[發(fā)明專利]一種利用嗜中高溫嗜酸古菌合成磁性納米材料的方法

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• 申請日: 2022-06-23
• 公開（公告）號: CN114990022A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王軍;鄔柏強;何萬里;楊寶軍;劉洋;吳凌波;周祎;廖蕤;洪茂鑫;趙春曉;于世超;劉仕統(tǒng);孫欣;劉玉玲;湯安妮;李輝瑩;張雁生;謝建平;申麗;趙紅波;甘敏;覃文慶;邱冠周
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: C12N1/20
• 分類號: C12N1/20;C12P3/00;B82Y40/00;C12R1/01
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 袁靖

本發(fā)明公開了一種利用嗜中高溫嗜酸古菌合成磁性納米材料的方法，本發(fā)明的嗜中高溫嗜酸古菌為好氧菌，菌體形態(tài)為球狀，經(jīng)培養(yǎng)后每個菌體含5?40個不規(guī)則磁小體，磁小體主要組成元素為鐵和氧。本發(fā)明通過調(diào)控FeSO₄·7H₂O的加入量、培養(yǎng)環(huán)境溫度、培養(yǎng)環(huán)境的酸堿度(pH)、培養(yǎng)環(huán)境的Fe³⁺和Fe²⁺的電位比，可以調(diào)控菌體胞內(nèi)磁性納米材料的粒徑、數(shù)量與分布，獲得所需要的磁性納米材料。本發(fā)明的制備方法可以在嗜中高溫嗜酸古菌胞內(nèi)大規(guī)模合成鐵氧磁性納米材料，且可以通過調(diào)節(jié)培養(yǎng)環(huán)境條件獲得所需的磁小體，可作為納米磁性材料大規(guī)模生產(chǎn)的主要載體。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微生物學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種利用嗜中高溫嗜酸古菌合成磁性納米材料的方法。

背景技術(shù)

趨磁細菌是一類能在地磁場或外加磁場中做定性運動的細菌，可以在胞內(nèi)合成單晶且有生物膜包被，成分為Fe₃O₄或Fe₃S₄的磁小體。磁小體能夠形成磁鏈并感知磁場，驅(qū)使MTB尋找到無氧或是微好氧的環(huán)境，獲得生存。趨磁細菌對于地球化學(xué)、生命起源與進化、地磁學(xué)和古地球環(huán)境等研究具有重要學(xué)術(shù)價值。

趨磁細菌主要分布在變形菌門，硝化螺旋菌門和一個暫定分類單元中。變形菌門是細菌數(shù)量最多的微生物類群之一，其包含Alpha變形菌綱，Gamma變形菌綱，Delta變形菌綱等等，趨磁細菌在這個三個分類單元中都有分布，其中大部分分布在Alpha變形菌綱中，近些年來，在美國，德國，巴西等地的咸水和淡水湖沉積物中都有發(fā)現(xiàn)大量屬于Alpha變形菌綱的趨磁細菌，在中國很多地區(qū)的湖泊或海洋沉積物中發(fā)現(xiàn)的趨磁細菌也大多屬于這一分類單元，Gamma變形菌綱趨磁細菌最初在美國的咸水湖中被發(fā)現(xiàn)，這類桿菌在體內(nèi)形成無規(guī)則形狀的膠黃鐵礦磁小體。最近，兩類產(chǎn)磁鐵礦磁小體的趨磁桿菌被發(fā)現(xiàn)也屬于變形菌綱，并在實驗室初步富集了這兩類細菌。Delta變形菌綱趨磁細菌的多樣性較高，主要包括產(chǎn)磁鐵礦磁小體的硫酸鹽還原菌，一類啞鈴狀的趨磁細菌和多種特殊的多細胞趨磁原核生物。

磁小體具有粒徑小、無毒性，趨磁性高，生物相容性高等許多獨特的性質(zhì)，是非常重要的特殊功能納米材料。在材料方面，可以生產(chǎn)高品質(zhì)的磁性生物材料，同時也可以應(yīng)用在傳感技術(shù)中；在醫(yī)學(xué)方面，可以為酶、藥物或是核酸提供載體，作為靶向藥物直接轟擊靶區(qū)/病灶，也可作為核磁共振造影劑，提高顯影質(zhì)量。此外，有望在廢水處理、發(fā)酵工業(yè)、人體內(nèi)廢物“透析”、加工含鐵食品和飲料等領(lǐng)域獲得應(yīng)用，具有巨大的應(yīng)用價值和市場開發(fā)前景。

然而，目前發(fā)現(xiàn)的趨磁細菌種類有限，暫時發(fā)現(xiàn)的趨磁細菌一般屬于變形菌門與硝化螺旋菌門，而且發(fā)現(xiàn)的趨磁細菌均為厭氧菌，對培養(yǎng)基營養(yǎng)質(zhì)量與培養(yǎng)環(huán)境氧分壓要求較高，很難以進行大規(guī)模純培養(yǎng)，也很難以實現(xiàn)磁性納米材料的大規(guī)模生產(chǎn)。而近些年關(guān)于極端嗜酸微生物合成磁性納米顆粒已有少量報道。極端嗜酸微生物一般為化能自養(yǎng)型好氧微生物，屬于化能自養(yǎng)菌門，易于進行大規(guī)模純培養(yǎng)，且可以通過調(diào)節(jié)培養(yǎng)環(huán)境條件獲得所需的磁小體，可作為納米磁性材料大規(guī)模生產(chǎn)的主要載體。研究者通過透射電子顯微鏡(TEM)，掃描電子顯微鏡(SEM)，X射線衍射(XRD)，磁熱重分析(MTGA)等手段對氧化亞鐵硫桿菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)進行分析，發(fā)現(xiàn)A.ferrooxidans僅含有1 至3個不規(guī)則排列的磁鐵礦磁小體。此外還有研究者發(fā)現(xiàn)A.ferrooxidans胞內(nèi)合成的磁小體不能誘導(dǎo)遺傳毒性與溶血性，證明其具有很好的生物相容性，可以被當(dāng)作藥物載體，應(yīng)用于靶向藥物傳遞和癌癥治療等領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在提供一種利用嗜中高溫嗜酸古菌合成磁性納米材料的方法，該方法可以通過調(diào)控FeSO₄·7H₂O的加入量、培養(yǎng)環(huán)境溫度、培養(yǎng)環(huán)境的酸堿度(pH)、培養(yǎng)環(huán)境的Fe³⁺和Fe²⁺的電位比，調(diào)控菌體胞內(nèi)磁性納米材料的粒徑、數(shù)量與分布，獲得所需要的磁性納米材料。