكعب ميباشد. تثبيت كردن اين ذرات به اندازه توانايي سلولها براي انعقاد يا چسبيدن به لبه هاي مواد كمكي ساختمان بستگي دارد و بايد در نظر داشت كه تله قفسه اي نسبت به تله منفذي ارجحيت دارد. طبيعي است كه سلول هاي به دام افتاده از نيروي فرسايش موجود در خارج ذرات در امان هستند اما توسط هر مانعي محدود نميشود. پس اين احتمال وجود ندارد كه واكنش هاي سيال به صورت آزاد – سلولي باشند ولي يك مزيت اين نوع تثبيت رشد سلولي است كه بتواند هرگونه سلول در حال رشد را كنترل نمايد. متداول ترين شكل ثبات سلولي كه در آزمايشگاه ها استفاده ميشود، شامل تله هاي سلولي در داخل و فرجي است كه در اطراف سلول ها تشكيل ميشود. سلول ها به شكل دوغ آب يا مواد چسبي عموماً با تركيبي مخلوط ميشوند كه بعداً به صورت ژله اي درميآيند و تشكيل يا ماتريس متخلخل را ميدهند. اين عمل بايد تحت وضعيت مناسبي صورت پذيرد تا بر زندگي سلول ها اثر منفي نگذارد. اولين كاربرد تله هاي ژله اي استفاده از پليمريزاسيون مونوآكريل آميد بوده است. امروزه از ژله هاي پلي ساكاريدي است كه شامل آگار، آلژينات كلسيم ميباشد. به دام اندازي سلولها به وسيله آلژينات كلسيم نميتواند ساده باشد. سلولها در محل آلژينات سديم ريخته ميشوند و سپس با محلول از نمك كلسيم مخلوط ميگردد. ايجاد ژل سطحي لحظه اي است اما حداقل 20 دقيقه زمان جهت تشكيل كامل ژلب آلژينات صرف ميشود تا بطور كامل تشكيل گردد. براي محافظت مواد به دست آمده از تركيباتي مانند سوبسترا استفاده ميكنند كه اين مواد را داخل محلول مي ريزند.
جهت اين عمليات هيچ گرمايي مورد نياز نيست و سلول هاي ثابت شده، فعاليت هاي خيلي زيادي را در خود ذخيره مينمايند. نقش آلژينات كلسيم به عنوان يك وسيله ثابتع كننده متوسط، بدين علت است كه ژل ها ميتوانند در هنگام برخورد با فرايندهايي كه محتوي كيلات كننده هاي كلسيم هستند از بين بروند، مانند فسفات ها و اين بدان معني است كه توليد دانه هاي آلژينات كلسيم با ابعاد كمتر از 5 ميلي متر مشكل به نظر ميرسد.
تله هاي ژله اي روشي كنترل شده براي رسيدن به آن چيزي است كه در طبيعت در مورد ارگانيسم هاي خاصي مثل جلبكي شدن باكتريها مورد قرار ميگيرد. خواص فيزيكي ژله ها بي شباهت به ماده جلبكي مذكور نيست. اما در هر صورت گونه هاي كمي موجودند كه تشكيل ژل ميدهند. تقريباً هر ارگانيسمي را ميتوان به وسيله تك ژله اي، ثابت كرد. اين ژل بصورت قطره (با قطر 5 ميلي متر) يا بصورت صفحه اي و ديگر اشكال (به ابعاد 0/5 ميلي متر به شكل استوانه ريز) ظاهر ميشوندبا اينكه در صفحاتي قرار ميگيرند و سپس به اندازه و شكل دلخواه بريده ميشوند. ذرات ژل در راكتورها اعم از راكتورهايي با بستر آكنه يا در مخازن همزني مورد استفاده قرار مي گيرند و رشد سلولي در داخل ژل صورت ميپذيرد. چنانچه غلظت به 0.30 واحد حجمي برسد ژل خاصيت خود را از دست ميدهد و گازهايي ايجادت شده در ژل ميتواند باعث مشكلاتي در ذرات شود.
2-3-2-3-روش محدود كردن سلولها
اين نوعت ثبات مستلزم محدود كردن سلولها در پشت يك مانع يا سد است كه ممكن است از پيش ساخته شده باشد و يا در محل تشكيل گردد. اين مانع ممكن است به راحتي توسط مرز بين دو مايع مخلوط نشدني ايجاد گردد. اين در حالتي است كه سلولهاي سوسپانسيون با يك محلول آلي به شكل امولسيون و به صورت قطره هايي در يك فاز آبي سوسپانسيون بروز مينمايد. موانع داز پيش تشكيل شده شامل غشاهاي نيمه تراوايي است كه براي فيلتراسيون مواد مورد استفاده قرار ميگيرد. مواد غذايي ميتوانند به سلول هايي كه در پشت غشاء قرار دارند، نفوذ نمايند.
