CN107460142B - 一种细菌金纳米粒子复合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种细菌金纳米粒子复合物及其制备方法和应用，属于金纳米粒子复合物技术领域。该复合物是在嗜热产氢菌CBS‑ZT表面原位复合金纳米粒子后得到的。本发明还提供一种细菌金纳米粒子复合物的制备方法。本发明还提供上述细菌金纳米粒子复合物用于邻硝基苯胺的催化加氢反应。本发明在CBS‑ZT表面合成得到的AuNPs尺寸非常小，并且由于细菌细胞的支持，可以避免AuNPs的聚集，此外，由于AuNPs良好的生物相容性，细菌仍然具有活力，使CBS‑ZT保留了生物活性和产氢能力，使B‑AuNPs具有优异的催化性能。

Description

一种细菌金纳米粒子复合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于金纳米粒子复合物技术领域，具体涉及一种细菌金纳米粒子复合物及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业和纳米技术的迅速发展，纳米催化剂由于其优异的物理化学特性引起了广泛的关注。贵金属纳米结构，如AuNPs，已经被深入研究，并表现出独特的催化性能。贵金属纳米粒子可以化学方法合成，通常化学方法有强的化学还原剂，如硼氢化钠，以及弱还原剂，如柠檬酸钠和醇等。现在，一些问题在金属纳米粒子的合成领域仍需要解决，如能源损耗、环境影响和安全性等。在最近几十年中，生物合成法被认为是一种廉价且环保的纳米粒子合成途径。特别地，利用微生物细胞合成功能性金属纳米粒子在纳米材料合成中显示出巨大的潜力。这些合成路线有潜在的可扩展性，并且是温和的，不用添加有毒的化合物，例如保护剂和还原剂，这就提供了一个绿色合成纳米材料的途径。到目前为止，利用细菌、真菌、酵母菌、放线菌和植物等生物体，已经成功地被用于贵金属纳米粒子的生物合成。
催化加氢反应是工业中最重要的一类反应。过渡金属纳米粒子，如，镍、金、钯、铂等，在传统的加氢反应中已经表现出良好的催化活性。其中，通过AuNPs催化的芳香硝基化合物的选择性加氢生成对应的氨基芳香化合物，这种方法广泛应用于生产医药、染料和聚合物等化学过程。但是，裸金纳米粒子由于其高的表面能，通常在反应过程中聚集，这会导致催化活性显著降低。为了提高催化剂的稳定性，AuNPs被固定在合适的载体材料，如碳材料，金属或半金属氧化物材料等。然而，在表面固定纳米粒子是费时的，并且通常需要经过复杂实验过程和材料表面功能化的支持。此外，有毒和危险成分的添加用于加氢反应和催化剂的合成也会带来一些环境问题。
生物结构和纳米材料的结合，例如，细胞-金属耦合的实现，正在成为人们关注的焦点。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种细菌金纳米粒子复合物及其制备方法和应用，该细菌金纳米粒子复合物可以直接用于邻硝基苯胺的催化加氢反应。
本发明首先提供一种细菌金纳米粒子复合物，该复合物是在嗜热产氢菌CBS-ZT表面原位复合金纳米粒子后得到的。
本发明还提供一种细菌金纳米粒子复合物的制备方法，该方法包括：
在厌氧条件下，在培养基中培养CBS-ZT，然后加入HAuCl4·3H2O继续培养，得到细菌金纳米粒子复合物。
优选的是，所述的培养基为DSMZ 516培养基。
优选的是，所述的培养CBS-ZT的条件为：培养温度为60-80℃，培养时间为20-24小时。
优选的是，所述的HAuCl4·3H2O的浓度为150-200μM。
优选的是，所述的加入HAuCl4·3H2O继续培养的时间为12-24h。
本发明还提供上述细菌金纳米粒子复合物的应用，所述的细菌金纳米粒子复合物用于邻硝基苯胺的催化加氢反应。
优选的是，所述的催化加氢反应具体为：
将邻硝基苯胺溶液加入到含有细菌金纳米粒子复合物的厌氧管中培养，即得到邻苯二胺。
优选的是，所述的培养温度为75℃。
本发明的有益效果
