CN109110764A - 一种以微生物细胞分泌液为基质还原制备单质硅纳米颗粒的方法及其应用 - Google Patents

一种以微生物细胞分泌液为基质还原制备单质硅纳米颗粒的方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以微生物细胞分泌液为基质还原制备单质硅纳米颗粒的方法及其应用，属于纳米功能材料的合成技术领域。本发明的技术方案要点为：将微生物接种到培养基中于25‑37℃培养24‑72h，再通过离心的方式除去微生物细胞得到微生物细胞分泌液；向微生物细胞分泌液中加入硅源物质使混合体系内硅源物质的摩尔浓度为11mmol/L，再于25‑37℃恒温振荡12‑72h，振荡速率为150‑200r/min，然后离心收集沉淀并洗涤干燥得到生物分子包裹的单质硅纳米颗粒。本发明所制备的单质硅纳米颗粒纯度较高，比表面积较大，具有优良的电化学性能，该单质硅纳米颗粒还具有极佳的水分散性和生物相容性，在诸多领域均具有很好的应用前景。

Description

一种以微生物细胞分泌液为基质还原制备单质硅纳米颗粒的 方法及其应用
技术领域
本发明属于纳米功能材料的合成技术领域，具体涉及一种以微生物细胞分泌液为基质还原制备单质硅纳米颗粒的方法及其应用。
背景技术
硅是自然界中含量最为丰富、分布最为广泛的元素之一，也是人体及许多生物体的必需元素。同时，硅也是目前科学研究和工业应用中广泛研究和使用的热门材料。特别地，由于单质硅独特且优异的光学和电学性能，以及单质硅材料良好的生物安全性与兼容性，致使它在光电子器件、电化学储能、光催化、生物成像以及药物控释等研究领域具有非常广阔的前景，并被誉21世纪的新材料。然而，目前纳米级单质硅材料的获得主要通过硅烷的热解或化学气相沉积法、电化学蚀刻或激光蚀刻硅片、超临界流体合成法以及氢化钠在有机相中还原Zintl盐法，在这些制备方法中，价格昂贵的前驱体、复杂繁琐的制备路径、不安全绿色的试剂使用和无法大规模生产的局限都将掣肘硅纳米材料的应用实践。现在，引起科学家广泛兴趣的通过镁热反应还原制备二氧化硅的方法，可以制备不同纳米结构的硅材料，相比于其它方法，有着原材料丰富易得、加工温度相对更低及反应时间短等优点。然而镁热还原法仍然是需要多步复杂操作，能量密集型的制备手段。因此，对于纳米硅材料制备的操作温和简便、原料成本低且可持续性强、环境友好的优化方法，仍存在需要。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种反应过程无需高温或其它高能耗的物理方法处理且绿色高效的以微生物细胞分泌液为基质还原制备单质硅纳米颗粒的方法，在该制备方法中所使用的试剂安全可靠、成本低廉且环境友好，所使用的微生物细胞分泌液与硅源物质作用一步反应制得生物相容性好的目标产物单质硅纳米颗粒，该单质硅纳米颗粒能够作为荧光成像剂用于生物体内的荧光成像。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种以微生物细胞分泌液为基质还原制备单质硅纳米颗粒的方法，其特征在于具体步骤为：
步骤S1：将微生物接种到培养基中于25-37℃培养24-72h，再通过离心的方式除去微生物细胞得到微生物细胞分泌液，所述微生物为酵母菌、大肠杆菌、轮枝菌、枯草芽孢杆菌、尖孢镰刀菌或希瓦氏菌，所述培养基为YPD培养基、LB培养基、麦芽汁培养基、察氏培养基、马铃薯葡萄糖培养基或葡萄糖蛋白胨培养基；
步骤S2：向步骤S1得到的微生物细胞分泌液中加入硅源物质使混合体系内硅源物质的摩尔浓度为11mmol/L，再于25-37℃恒温振荡12-72h，振荡速率为150-200r/min，然后离心收集沉淀并洗涤干燥得到生物分子包裹的单质硅纳米颗粒，所述硅源物质为氟硅酸钾、氟硅酸钠或硅酸钠。
本发明所述的单质硅纳米颗粒作为荧光成像剂用于生物体内的荧光成像，该单质硅纳米颗粒具有较好的生物相容性，在被细胞摄取后，在波长365nm的激发光照射下，发射强的蓝色荧光。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明制备过程所用原料成本低廉，绿色安全，合成过程节约能源，简便温和，并且可以实现大规模制备，具有很高的实践价值；
2、本发明所制备的单质硅纳米颗粒纯度较高，比表面积较大，具有优良的电化学性能，此外，该单质硅纳米颗粒还具有极佳的水分散性和生物相容性，在诸多领域均具有很好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制得的单质硅纳米颗粒的TEM图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
将酵母菌接种到YPD培养基中于30℃培养24h，再通过离心的方式除去酵母细胞得到酵母细胞分泌液，取200mL酵母细胞分泌液加入2.2mmol氟硅酸钾使混合体系内氟硅酸钾的摩尔浓度为11mmol/L，再于30℃恒温振荡24h，振荡速率为200r/min，然后离心收集沉淀并洗涤干燥得到生物分子包裹的单质硅纳米颗粒。
图1是本实施例制得的单质硅纳米颗粒的TEM图，由图可知单质硅纳米颗粒的平均粒径约3nm。
实施例2
将大肠杆菌接种到LB培养基中于37℃培养48h，再通过离心的方式除去大肠杆菌细胞得到大肠杆菌细胞分泌液，取200mL大肠杆菌细胞分泌液加入2.2mmol氟硅酸钾使混合体系内氟硅酸钾的摩尔浓度为11mmol/L，再于37℃恒温振荡36h，振荡速率为200r/min，然后离心收集沉淀并洗涤干燥得到生物分子包裹的单质硅纳米颗粒。
实施例3
将轮枝菌接种到麦芽汁培养基中于30℃培养60h，再通过离心的方式除去轮枝菌细胞得到轮枝菌细胞分泌液，取200mL轮枝菌细胞分泌液加入2.2mmol氟硅酸钠使混合体系内氟硅酸钠的摩尔浓度为11mmol/L，再于30℃恒温振荡48h，振荡速率为200r/min，然后离心收集沉淀并洗涤干燥得到生物分子包裹的单质硅纳米颗粒。
实施例4
将枯草芽孢杆菌接种到察氏培养基中于25℃培养72h，再通过离心的方式除去枯草芽孢杆菌细胞得到枯草芽孢杆菌细胞分泌液，取200mL枯草芽孢杆菌细胞分泌液加入2.2mmol氟硅酸钠使混合体系内氟硅酸钠的摩尔浓度为11mmol/L，再于25℃恒温振荡36h，振荡速率为200r/min，然后离心收集沉淀并洗涤干燥得到生物分子包裹的单质硅纳米颗粒。
实施例5
将尖孢镰刀菌接种到马铃薯葡萄糖培养基中于25℃培养60h，再通过离心的方式除去尖孢镰刀菌细胞得到尖孢镰刀菌细胞分泌液，取200mL尖孢镰刀菌细胞分泌液加入2.2mmol硅酸钠使混合体系内硅酸钠的摩尔浓度为11mmol/L，再于25℃恒温振荡48h，振荡速率为150r/min，然后离心收集沉淀并洗涤干燥得到生物分子包裹的单质硅纳米颗粒。
实施例6
将希瓦氏菌接种到蛋白胨葡萄糖培养基中于30℃培养24h，再通过离心的方式除去希瓦氏菌细胞得到希瓦氏菌细胞分泌液，取200mL希瓦氏菌细胞分泌液加入2.2mmol硅酸钠使混合体系内硅酸钠的摩尔浓度为11mmol/L，再于30℃恒温振荡24h，振荡速率为150r/min，然后离心收集沉淀并洗涤干燥得到生物分子包裹的单质硅纳米颗粒。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (2)