استفاده عمده از سلول هاي محدود شدعه، ناشي از توانايي اين سيستم ها براي نگهداري سلول هاي آزاد مايع است و فقط در منطقه كشت سلول هاي بافت پستانداران وجود دارند.
2-3-2-4-روش اجتماعي سلولي
با روش انعقاد ميتوان به ثبات سلول ها دست يافت. بدين معني كه انها ممكن است ثابت شوند و. پيوسته در راكتورهاي بيولوژيكي در حال كار باقي بمانند. براي مثال در راكتورهاي با بستر ثابت و با بسترهاي سيال، انعقاد طبيعي سلولها در انتهاي واكنش تخمير صورت ميگيرد. همچنين ميسل هاي قارچي كه به شكل قرص هاي كروي هستند ميتوانند اجتماع سلولي را به وجود آورند. انعقاد يك مرحله كليدي از مراحل لجن فعال است كه براي تصفيه فاضلاب مورد استفاده قرار ميگيرد. انعقاد مصنوعي ممكن است جهت اجتماع سلولي كه از طريق مكانيسم هايي كه هنوز شناخته نشده اند، صورت پذيرد.
2-3-3-كنترل توده بيولوژيكي موجود
براي سيستم هايي كه در آن رشد سلولي وجود دارد مقدار واقعي توده بيولوژيكي در ارتباط با ذرات انفرادي نهايتاً به ارگانيسم هاي ثابت و شرايط و فرايند تخمير بستگي دارد. تحت شرايط معيني، محدوديت نفوذ درون لايه زيستي تثبيت شده يا انعقاد يافته منجر به ريختن يا خالي شدن قسمت وسط ميگردد.
در واكنش لايه هاي متصل، يك محدوديت ضخامتي وجود دارد كه به صورت يك لايه توده بيولوژيكي ميتواذند درآيد. اين امر ممكن است توسط غلظت محدود مواد و يا توسط فرسايش كه از تصادم بين ذرات يا از برخورد با ديواره ذرات به وجود مي آيد، كنترل شود. ميزان فرسايش به دو عامل بستگي دارد، يكي به تعادل نيروي مشترك كه بر ذره تحميل ميشود و ديگري به نيروي گرانروي كه بين ذرات وجود دارد.
گاهي استفاده از ذرات متخلخل ضروري است تا ميكروارگانيسم ها به اين ذرات بچسبند. در اين صورت اگر سلول ها در داخل خلل و فرج نگهداري شوند، هرگونه توده بيولوژيكي اضافي موجود در نتيجه رشد سلول روي قسمت خارجي ذرات توسط نيروي فرسايش ناشي از برخورد ذرات به يكديگر و يا برخورد ذره و ديوار از بين ميرود. با ارگانيسم هايي مانند قارچ هاي رشته اي نيروي مورد نياز جهت از بين بردن توده بيولوژيكي اضافي، قابل توجه است. در اين اگر رشد سلولي زيادتر نشود توده بيولوژيكي اوليه ثابت باقي ميماند و در حالتي كه سلول ها رشد را ادامه دهند، توده بيولوژيكي از طريق افزايش مييابد. وجود توده بيولوژيكي ممكن است در نتيجه تجمع گاز منجر به تورم شود كه احتمالاً كنترل ميكروبي در اين حالت امكان پذير نميشود.
توسعه و كاربرد روش هاي سلول هاي تثبيت شده به تازگي مطرح شده است و مسائل مربوط به فهم و كنترل فيزريولوژي سلول نيز مشكل بعه نظر ميرسد. خصوصيات بهينه كاتاليست ها بيولوژيكي خصوصاً ثبات و فعاليت هاي تجزيه اي فقط در مواردي رخ ميدهد كه توجه لازم به موقعيت بيولوژيكي سلول قبل و بعد از تثبيت معطوف گردد. يكي از مهمترين مشكلات در رابطه با تركيبات پيچيده، عدم درك شرايط محيط رزيست ميكروارگانيسم هاست، خصوصاً گرايدئان فيزيكي و شيميائي كه براي سلول هاي داخل مواد نگهدارنده طرح ميشوند. به مشكلات ذخيره اكسيژن و دفع دي اكسيد كربن به دلايل واضحي بيشترين توجه معطوف شده است ليكن اثرات ظريف تر ديگري را نيز بايد مد نظر قرار داد. تغييرات غير قابل پيش بيني در رشد و متابوليسم. فوايد و زيان هاي واكنش همراه با سلول هاي تثبيت شده مشاهده ميشود. واضح است كه فيزيولوژي سلول هاي تثبيت شده هنوز به روشني قابل درك نيست اما در اين مورد يكي از مهمترين جنبه‌هاي پيشرفت تكنولوژي سلول هاي تثبيت شده در آينده خواهد بود.
