CN105112453A - 一种纳米颗粒材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明利用蛋白胨、酵母和NaCl配制培养基，培养菌株成团泛菌属IMH细胞。收集菌体细胞后将其根据所需合成纳米颗粒的不同分散至不同的培养体系中，加入适当浓度的金属离子。反应数小时后，根据反应时间不同可分离收集得到不同粒径的金属纳米颗粒材料。整个工艺具有绿色环保、操作简便且成本低廉的特点，得到的纳米颗粒材料在催化、吸附和检测等诸多方面具有广阔的应用前景。

Description

一种纳米颗粒材料的制备方法

技术领域

本发明提供了一种纳米颗粒材料的制备方法，属于纳米材料合成技术领域。

技术背景

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由他们作为基本单元构成的具有特殊性能的材料。由于当材料粒径进入纳米量级时，其本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、量子隧道效应，因而展示出许多独特的物理及化学性能，在催化、环保、能源、医药等诸多领域有广阔的应用前景。

目前，纳米颗粒的合成方法总体上可分为：“自上而下”和“自下而上”两种途径。“自上而下”的方法，是一个由大变小的过程，大块物体通过物理方法破碎，粉碎，研磨等方式，如高能球磨法，转变为纳米量级的颗粒。此类方法操作简单，成本较低，适宜规模化生产。但制得材料颗粒较大，粒径分布不均匀，且形状难以控制。“自下而上”的方法，是通过适当的化学反应，化学反应中物质之间的原子必然进行组排，从分子，原子出发制备纳米颗粒。如沉淀法、溶胶-凝胶法、水热溶剂热法、微乳液法、模板法等方法。化学合成方法灵活多样，可用于制备多种形貌的纳米颗粒，但多数化学法需要引入较多化学试剂，可能带来一定的环境污染问题。

因此，随着材料制备的化学研究日趋活跃，生物合成的方法逐渐引起研究人员的注意。生物介导的转化过程并不受压强、温度、pH等严苛的条件限制，能够在温和的条件下进行。因此利用生物体如细菌、真菌、藻类等或生物质还原制备纳米颗粒，不仅可以获得物理法和化学法难于得到的一些结果，而且过程不需要引入其他化学试剂，还可以充分利用本身生物的性质。所以，该方法更具有可持续发展的特征，成为纳米颗粒制备研究领域的一个热点。除了具有生物活性的分子作为还原剂合成金属纳米颗粒方法外，1999年PNAS首次报道了施氏假单胞菌还原制备银纳米颗粒，开辟了金属纳米颗粒制备的新方法—利用微生物原位还原。

利用微生物原位合成金属纳米颗粒是指金属离子利用细胞表面官能团或胞内还原酶的作用，被还原为零价的金属纳米颗粒。目前，机制方面研究根据方法不同分为两个方面，一是细胞膜或细胞壁表面的羧基，酰胺基，酮基和醛基可作为金属离子的电子供体。这些细胞表面的活性有机官能团能够吸附、络合和螯合金属离子，并在细胞壁上原位还原成金属颗粒，同时菌体细胞壁表面与金属颗粒产生相互作用，阻止其迁移并降低团聚，从而获得金属纳米颗粒。二是酶催化还原过程，微生物产生的酶在还原生成纳米颗粒的过程中起到催化剂的作用，利用电子传递体将还原性物质的电子转移给金属离子并将其还原，从而合成金属纳米颗粒。

利用微生物原位还原制备金属纳米颗粒不仅在制备方法上能够改善物理化学法的不足，同时所合成的纳米颗粒粒径均一，稳定性高，且具有较好的生物相容性，从而极大地拓展了纳米颗粒的应用。本发明研发了一种利用微生物原位还原合成金属纳米颗粒的新方法，本发明利用自山西省实际土壤中提取纯化的菌株，经过一系列实验，成功制备了金、银、钯、硒四种金属纳米颗粒，本发明的方法对生物检测，生物成像等领域具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于利用特殊的微生物菌种原位还原合成金属纳米颗粒，该方法可运用于多种单质金属纳米颗粒的合成。

本发明利用蛋白胨、酵母和氯化钠配制培养基，培养菌株成团泛菌属IMH细胞。培养至细胞生长对数期后收集得到细胞。之后将细胞分散至不同的培养体系中，加入适当浓度的金属离子。反应数小时后，可分离收集得到不同粒径的金属纳米颗粒。

