CN103663566A - 一种在室温下利用噬菌体为模板生物仿生矿化纳米颗粒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在室温下利用噬菌体为模板生物仿生矿化纳米颗粒的方法。噬菌体能够用于室温矿化的晶体包括氧化铁、氧化锌、羟基磷灰石、磷酸钙、碳酸钙、氧化钴。将盐溶液与噬菌体均匀分散于盐酸溶液中，碱分散于水中，在室温下将二者混合，通过液相沉淀法并利用噬菌体为模板的矿化作用，可以制备出分散好的颗粒状、棒状纳米材料。本发明具有操作简单易行及等环境友好特点。

Description

一种在室温下利用噬菌体为模板生物仿生矿化纳米颗粒的方法

技术领域

本发明涉及一种在室温下利用噬菌体为模板生物矿化纳米颗粒的方法。 

背景技术

纳米材料具备优良的光、电、磁、热、声、催化活性等性能，目前在各个领域都是研究热点。纳米材料的制备方法主要有：气相沉积法、沉淀法、水热合成法、溶胶凝胶法、微乳液法等。其中利用生物矿化的方法制备的纳米材料称之为生物矿化纳米材料，其具有特殊的高级结构和组装方式以及优良的生物相容性，比起上述的方法制备的材料更适合用于生物医学领域。生物矿化是以有机质为模板，在分子水平上控制无机矿物相的结晶、生长，从而使生物矿物具有特殊的有序分级结构。目前用于生物矿化的模板主要有天然的大分子和合成的高分子。其中天然的大分子只要有：DNA、RNA、蛋白质(多肽)、磷脂等。这些模板制备出的纳米材料具有特殊的结构，但是由于其结构单一，有时无法满足复杂材料、设备的设计以及应用需求，所以其应用领域仍有所限制。另外，诸如上述的模板的价格比较高，利用其用来生物矿化新材料或者对某种材料表面改性，其成本都较高，且过程繁琐，因而不利用大规模地成产，其应用领域备受限制。 

噬菌体是由表面的衣壳蛋白以及内部的遗传物质组成，整个结构较为简单，但是正是这种简单的结构中却将两种矿化模板有机地统一起来——蛋白质和DNA，且衣壳蛋白种类多种，并不唯一；内部的DNA也为矿化提供新的模板，利用这外部蛋白和内部DNA为模板，矿化出来的纳米材料的结构以及形状更复杂更精巧，也会满足更多功能，基于此，利用噬菌体作为生物矿化的模板，这对新纳米材料的设计以及制备提供了较好的素材。 

发明内容

本发明提供了一种在温和条件下利用噬菌体作为模板生物矿化纳米颗粒的方法。 

目前为止，利用生物矿化来制备或者改性纳米颗粒的研究已经有很多，但是这些研究中采用的模板较为单一(单纯的某种蛋白质、DNA、RNA、多糖、多肽等)，同批次制备出来的纳米颗粒的结构也较为单一简单，无法满足更精巧更高端的设计应用，除此之外，采用的这些模板在矿化时，其纯度的要求较高，这也就意味着价格较高，也就无形中造成最终的纳米产品成本的增加，这也不利于大规模的产业化生产。但是本发明注意到，在矿化一系列的纳米颗粒过程中，采用噬菌体作为模板，所得的纳米颗粒结构性质等都满足所需，且其成本比单独的购买DNA、蛋白要低很多。因此，本发明提出一种新的技术方案。共中利用酸水解噬菌体，使得噬菌体的衣壳蛋白和DNA溶于酸液中，通过简单沉淀法制备得到所需的纳米 颗粒(前驱体)。该方法包括以下步骤： 

a)将盐溶液以及噬菌体液溶于盐酸溶液中，形成均匀分散液； 

b)将浓度为1.0-2.0M氢氧化钠水溶液与上述盐及噬菌体液混合，其中，混合溶液与氢 

氧化钠水溶液体积比为1：1～10，然后继续搅拌2小时，经反应后转变为所需纳米颗粒(或者前驱体，经过热处理后制得所需样品)； 

c)将反应后的混合液静置陈化，然后离心分离，并洗涤3-5次，干燥得样品。 

在本发明的方法中，所述噬菌体包括丝状噬菌体、T4＼T7噬菌体以及λ噬菌体；按照结构，主要有：无尾部结构的二十面体、有尾部结构的二十面体以及线状体。 

在本发明的方法中，所述噬菌体的浓度为10⁸-10¹⁰pfu／μL，盐酸浓度为：0.3-0.6M；所述噬菌体浓度过低不足以起到矿化成核作用，浓度过高则会与一些反应中的盐溶液形成配合物，导致氧化沉淀反应无法顺利进行。 

在本发明的方法中，所述氢氧化钠溶液浓度为：1.0-2.0M，优选为：1.5-3.0M；浓度过高则反应体系pH值无法控制，且对噬菌体水解后的多肽以及DNA的生物活性有所损害；浓度过低则无法完全反应。 

