[实用新型]一种分离收集趋磁细菌及磁小体的装置

说明书

技术领域

本发明利用磁场效应及超声波的破壁效应对趋磁细菌的菌体及磁小体进行收集，属于微生物分离技术领域。

背景技术

趋磁细菌(Magnetotactic bacteria)是一类能够沿着磁场方向运动的革兰氏阴性细菌，分布广泛,在湖泊、海洋甚至湿土里都能找到。最早发现趋磁细菌的是意大利Pavia大学微生物研究所的医学博士Salvatore Bellini。1958年，他在检测水样中的病原菌时偶然发现了细菌的趋磁性。1975年，美国人Blakemore Bellini首先在《Science》上报道了趋磁细菌，他是在研究海洋底部污泥中的螺旋菌时，意外发现了一类细菌总是聚集在显微镜视野液滴的靠北部边缘。通过进一步研究，证实这类细菌运动方向能随着外加磁场极性的改变而改变，他将这类细菌定名为趋磁细菌。随后，科学家相继从南半球、北半球和赤道附近的海水、湖泊、池塘、沼泽甚至土壤中检测或分离到多种类型的趋磁细菌。迄今为止，通过16SrRNA序列测定、荧光标记、单细胞水平原位杂交等方法研究的趋磁细菌大约有40余株，已发现的趋磁细菌有球菌、杆菌、弧菌、螺旋菌等。

趋磁细菌具有趋磁性是由于含有磁小体（Magnetosomes），不同趋磁细菌合成的磁小体的成分、形态结构、数量及大小各不相同。成分有Fe₃O₄、FeS、Fe₃S4或FeS₂，磁小体由一层生物膜包覆，膜的厚度10nm左右。磁小体的形态有平截八面体状、平行六面体状、子弹状或箭头状、泪滴状、牙齿状等。磁小体包括一条至多条磁小体链，有的只有1～2颗磁小体，有的甚至产生高达1000颗结晶，排列成像5条绳子一样并组成管束。磁小体的大小因菌种而异，大小范围20～100nm。

磁小体是一种对重金属有着很强吸附性的细菌。一些重金属如铁、镍等还能被趋磁细菌吸收并用于自身的繁殖。自被发现以来，国外就开始了利用趋磁细菌处理重金属废水的研究，如南安普敦大学的Bahaj等研究了不同重金属离子对趋磁细菌的活性的影响，得出了Cu、Co、Cd、Zn等离子能抑制趋磁细菌的活性，而Fe、Mg、Mn、Al、Cr等则能被有效吸附和去除的结论，所以可用来处理待定的废水。研究发现，趋磁细菌对上述离子的去除效率很高，在多数情况下能将质量浓度由（10～100）×10^-6mg/L降到（10～100）×10^-9mg/L，远远低于国际上的排放标准，而且在利用趋磁细菌处理重金属的过程中，只要让废水流过一个固定的磁场，就可以将重金属去除，不需要额外的动力，也不需要加入其他的药品。因此，在经济上具有其他方法无法比拟的优点，尤其在能源紧缺的现实社会，随着人们节能意识的增强，这种方法有着光明的应用前景。

趋磁细菌的研究对生物磁学和仿生学研究具有重要意义。趋磁细菌由于具有结构简单、在自然界中大量存在等优点，极有可能作为一种模式材料，用来了解生物体中存在磁性颗粒的功能和机理。也可为仿生学研究提供理论依据，使之能在工程技术上加以模拟和仿制，特别是它对细微的地磁场也能产生响应，从而可以在导航及定向等高新技术领域里加以应用。因此，趋磁菌沿地磁场磁力线迁移的能力可作为一种模式来研究地磁场对生物系统的影响。

细菌磁小体与一般人造纳米载体相比有许多优点：①具有很窄的粒度分布范围和稳定的晶形；②其纳米尺度使其具有巨大的比表面积，可以固定大量的生物活性物质；③颗粒主成分为Fe3O4等，无其他杂质，具有顺磁性；④晶体颗粒有脂膜包被，不易聚集；⑤磁小体膜上带有大量的生物活性基团，可用于与药物分子的共价连接，且连接药物后可通过外加磁场而易分离纯化；⑥载药磁小体在体内通过降解磁小体外膜即可实现药物释放。因而是一种重要的纳米材料，在生物和医学领域具有许多潜在的应用价值。

在医学上的应用主要包括：制造磁性细胞和磁分离技术、生物传感技术与检测、用磁小体作为靶向纳米药物的载体、肿瘤热疗、基因诊断与治疗、用于MRI图像增加剂等。

趋磁细菌磁小体的形成和磁学性质研究，也可以有助于提示生物矿化作用过程，探讨生物感应地磁场变化的机理，也是古地磁学、岩石磁学和环境磁学的重要研究内容。

趋磁细菌的应用研究已越来越受到人们重视，在微生物学、生物化学、生物物理学、古生物学、医学、计算机和航空等高新技术领域均显现出较有潜力的应用价值，因此趋磁细菌的分离以及磁小体的收集成为重要的步骤，本实用新型提供了一种分离收集趋磁细菌及磁小体的设备，该装置结构简单，成本低廉，使用方便，效果显著，为趋磁细菌及磁小体的分离深入研究提供了最佳手段。