本发明首先提供一种细菌金纳米粒子复合物，该复合物是在嗜热产氢菌CBS-ZT表面原位复合金纳米粒子后得到的。本发明在CBS-ZT表面合成得到的AuNPs尺寸非常小，并且由于细菌细胞的支持，可以避免AuNPs的聚集，此外，由于AuNPs良好的生物相容性，细菌仍然具有活力，使CBS-ZT保留了生物活性和产氢能力，使B-AuNPs具有优异的催化性能。
本发明还提供一种细菌金纳米粒子复合物的制备方法，该方法在厌氧条件下，在培养基中培养CBS-ZT，然后加入HAuCl4·3H2O继续培养，得到细菌金纳米粒子复合物。和现有技术相对比，本发明在合成AuNPs过程中，不需要额外加入还原剂，避免外加还原剂的毒性；同时本发明的方法简单、原料易得，制备得到的复合物可以直接用于催化加氢反应。
本发明还提供上述细菌金纳米粒子复合物用于邻硝基苯胺的催化加氢反应，该复合物具有优异的催化性能，实现了在没有还原剂添加情况下o-nitroaniline的催化加氢反应，避免了硼氢化钠的毒性，提供了一个高效、节能、环保的催化途径。
附图说明
图1为本发明实施例1得到的B-AuNPs复合物的透射电子显微镜照片和尺寸统计图；
图2为本发明实施例4通过FDA-PI染色测定细菌活性的电子显微镜照片；
图3为本发明实施例5在不同时间对B-AuNPs复合物产氢性质的测试图；
图4为本发明B-AuNPs复合物的紫外-可见光谱图；
图5为对比例1制备得到的大尺寸AuNPs的透射电子显微镜照片。
具体实施方式
本发明首先提供一种细菌金纳米粒子复合物，该复合物是在嗜热产氢菌(Caldicellulosiruptor changbaiensis)CBS-ZT表面原位复合金纳米粒子后得到的。
本发明在CBS-ZT表面合成得到的AuNPs尺寸非常小，并且由于细菌细胞的支持，可以避免AuNPs的聚集，此外，由于AuNPs良好的生物相容性，细菌仍然具有活力，使CBS-ZT保留了生物活性和产氢能力，使B-AuNPs具有优异的催化性能。
本发明还提供一种细菌金纳米粒子复合物的制备方法，该方法包括：
在厌氧条件下，在培养基中培养CBS-ZT，所述的培养温度优选为60-80℃，培养时间优选为20-24小时，然后加入HAuCl4·3H2O继续培养，所述的培养时间优选为12-24h，待细菌培养物的颜色由白色变成浅黄色，即得到细菌金纳米粒子复合物B-AuNPs。
按照本发明，所述的培养基优选为DSMZ 516培养基；所述的HAuCl4·3H2O的浓度优选为150-200μM。所述的HAuCl4·3H2O的浓度低于150μM时，金含量很低，不利于催化反应进行，当HAuCl4·3H2O的浓度高于200μM时，金纳米粒子尺寸太大，影响金的催化活性。
本发明还提供上述细菌金纳米粒子复合物的应用，所述的细菌金纳米粒子复合物用于邻硝基苯胺的催化加氢反应。具体方法优选为：
将邻硝基苯胺溶液(o-nitroaniline)加入到含有细菌金纳米粒子复合物的厌氧管中培养，直到黄色溶液变成基本无色，即得到邻苯二胺。所述的培养温度优选为75℃；所述的邻硝基苯胺溶液的浓度优选为3.4×10–3M。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
对比例1
使用DSMZ 516培养基在厌氧条件下培养CBS-ZT，温度为75℃，在细菌培养一天之后，加入500μM HAuCl4·3H2O，继续培养12h，可以观察到细菌培养物的颜色由白色变成酒红色，得到大尺寸AuNPs。
图5为对比例1制备得到的大尺寸AuNPs的透射电子显微镜照片，可以看到尺寸约20nm的AuNPs，不利于进行催化反应。
实施例1
使用DSMZ 516培养基在厌氧条件下培养CBS-ZT，温度为75℃，在细菌培养一天之后，加入200μM HAuCl4·3H2O，继续培养12h，可以观察到细菌培养物的颜色由白色变成浅黄色，即得到B-AuNPs复合物。