根据本发明方法可以在室温下制备得到表面修饰有多肽以及形状为颗粒和线状的纳米材料。本发明方法具有简单易行、成本较低、产物环境友好等优点。 

附图说明

结合附图对本发明作进一步说明，其中， 

图1是利用M13噬菌体作为模板矿化得到的纳米羟基氧化铁的透射电子显微图片。 

图2是利用M13噬菌体作为模板矿化得到的纳米四氧化三铁的透射电子显微图片。 

图3是利用M13噬菌体作为模板矿化得到的纳米磷酸钙的扫描电子显微图片。 

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明作进一步说明，这些实施例只是为了更好地理解本发明，并且在任何情况下都不应该将其解释为限制本发明的范围，本发明的范围由所附的权利要求书所限定。 

本发明中利用噬菌体为模板矿化纳米颗粒是在室温下用液相沉淀法实现的。 

本发明提供的制备纳米材料的方法对于设备、试剂无特殊的要求，因此易于量产。以下是本发明的示例性的具体实施方案，通过这些实施方案可以更充分地理解本发明的上述优点。 

实施例1制备纳米羟基氧化铁 

将5.5g六水氯化铁和1.98g四水氯化亚铁溶解于25mL盐酸溶液中，用磁力搅拌器搅拌 混合欲处理15分钟，再将10mL噬菌体溶液(浓度为10⁸pfu／μL)加入上述溶液，继续搅拌30分钟，将分散液装入具塞锥形瓶中，常温放置24小时。将15g氢氧化钠分散于250mL二次水中，搅拌混合均匀。在温度为25℃.，搅拌速度为300转／分钟的条件下，向铁盐、噬菌体溶液中逐滴加入上述氢氧化钠水溶液250mL。继续在300转／分钟的速度下搅拌2-6小时，以利于溶液反应的充分进行。之后将混合体系在室温下静置2天，以利于纳米颗粒的成核生长。最后产物通过洗涤和离心获得。在离心过程中，反应产物以5000转／分钟速度离心30分钟，沉底物用去离子水洗涤后，再次离心2-3次，且转速逐次增加到6000转／分钟，离心时间每次加长30分钟，最后用无水乙醇洗涤后得到较纯净产物。最后在37℃以下空气气氛下烘干24小时。 

实施例2制备纳米四氧化三铁 

将5.3g六水氯化铁和2.0g四水氯化亚铁溶解于25ml盐酸溶液中，用磁力搅拌器搅拌混合欲处理30分钟，再将20mL噬菌体溶液(浓度为10⁹pfu／μL)加入上述溶液，继续搅拌30分钟，将分散液装入具塞锥形瓶中，常温放置24小时。将15g氢氧化钠分散于250mL二次水中，搅拌混合均匀。在温度为25℃.，搅拌速度为300转／分钟的条件下，向铁盐、噬菌体溶液中逐滴加入上述氢氧化钠水溶液250mL。继续在300转／分钟的速度下搅拌2-6小时，以利于溶液反应的充分进行。之后将混合体系在室温下静置2天，以利于四氧化三铁纳米颗粒的成核生长。最后产物通过洗涤和离心获得。在离心过程中，反应产物以4000转／分钟速度离心20分钟，沉底物用去离子水洗涤后，再次离心2-3次，且转速逐次增加到6000转／分钟，离心时间每次加长20分钟，最后用无水乙醇洗涤后得到较纯净产物。最后在37℃.以下空气气氛下烘干24小时。 

实施例3制备纳米磷酸钙 

将2.2305gCaCl2溶于17mL水中，2.6954g Na2HPO4溶解于40mL水中，再将20mL噬菌体溶液(浓度为10⁹pfu／μL)加入上述溶液，继续搅拌30分钟，将分散液装入具塞锥形瓶中，常温放置24小时。将8g氢氧化钠分散于250mL二次水中，搅拌混合均匀。在温度为25℃.，搅拌速度为300转／分钟的条件下，搅拌混合均匀。在温度为25℃.，搅拌速度为300转／分钟的条件下，向盐、噬菌体溶液中逐滴加入上述氢氧化钠水溶液250mL。继续在300转／分钟的速度下搅拌2-6小时，以利于溶液反应的充分进行。之后将混合体系在室温下静置2天，以利于纳米颗粒的成核生长。最后产物通过洗涤和离心获得。在离心过程中，反应产物以4000转／分钟速度离心20分钟，沉底物用去离子水洗涤后，再次离心2-3次，且转速逐次增加到6000转／分钟，离心时间每次加长20分钟，最后用无水乙醇洗涤后得到较纯净产物。最后在37℃.以下空气气氛下烘干24小时。 

Claims (2)

1.一种在室温下利用噬菌体为模板生物仿生矿化纳米颗粒的方法，该方法中噬菌体包括丝状噬菌体、T4＼T7噬菌体以及λ噬菌体；按照结构，主要有：无尾部结构的二十面体、有尾部结构的二十面体以及线状体。

2.一种在室温下利用噬菌体为模板生物仿生矿化纳米颗粒的方法，该方法包括以下步骤：

a)将盐溶液以及噬菌体液溶于盐酸溶液中，形成均匀分散液，其中噬菌体液浓度为：10⁸-10¹⁰pfu/μL，盐酸浓度为：0.3-0.6M；

b)将浓度为1.0-2.0M氢氧化钠水溶液与上述盐及噬菌体液混合，其中，混合溶液与氢氧化钠水溶液体积比为1：1～10，然后继续搅拌2小时，经反应后转变为所需纳米颗粒(或者前驱体，经过热处理后制得所需样品)；

c)将反应后的混合液静置陈化，然后离心分离，并洗涤3-5次，干燥得样品。

Images