根据本发明的一个具体实施方式，一种纳米颗粒材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)培养基配制：称取1g蛋白胨、0.5g酵母和1g氯化钠溶于100mL去离子水中，搅拌3～10分钟，使得混合固体完全融化，形成均匀的溶液，并调整pH值至7；

(2)培养基灭菌：将配好的培养基置于灭菌锅中，在120℃下，高温灭菌20min，之后室温下冷却保存；

(3)菌株活化及接种：用接种环将菌株成团泛菌属IMH接入已灭菌的培养基溶液，将溶液置于摇床中，在30℃，150rpm条件下震荡培养12h，随后吸取1mL活化后菌液转接至新鲜得到的培养基溶液，再次将溶液置于摇床中，在30℃，150rpm条件下震荡培养12h；。

(4)细胞收集：将步骤(3)中得到的菌液在已灭菌的氛围下，转移至离心管内，在转速为8000rpm的条件下离心5分钟。离心结束后，弃去上清液，收集离心管内下部菌体。

(5)银原位还原:将步骤(4)中得到的菌体(OD₆₀₀＝1.0)分散至去掉NaCl的LB培养基中，加入浓度为1mM的银离子，反应8h，得到粒径为100nm的银纳米颗粒。

(6)金原位还原：将步骤(4)中得到的菌体(OD₆₀₀＝1.0)分散至PBS缓冲液中，加入浓度为1.8mM的金离子，反应4h，得到粒径为30nm的金纳米颗粒。

(7)钯原位还原：将步骤(4)中得到的菌体(OD₆₀₀＝1.0)分散至PBS缓冲液中，加入浓度为2mM的钯离子，反应8h，得到粒径为50nm的钯纳米颗粒。

(8)硒原位还原：将步骤(4)中得到的菌体(OD₆₀₀＝1.0)分散至LB培养基中，加入浓度为2mM的硒离子，反应4h，得到粒径为80nm的钯纳米颗粒。

附图说明

下面通过图例说明本发明的主要特征。

附图1为本发明制得的银纳米颗粒的透射电镜照片，实验结果表明合成出的银纳米颗粒大小均匀，粒径为100nm左右。

附图2为本发明制得的金纳米颗粒的透射电镜照片，实验结果表明合成出的金纳米颗粒大小均匀，粒径为30nm左右。

附图3为本发明制得的钯纳米颗粒的透射电镜照片，实验结果表明合成出的钯纳米颗粒大小均匀，粒径为50nm左右。

附图4为本发明制得的硒纳米颗粒的透射电镜照片，实验结果表明合成出的硒纳米颗粒大小均匀，粒径为80nm左右。

发明实施例

下面进一步通过实施例来阐述本发明。

实施例1银纳米颗粒

称取10g蛋白胨、5g酵母和10g氯化钠溶于1L去离子水中，调节pH值为7左右。高温高压灭菌后保存。用接种环将菌株成团泛菌属IMH接入得到的100mL培养基溶液中。之后将溶液置于摇床中，在30℃，150rpm条件下震荡培养12h。随后，吸取1mL活化后菌液转接至已灭菌的100mL的培养基中，再次将溶液置于摇床中，在30℃，150rpm条件下震荡培养12h。取50mL对数期菌液于离心管中，在8000rpm条件下离心5分钟。结束后，去除上清液，收集管内底部的细胞。将收集得到的细胞分散至50mL已灭菌的去掉NaCl的LB培养基中。加入一定量的硝酸银溶液，使溶液中银离子的最终浓度达到1mM。将混合溶液置于摇床中，在30℃，150rpm的条件下培养8h后，即可得到银纳米颗粒。

实施例2金纳米颗粒

称取10g蛋白胨、5g酵母和10g氯化钠溶于1L去离子水中，调节pH值为7左右。高温高压灭菌后保存。用接种环将菌株成团泛菌属IMH接入得到的100mL培养基溶液中。之后将溶液置于摇床中，在30℃，150rpm条件下震荡培养12h。随后，吸取1mL活化后菌液转接至已灭菌的100mL的培养基中，再次将溶液置于摇床中，在30℃，150rpm条件下震荡培养12h。取50mL对数期菌液于离心管中，在8000rpm条件下离心5分钟。结束后，去除上清液，收集管内底部的细胞。将收集得到的细胞分散至50mL已灭菌的PBS缓冲液中。加入一定量的氯金酸溶液，使溶液中金离子的最终浓度达到1.8mM。将混合溶液置于摇床中，在30℃，150rpm的条件下培养4h后，即可得到金纳米颗粒。

