[发明专利]一种微生物自组装纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种微生物自组装纳米材料及其制备方法和应用。具体的，本发明利用一株能够在好氧条件下高效去除高盐废水中磷，同时可利用废水中原料在低饱和度条件下合成钙磷纳米颗粒的细菌希瓦氏菌(Shewanella sp.)CF8‑6，在废水除磷的同时合成了钙磷纳米材料，尤其在磷低饱和度条件下合成钙磷纳米颗粒。该方法及其所制备得到的纳米材料在去除环境污染及生物医学等领域具有重要作用。

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种微生物自组装纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

纳米材料是指在三维材料中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、量子效应等一些独特的特性，从而被广泛应用于能源、催化、生物传感器、生物医学等行业。传统的物理化学合成纳米材料的方法主要有两相法、反相微乳法、光化学合成法、电极电解法以及加热法、超声法等等，但是这些传统的合成方法具有种种难以克服的缺陷，如原料价格高，耗能高，反应条件苛刻或者难于规模化生产，同时化学合成方法往往需要前驱体，然而这些前驱体价格昂贵且可能具有毒性，并且化学合成方法都需要在高饱和度的溶液中进行，需要投加大量化学试剂导致成本较高，这些缺陷都极大的限制了化学方法的应用。与之相比，生物合成纳米材料具有清洁、反应条件温和、成本低、操作简单等优势，且生物合成的纳米材料具有良好的分散性、稳定性、生物相容性及可调节性等优点，现已成为国内外研究热点。目前已发现的具有合成纳米材料的微生物种类很有限，主要包括原核生物和真核生物，如细菌、酵母菌、某些病毒离子、真菌及植物等具有胞外、胞内合成或纳米自组装的能力，同时也有个别利用植物提取物以及天然多糖海洋多糖等合成纳米材料的报道。但是已报道的应用生物方法合成的纳米材料主要集中于贵金属包括及金属硫化物纳米材料方面，如金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)及硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)等。然而关于生物合成钙磷纳米颗粒尤其是纳米羟基磷灰石的菌株报道更少。

纳米羟基磷灰石由于其在环境、生物医药等领域越来越受到人们的关注。

(1)环境重金属污染修复：重金属元素可以与氨基酸侧链上的硫原子、氮原子发生作用，具有很高的毒性。环境重金属污染现有修复方法主要有物理修复、化学修复及生物修复的方法。其中化学修复需要向污染环境如土壤、水体等额外投加化学药剂使重金属离子发生吸附、氧化还原反应、沉淀等作用，此方法尽管操作简单效果明显但是易产生二次污染且费用较高。利用含磷材料对环境重金属污染进行修复是一种有效的方法。近几年来文献报道的生物合成的磷酸盐矿物比如锌-磷与磷酸氢铀酰等可以吸附一系列的金属，并且具有可以在比较宽的pH范围内操作的潜力。

(2)生物医药利用：纳米材料在生物医学药学、人类健康等生命科学领域有重大应用，如利用纳米颗粒作为载体输送药物至病灶部位、利用纳米材料做为生物医学检测诊断用材料等。磷酸钙盐如羟基磷灰石是动物及人体骨骼及牙齿的主要无机矿物成分，具有良好的活性与生物相容性，如羟基磷灰石陶瓷，是一种很有前景的人工骨及人工口腔材料。

有文献报道一株沙雷氏菌Serratia sp.能够在不同的培养条件下可以合成不同粒径和特性的羟基磷灰石纳米颗粒，该沙雷氏菌Serratia sp.只能在高饱和的溶液(P：5mM)以及生物缓冲液中产生钙磷纳米颗粒，并且此类钙磷纳米颗粒的产生并不是严格意义上的生物合成，而是一种生物降解过程，该沙雷氏菌Serratia sp.通过产生一种非典型性酸性磷酸酶来分解基质中的甘油磷酸钠从而释放出大量无机磷酸根离子，高浓度的磷酸根离子与钙离子在细胞表面或者胞外聚合物中形成羟基磷灰石纳米颗粒，然后将之应用于水溶液中放射性核素的去除。然而其形成纳米颗粒的条件仍较为苛刻。如何通过简单的方法有效的获得钙磷纳米材料，仍是本领域内面临的技术难题。