[发明专利]用于金属纳米颗粒生产的微生物辅助灌流系统

说明书

用于金属纳米颗粒微生物合成的连续灌流式生物反应器提供纳米颗粒的合成，而不洗出微生物细胞。所述灌流式生物反应器包括一个进口，所述进口与具有第一流动屏障的保持室流体耦合，其中所述第一流动屏障将介质分散进适合于培养合成纳米颗粒的微生物细胞的反应室。反应室中的第二流动屏障避免了微生物细胞的洗出，但允许收集悬浮在耗尽营养介质中的纳米颗粒。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年8月17日提交的序列号为63/066,795的美国临时申请的优先权，该申请通过引用全部并入本文。

背景技术

金属纳米颗粒(NP)代表了许多行业的新前沿，尤其是卫生保健行业。它们的抗氧化(L.Valgimigli等人，2018年)、抗菌(H.Zazo等人，2017年)和抗癌(MeiWu，2017年)性能已证实具有医疗用途。随着对NP需求的增加，寻找一种环保、经济、高效、稳定的NP生产方法至关重要。可以使用细菌细胞生产金属NP(A.Fariq等人，2017年)，与传统化学方法相比，减少了工业和能源浪费。然而，金属纳米颗粒的细菌合成的当前工艺需要大量人力，导致批次间的结果不可信、产量差异和纯度差异，并具有显著的污染风险(M.L.Verma等人，2019年)。因此，需要新的方法和设备来改进使用微生物细胞生产金属NP和产品。

发明内容

本技术提供了使用微生物细胞合成纳米颗粒(NP)的装置和方法。所述技术可以使用任何细胞进行实施，所述细胞能够通过将一种或多种金属盐化学转化为金属纳米颗粒而形成纳米颗粒，所述细胞优选微生物细胞，如细菌细胞。优选地，所实施的化学转化是还原金属盐以形成固体金属纳米颗粒或微粒。所述技术提供了一种特定灌流式生物反应器，所述特定灌流式生物反应器具有单独的和特定的组件，用于微生物(细胞)的培养、这些微生物的NP合成、以及随后使用连续流工艺对产生的NP进行的回收。所述技术可以提供NP的连续自动合成，而不需要在NP生物合成期间持续或间歇补充微生物细胞。所述装置和方法可以避免培养物中微生物细胞与NP共洗脱的问题，该问题通常被称为细胞清洗。所述方法可选地利用细胞与主灌流反应器的粘附或半粘附，其可以确保NP从微生物细胞中有效分离。合成的NP和反应介质在通过流动屏障后流向收集端口，该流动屏障将微生物细胞保留在主灌流反应器中，同时允许NP传递到无细胞收集端口。收集室内或收集端口的过滤器可以进一步将NP与微生物细胞分离。

本发明的方法和装置可用于合成含有或由任何金属元素组成的金属纳米颗粒，包括例如Ag、Pt、Pd、Se及其任何组合，或其与其他金属的合金，也可包括非金属元素。例如，在WO 2018/218091 A1和WO 2020/206459 A1中可以找到金属纳米颗粒及其微生物细胞合成的反应条件和化学，其均通过引用并入本文。

可以通过以下特征列表进一步总结本申请的技术。

1.用于金属纳米颗粒连续微生物合成的灌流式生物反应器，所述生物反应器包括：

(i)进口段(inlet stage)，包括与泵流体耦合的流体营养介质储层，所述泵与灌流室流体耦合；

(ii)所述灌流室，包括

保持室(holding compartment)，所述保持室被配置为接收来自进口段的营养介质，所述保持室被配置为将所述营养介质均匀分布并转移到反应室；

所述反应室被配置为通过微生物细胞形成所述纳米颗粒，所述反应室包括适合支撑用于合成所述纳米颗粒的微生物细胞的反应面；

收集室，所述收集室被配置为从反应室收集含有合成纳米颗粒的营养介质，并将所述介质和纳米颗粒转移到收集端口；

在保持室和反应室之间设置的第一流动屏障，其中所述第一流动屏障用于在所述营养介质进入反应室之前均匀分散所述营养介质；和

在反应室和收集室之间设置的第二流动屏障，其中所述第二流动屏障用于将微生物细胞保留在反应室中，并允许纳米颗粒流入所述收集室。