JP2020516768A - 金属を結合するための方法並びにカプセル化された滲出物及び乾燥ユーグレナ(euglena)バイオマスの使用 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2017年4月7日出願の米国特許仮出願第62/482,952号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
標的金属を結合する方法であって、
i)標的金属
を含有する溶液を、
ii)藻類鞭毛虫培養物のカプセル化滲出物若しくはその分画、又は
カプセル化乾燥ユーグレナバイオマス若しくはその分画
と接触させて、
標的金属と、カプセル化滲出物若しくはその分画、又はカプセル化乾燥ユーグレナバイオマス若しくはその分画との錯体を形成する工程、及び
任意選択で錯体を溶液から分離する工程、
を含む方法を含む。
特に指示のない限り、本セクション及び他のセクションに記載されている定義及び実施形態は、適切であれば本明細書に記載されている本開示の全ての実施形態及び態様に適用可能であることが意図され、このことは当業者に理解される。
乾燥藻類鞭毛虫バイオマス若しくはその分画、又は藻類鞭毛虫培養物の滲出物若しくはその分画は、水中の金属に結合することができる。乾燥藻類鞭毛虫バイオマス又は藻類鞭毛虫培養物の滲出物のカプセル化は、金属を結合するための、より大きく且つより密集した表面エリアを提供し、インキュベーション期間の後に乾燥藻類鞭毛虫バイオマス又は藻類鞭毛虫培養物の滲出物及び結合金属を除去する方法も提供する。本発明の例は、金属への結合における、球状化(spherificated)乾燥藻類鞭毛虫バイオマス、湿潤藻類鞭毛虫バイオマス若しくはそれらの分画又は藻類鞭毛虫培養物の滲出物の有用性、並びに乾燥ユーグレナバイオマス、湿潤ユーグレナバイオマス若しくはユーグレナの滲出物又はそれらの分画を担持する基材を含有する生物吸着剤要素の有用性を実証した。
標的金属を結合する方法であって、
i)標的金属を含有する溶液を、
ii)藻類鞭毛虫培養物のカプセル化滲出物若しくはその分画、又は
カプセル化乾燥ユーグレナバイオマス若しくはその分画と接触させて、
標的金属と、カプセル化滲出物若しくはその分画、又はカプセル化乾燥ユーグレナバイオマス若しくはその分画との錯体を形成する工程、及び
任意選択で錯体を溶液から分離する工程、
を含む方法を含む。
I.序論
乾燥ユーグレナ細胞の動態及び吸着特性を、廃水において典型的な金属濃度のモノメタル(Cu又はNi)及びバイメタル(Cu+Ni)溶液で評価した(Gopalapillaiら、2008年;Mahdaviら、2012年)。金属吸着の動態モデル化は、藻類金属除去方法の設計、最適化及び商業用途にとって助けとなる。動態データは、金属イオンが吸着剤により取り込まれる速度を記載し、したがって有効な除去に必要の滞留時間を決定する。
A.試験生物体、培地及び培養条件
ユーグレナ・グラシリスKlebsは、Boreal Laboratory Supplies Ltd(St. Catharines、ON、Canada)から得た。非純粋培養物を、0.01g.L-1のCaCl2(Bishop Canada Ltd)、1.0 g.L-1のCH3COONa・3H2O(Caledon Ltd、Canada)、1.0g.L-1の「Lab-Lemco」、2.0g.L-1のトリプトン(Oxoid LDD、Basingstoke、Hampshire、England)及び2.0g.L-1の酵母抽出物(Oxoid LDD、Basingstoke、Hampshire、England)からなる培地で増殖させた。全ての培地は、Milli-Q水を使用して調製した。培地のpHは、1MのHCl又はNaOHを、オートクレーブの後に使用して調整し、Conviron(CMP5090)人工環境室(environmental chamber)(Controlled Environments Ltd.、Winnipeg、MB、Canada)において20℃でpH3〜5に維持した。ユーグレナ・グラシリスを210μmol.s-1の強度の18:6(明:暗)の光周下で増殖させた。非生ユーグレナを得るため、採取後ユーグレナバイオマスを少なくとも24時間にわたって-80℃で冷却し(Forma Scientific, USA)、続いて少なくとも48時間凍結乾燥し(LabConco、USA)、摩砕した。ガラス器を、使用する少なくとも24時間前に20%HNO3に浸け、Milli-Q水で3回すすいで、金属汚染を回避した。加えて、培養増殖に使用したあらゆるガラス器をオートクレーブにかけて、細菌汚染を軽減した。
乾燥バイオマスを、4cm-1の空間分解能で32走査の吸着モード(範囲:4500〜500cm-1)によりATR-FTIR分光計(Nicolet 380、Thermo、USA)を使用して、減衰全反射法(ATR)により分析した。