1.一种以微生物细胞分泌液为基质还原制备单质硅纳米颗粒的方法，其特征在于具体步骤为：
步骤S1：将微生物接种到培养基中于25-37℃培养24-72h，再通过离心的方式除去微生物细胞得到微生物细胞分泌液，所述微生物为酵母菌、大肠杆菌、轮枝菌、枯草芽孢杆菌、尖孢镰刀菌或希瓦氏菌，所述培养基为YPD培养基、LB培养基、麦芽汁培养基、察氏培养基、马铃薯葡萄糖培养基或葡萄糖蛋白胨培养基；
步骤S2：向步骤S1得到的微生物细胞分泌液中加入硅源物质使混合体系内硅源物质的摩尔浓度为11mmol/L，再于25-37℃恒温振荡12-72h，振荡速率为150-200r/min，然后离心收集沉淀并洗涤干燥得到生物分子包裹的单质硅纳米颗粒，所述硅源物质为氟硅酸钾、氟硅酸钠或硅酸钠。
2.根据权利要求1所述的方法制得的单质硅纳米颗粒作为荧光成像剂用于生物体内的荧光成像，该单质硅纳米颗粒具有较好的生物相容性，在被细胞摄取后，在波长365nm的激发光照射下，发射强的蓝色荧光。
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