[發(fā)明專(zhuān)利]一種微生物自組裝納米材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610236255.7
• 申請(qǐng)日: 2016-04-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105779356B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周維芝;王艷茹;蔣麗
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C12N1/20
• 分類(lèi)號(hào): C12N1/20;B82Y30/00;C02F3/34;A61K47/02;A61L27/12;A61L27/50;C12R1/01;C02F101/20
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發(fā)明公開(kāi)了一種微生物自組裝納米材料及其制備方法和應(yīng)用。具體的，本發(fā)明利用一株能夠在好氧條件下高效去除高鹽廢水中磷，同時(shí)可利用廢水中原料在低飽和度條件下合成鈣磷納米顆粒的細(xì)菌希瓦氏菌(Shewanella sp.)CF8?6，在廢水除磷的同時(shí)合成了鈣磷納米材料，尤其在磷低飽和度條件下合成鈣磷納米顆粒。該方法及其所制備得到的納米材料在去除環(huán)境污染及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種微生物自組裝納米材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

納米材料是指在三維材料中至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。納米材料具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)等一些獨(dú)特的特性，從而被廣泛應(yīng)用于能源、催化、生物傳感器、生物醫(yī)學(xué)等行業(yè)。傳統(tǒng)的物理化學(xué)合成納米材料的方法主要有兩相法、反相微乳法、光化學(xué)合成法、電極電解法以及加熱法、超聲法等等，但是這些傳統(tǒng)的合成方法具有種種難以克服的缺陷，如原料價(jià)格高，耗能高，反應(yīng)條件苛刻或者難于規(guī)模化生產(chǎn)，同時(shí)化學(xué)合成方法往往需要前驅(qū)體，然而這些前驅(qū)體價(jià)格昂貴且可能具有毒性，并且化學(xué)合成方法都需要在高飽和度的溶液中進(jìn)行，需要投加大量化學(xué)試劑導(dǎo)致成本較高，這些缺陷都極大的限制了化學(xué)方法的應(yīng)用。與之相比，生物合成納米材料具有清潔、反應(yīng)條件溫和、成本低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，且生物合成的納米材料具有良好的分散性、穩(wěn)定性、生物相容性及可調(diào)節(jié)性等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。目前已發(fā)現(xiàn)的具有合成納米材料的微生物種類(lèi)很有限，主要包括原核生物和真核生物，如細(xì)菌、酵母菌、某些病毒離子、真菌及植物等具有胞外、胞內(nèi)合成或納米自組裝的能力，同時(shí)也有個(gè)別利用植物提取物以及天然多糖海洋多糖等合成納米材料的報(bào)道。但是已報(bào)道的應(yīng)用生物方法合成的納米材料主要集中于貴金屬包括及金屬硫化物納米材料方面，如金(Au)、銀(Ag)、鉑(Pt)及硫化鎘(CdS)、硒化鎘(CdSe)等。然而關(guān)于生物合成鈣磷納米顆粒尤其是納米羥基磷灰石的菌株報(bào)道更少。

納米羥基磷灰石由于其在環(huán)境、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

(1)環(huán)境重金屬污染修復(fù)：重金屬元素可以與氨基酸側(cè)鏈上的硫原子、氮原子發(fā)生作用，具有很高的毒性。環(huán)境重金屬污染現(xiàn)有修復(fù)方法主要有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)及生物修復(fù)的方法。其中化學(xué)修復(fù)需要向污染環(huán)境如土壤、水體等額外投加化學(xué)藥劑使重金屬離子發(fā)生吸附、氧化還原反應(yīng)、沉淀等作用，此方法盡管操作簡(jiǎn)單效果明顯但是易產(chǎn)生二次污染且費(fèi)用較高。利用含磷材料對(duì)環(huán)境重金屬污染進(jìn)行修復(fù)是一種有效的方法。近幾年來(lái)文獻(xiàn)報(bào)道的生物合成的磷酸鹽礦物比如鋅-磷與磷酸氫鈾酰等可以吸附一系列的金屬，并且具有可以在比較寬的pH范圍內(nèi)操作的潛力。

(2)生物醫(yī)藥利用：納米材料在生物醫(yī)學(xué)藥學(xué)、人類(lèi)健康等生命科學(xué)領(lǐng)域有重大應(yīng)用，如利用納米顆粒作為載體輸送藥物至病灶部位、利用納米材料做為生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)診斷用材料等。磷酸鈣鹽如羥基磷灰石是動(dòng)物及人體骨骼及牙齒的主要無(wú)機(jī)礦物成分，具有良好的活性與生物相容性，如羥基磷灰石陶瓷，是一種很有前景的人工骨及人工口腔材料。

有文獻(xiàn)報(bào)道一株沙雷氏菌Serratia sp.能夠在不同的培養(yǎng)條件下可以合成不同粒徑和特性的羥基磷灰石納米顆粒，該沙雷氏菌Serratia sp.只能在高飽和的溶液(P：5mM)以及生物緩沖液中產(chǎn)生鈣磷納米顆粒，并且此類(lèi)鈣磷納米顆粒的產(chǎn)生并不是嚴(yán)格意義上的生物合成，而是一種生物降解過(guò)程，該沙雷氏菌Serratia sp.通過(guò)產(chǎn)生一種非典型性酸性磷酸酶來(lái)分解基質(zhì)中的甘油磷酸鈉從而釋放出大量無(wú)機(jī)磷酸根離子，高濃度的磷酸根離子與鈣離子在細(xì)胞表面或者胞外聚合物中形成羥基磷灰石納米顆粒，然后將之應(yīng)用于水溶液中放射性核素的去除。然而其形成納米顆粒的條件仍較為苛刻。如何通過(guò)簡(jiǎn)單的方法有效的獲得鈣磷納米材料，仍是本領(lǐng)域內(nèi)面臨的技術(shù)難題。