Cu(II)及びNi(II)貯蔵溶液(0.01mol.L-1)を、CuSO4・5H2O(Caledon Laboratory Chemicals)及びNiSO4・6H2O(BDH Chemicals)により、それぞれ調製した。作業金属溶液のpHは、0.1mol.L-1のHCl及び0.1mol.L-1のNaOH(Accumet、XL15、USA)で調整した。金属濃度は、誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)(X Series II、ThermoScientific、USA)を利用して決定した。ロジウムを内部標準として使用した。ICP-MS測定値の精度は、SLEW-3、SLR-4、SLR-5、1-BIS及び5-BI認証標準物質(National Research Council、Canada)を使用して評価した。
平衡でのCu2+及びNi2+吸着量q(μg.g-1)を以下の式により計算した。
動態実験は、Cu(II)及び/又はNi(II)のいずれかの金属溶液が添加されたMilli-Qに懸濁したユーグレナ・グラシリス(1g.L-1)を含有する50mLの遠心分離管(Fisher Scientific)において、一定温度(20℃)で二回実施した。動態研究は、pH5.0で実施し、70rpmで240分間撹拌した。動態研究は、各金属の4つの初期濃度(Cu2+=20及び50μg.L-1、1及び25mg.L-1;Ni2+=1、2、4及び20mg.L)によるpH5での非生ユーグレナ・グラシリスへの接触時間の関数として、Cu2+及びNi2+の吸着を実施した。アリコート(7mL)を実験の期間中に所定の間隔で溶液から取り出し、0.7μmで濾過し(GFF、Merck Millipore、Ireland)、酸性化して(超高純度のHNO3、70%)、pH2.0にし、金属濃度をICP-MSで測定した。吸着動態モデルを使用して、ユーグレナ-単一金属溶液からのCU(II)又は(Ni(II)の全体的な除去速度を評価した。試料を0、10、20、30、60、90、120及び240分の時間間隔で取り出した。2つの異なる非線型モデルを用いた。
擬一次動態式(PFO;Lagergren、1898年):
qt=qe(1-e-kt) (式2)
式中、qeは、平衡で吸着された金属量(μg g-1又はmg g-1)であり、qtは、t時点で吸着された金属量(μg g-1又はmg g-1)であり、k1は、PFO平衡速度定数(分-1)であり、tは、定時(分)である。
擬二次動態式(PSO;Hoら、1996年):
生ユーグレナ・グラシリスによるCu(II)及びNi(II)の吸着(1g.L-1)を、定温(20℃)で複製によりバッチ吸着平衡実験(120分)により検査し、70rpmで撹拌した。ユーグレナ細胞を有さない空試験及び金属溶液を添加しない試験を、それぞれの試験金属濃度で実施した。モノメタル及びバイメタル溶液の両方のpHレベルを、0.1MのHCl及び/又は0.1MのNaOHの添加により実験の間にわたって5.0に維持した。金属初期濃度の影響を、5μg.L-1〜1.5mg.L-1(Cu)及び5μg.L-1〜1mg.L-1(Ni)の範囲の値を有するモノメタル溶液によりpH5.0で研究した。バイメタル溶液を、それぞれ10μg.L-1〜6mg.L-1及び2μg.L-1〜200μg.L-1の範囲の初期Cu2+及びNi2+濃度により調製した。金属濃度は、ICP-MSを使用して決定した。ラングミュア及びフロイントリッヒ等温線モデルを使用して、生物吸着データを分析した。
対応のあるt検定(paired t-test)を使用して、異なる初期金属濃度を有する系における金属吸着の差を評価した。
A.乾燥ユーグレナ細胞の特徴
乾燥ユーグレナ細胞のFTIRスペクトル(図1)は、異なる官能基を示した。3040及び1640cm-1での極めて強力なバンドは、芳香族炭化水素におけるC-H及びC=Cに関連する。O-H(1700cm-1)及びC-O(1380cm-1)の伸縮振動は、カルボキシル官能基が原因であった。アミドのC=Oは、1640〜1660cm-1に見いだされた。全体として、乾燥ユーグレナ細胞は金属結合のために主要な官能基(例えば、カルボキシル、アミノ及びチオール)を有した。