图1为本发明实施例1得到的B-AuNPs复合物的透射电子显微镜照片和尺寸统计图；其中，图A和B是在不同的放大倍数下B-AuNPs的透射电镜图，图C是单个金纳米粒子的高分辨率透射电镜图，图D是透射电子显微镜的金元素扫描信号，图E是B-AuNPs复合物中金纳米粒子的尺寸分布图，从图1可以看出，本发明成功的在CBS-ZT上合成了AuNPs，且AuNPs的平均尺寸约为1.65nm，通过电感耦合等离子体质谱测定银的含量为0.028g/g。
实施例2
使用DSMZ 516培养基在厌氧条件下培养CBS-ZT，温度为60℃，在细菌培养一天之后，加入150μM HAuCl4·3H2O，继续培养24h，可以观察到细菌培养物的颜色由白色变成浅黄色，即得到B-AuNPs复合物。
实施例3
使用DSMZ 516培养基在厌氧条件下培养CBS-ZT，温度为80℃，在细菌培养一天之后，加入200μM HAuCl4·3H2O，继续培养15h，可以观察到细菌培养物的颜色由白色变成浅黄色，即得到B-AuNPs复合物。
实施例4通过活/死染色法测定细菌的活性
在得到实施例1的B-AuNPs复合物后，在厌氧管中加入荧光素双醋酸酯(FDA其终浓度为100μg/mL)和碘化丙啶(PI其终浓度为60μg/mL)，室温条件孵育30分钟，然后，将10μL细菌染色样品滴到载玻片上，覆上盖玻片，荧光显微镜下观察。
图2为本发明实施例4通过FDA-PI染色测定细菌活性的电子显微镜照片，其中用两种染料FDA/PI对细菌进行染色.先加入FDA，混匀后加入PI，共同孵育15min，通过荧光显微镜观察并统计，用不同光激发看到的两种荧光，在荧光显微镜下，绿色(图A和C)代表活细菌，红色(图B和D)代表死亡细菌,标尺＝10μm.其中图A,B为原始细菌；图C,D为生长金纳米粒子之后的B-AuNPs复合物，发现细菌在仍然具有70％的活性。
实施例5B-AuNPs复合物的产氢性质测定
在得到实施例1的B-AuNPs复合物后，向厌氧管中补加新鲜DSMZ 516培养基，75℃继续孵育1-1.5h，观察染料在蛇形管中的移动。
图3为本发明实施例5在不同时间对B-AuNPs复合物产氢性质的测试图；从图3可以看出，在添加新鲜培养基之后，外加蛇形管继续培养，可以观察到染色液的移动，说明其仍然具有产氢能力。
实施例6B-AuNPs复合物用于邻硝基苯胺的催化加氢反应
将邻硝基苯胺溶液(1mL,3.4×10–3M)加入到实施例1含有细菌金纳米粒子复合物的厌氧管中，在75℃下培养，直到黄色溶液变成基本无色，即得到邻苯二胺。
图4为本发明B-AuNPs复合物的紫外-可见光谱图，通过紫外-可见光谱可以看出，随着时间的变化(0-20min)，吸光度逐渐降低，在十分钟内基本可以反应完全，说明本发明制备的B-AuNPs复合物可以用于邻硝基苯胺的催化加氢反应。

Claims (6)

1.一种细菌金纳米粒子复合物，其特征在于，该复合物是在嗜热产氢菌Caldicellulosiruptor changbaiensis CBS-ZT表面原位复合金纳米粒子后得到的；
包括：
在厌氧条件下，在培养基中培养CBS-ZT，然后加入HAuCl4·3H2O继续培养，得到细菌金纳米粒子复合物；
所述的培养CBS-ZT的条件为：培养温度为60-80℃，培养时间为20-24小时；
所述的HAuCl4·3H2O的浓度为150-200μM。
2.根据权利要求1所述的一种细菌金纳米粒子复合物，其特征在于，所述的培养基为DSMZ 516培养基。
3.根据权利要求1所述的一种细菌金纳米粒子复合物，其特征在于，所述的加入HAuCl4·3H2O继续培养的时间为12-24h。
4.根据权利要求1所述的细菌金纳米粒子复合物的应用，其特征在于，所述的细菌金纳米粒子复合物用于邻硝基苯胺的催化加氢反应。
5.根据权利要求4所述的细菌金纳米粒子复合物的应用，其特征在于，所述的催化加氢反应具体为：
将邻硝基苯胺溶液加入到含有细菌金纳米粒子复合物的厌氧管中培养，即得到邻苯二胺。
6.根据权利要求5所述的细菌金纳米粒子复合物的应用，其特征在于，所述的培养温度为75℃。
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