实施例3钯纳米颗粒

称取10g蛋白胨、5g酵母和10g氯化钠溶于1L去离子水中，调节pH值为7左右。高温高压灭菌后保存。用接种环将菌株成团泛菌属IMH接入得到的100mL培养基溶液中。之后将溶液置于摇床中，在30℃，150rpm条件下震荡培养12h。随后，吸取1mL活化后菌液转接至已灭菌的100mL的培养基中，再次将溶液置于摇床中，在30℃，150rpm条件下震荡培养12h。取50mL对数期菌液于离心管中，在8000rpm条件下离心5分钟。结束后，去除上清液，收集管内底部的细胞。将收集得到的细胞分散至50mL已灭菌的PBS缓冲液中。加入一定量的硝酸钯溶液，使溶液中钯离子的最终浓度达到2mM。将混合溶液置于摇床中，在30℃，150rpm的条件下培养8h后，即可得到钯纳米颗粒。

实施例4硒纳米颗粒

称取10g蛋白胨、5g酵母和10g氯化钠溶于1L去离子水中，调节pH值为7左右。高温高压灭菌后保存。用接种环将菌株成团泛菌属IMH接入得到的100mL培养基溶液中。之后将溶液置于摇床中，在30℃，150rpm条件下震荡培养12h。随后，吸取1mL活化后菌液转接至已灭菌的100mL的培养基中，再次将溶液置于摇床中，在30℃，150rpm条件下震荡培养12h。取50mL对数期菌液于离心管中，在8000rpm条件下离心5分钟。结束后，去除上清液，收集管内底部的细胞。将收集得到的细胞分散至50mL已灭菌的LB培养基中。加入一定量的亚硒酸钠溶液，使溶液中硒离子的最终浓度达到2mM。将混合溶液置于摇床中，在30℃，150rpm的条件下培养4h后，即可得到硒纳米颗粒。

Claims (6)

1.一种纳米颗粒制备方法，其特征在于按照下述步骤进行：

(1)菌株活化及接种：用接种环将菌株成团泛菌属IMH接入已灭菌的培养基溶液，将溶液置于摇床中，在30℃，150rpm条件下震荡培养12h，随后吸取1mL活化后菌液转接至新鲜得到的培养基溶液，再次将溶液置于摇床中，在30℃，150rpm条件下震荡培养12h；

(2)细胞收集：将步骤(1)中得到的菌液在已灭菌的氛围下，转移至离心管内，在转速为8000rpm的条件下离心5分钟，离心结束后弃去上清液，收集离心管内下部菌体；

(3)银原位还原:将步骤(2)中得到的菌体分散至去掉NaCl的LB培养基中，加入浓度为1mM的银离子，反应8h，得到粒径为100nm的银纳米颗粒；

(4)金原位还原：将步骤(2)中得到的菌体分散至PBS缓冲液中，加入浓度为1.8mM的金离子，反应4h，得到粒径为30nm的金纳米颗粒；

(5)钯原位还原：将步骤(2)中得到的菌体分散至PBS缓冲液中，加入浓度为2mM的钯离子，反应8h，得到粒径为50nm的钯纳米颗粒；

(6)硒原位还原：将步骤(2)中得到的菌体分散至LB培养基中，加入浓度为2mM的硒离子，反应4h，得到粒径为80nm的钯纳米颗粒。

2.如权利要求1所述的一种纳米颗粒制备方法，步骤(1)中培养基的配制方法为：称取1g蛋白胨，0.5g酵母和1g氯化钠溶于100mL去离子水中，调节pH值为7。

3.如权利要求1所述的一种纳米颗粒制备方法，步骤(1)中灭菌方法为：将配好的培养基置于灭菌锅中，在120℃下，高温灭菌20min，之后室温下冷却保存。

4.如权利要求1所述的一种纳米颗粒制备方法，得到的菌体OD₆₀₀＝1.0。

5.如权利要求1所述的一种纳米颗粒制备方法，步骤(3)中，去掉NaCl的LB培养基的配制方法为：1g蛋白胨和0.5g酵母溶于100mL去离子水中，调节pH值为7。

6.如权利要求1所述的一种纳米颗粒制备方法，步骤(4-5)中，PBSbuffer的配制方法为：称取磷酸二氢钾0.27g，磷酸氢二钠1.42g，氯化钠8g和氯化钾0.2g，加去离子水约800mL充分搅拌溶解，然后加入浓盐酸调pH至7.4，定容至1L。