金属(Cu及びNi)は、両方とも、以前の非生バイオマス研究(Liuら、2009年;Raoら、2005年)と合致しているPFOモデルにより近似して付着することが見いだされた(表1)。PFOモデルとの強力な一致は、理論に束縛されるものではないが、金属イオンが細胞表面の官能基の電子を共有する化学吸着(Ho及びMcKay、1998年;Plazinski、2013年)の方法(例えば、PSOモデルと一致)に対して、吸着機構がバイオマスの非占有部位への金属イオンの物理的な引力によって制御されたことを支持した。ユーグレナへのCu及びNiの吸着は、10〜30分以内で比較的素早く発生し(図2及び図3)、このことは金属とバイオマスとの間の引力を示している。吸着剤と吸着物質との強い親和性は、金属担持排出液の改善における生物吸着のあらゆる用途にとって不可欠な構成要素である(Volesky、2003年)。生物材料を使用して、金属の除去を達成するには、相互引力(例えば、静電気、イオン交換)により駆動された、溶液からバイオマスへの金属イオンの大量移動が必要である。このユーグレナバイオマスと金属イオンとの親和性は、理論に束縛されるものではないが、曲線の初期急上昇により支持される(図2及び図3)。PFO動態速度(k1)は、金属の初期濃度が増加すると一般に増加した(表1及び表2)。以前の生物吸着研究は動態定数への類似した影響を報告しているが、他は、低い濃度で高い値を見いだしている(Corderoら、2004年;Jaikumar及びRamamurthi、2009年)。動態実験における吸着金属の量は、Cu及びNiの両方の初期金属濃度と共に増加することが見いだされた(p<0.05)。Cuの初期濃度が0.02mg.L-1から25mg.L-1に増加すると、金属負荷量も0.0066mg.g-1から8.40mg.g-1に増加した。同様に、Niの初期濃度が1から20mg.L-1に増加すると、負荷量は0.341mg.g-1から3.66mg.g-1に増加した(表1及び表2)。Cuの初期濃度の増加(約1250×)は、バイオマスに吸着されたCuの量にほぼ比例した増加をもたらした(約1270×)。対照的に、吸着されたNiの量は、初期濃度の20×の増加と同時に約12×に増加した。この結果について考えられる理由は、Cuへの高い親和性を有するリガンドが、N又はS供与原子(例えば、タンパク質、アミノ酸、チオール;図1)を含有する可能性があり、このことが他の基と比較してCuと強い結合を形成する傾向があるということであり得る(Kieferら、1997年)。藻類の他の種と比較して、ユーグレナは高い割合でタンパク質及びチオール構造を有し、このことがNiに優先してCuを吸着する原因であり得る。
本開示において、Cu2+及びNi2+の生物吸着を産業関連(例えば、一次処理を受けた廃水)濃度(例えば、≦25mg.L-1)で評価した。単一金属溶液中のCu2+及びNi2+の生物吸着は、両方とも平衡濃度の増加と共に増加した(図3及び図4)。ラングミュア及びフロイントリッヒモデルの両方における当てはめ度(r2)は、非生ユーグレナ・グラシリスによるCu(それぞれ、0.995及び0.985)並びにNi(それぞれ、0.996及び0.985)の吸着がいずれのモデルによっても適切に記載できること示した(p<0.001;金属とモデルの両方;表3、表4、図4及び図5)。しかし、フロイントリッヒと比較してラングミュアで高いr2は、金属イオンがバイオマス表面の官能基の単層に吸着されたことを示した(Raoら、2005年)。フロイントリッヒモデルの比較的高い適用性は、吸着が細胞の異種表面においても生じ得ることを支持している。同等のラングミュアパラメータ(k及びqmax)が、両方の金属において見いだされた(p>0.05;表3)。生物吸着の最大容量は、Cu及びNiではそれぞれ89.6μg/g及び34.1μg/gであった。金属濃度に差があるにもかかわらず、ラングミュアパラメータ(例えば、qmax及びb)は、以前の研究(Chenら、2008年;Raoら、2005年)と類似していた。kの値は、Ni及びCuでは、それぞれ556及び625であり、金属間で有意な差はなかった(p>0.05)(表3)。
この実施例は、一次処理形態後の産業廃水において見いだされる典型的な濃度(<100mg.L-1)での金属吸着を評価した。我々が知る限り、これはユーグレナがこの目的で研究された最初の事例である。非生ユーグレナ・グラシリスは、水溶液からのCu及びNiの除去において他の真核生物と同等の生物吸着容量(34〜89μg g-1)を実証することを示した。FTIR分析は、金属生物吸着に重要な金属結合部位として既に確認されている官能基(例えば、カルボキシル、アミド)の存在を示した。吸着動態はPFOモデルに従い、理論に束縛されるものではないが、物理ベースの生物吸着の形態を支持している。吸着された金属の動態速度(k1)及び量は、両方とも初期濃度が増加すると上昇することが見いだされた。吸着は素早く(10〜30分)発生するが、CuはNiより効率的に溶液から取り出された。単一金属溶液において、Cu及びNiは両方ともラングミュアモデルに大きな程度で当てはまることを呈していることが見いだされ、このことは、理論に束縛されるものではないが、金属イオンが単層の細胞表面の同一部位に結合することを支持している。動態の結果と同様に、Cu吸着は、単一金属溶液においてNiより大きいことが見いだされたが、ユーグレナは両方の金属に対して類似した親和性を呈した。ラングミュアパラメータは、同様の生物体によるCu及びNiの吸着と同等であることが見いだされた。二成分金属系において、Cuの吸着は、比較的高濃度のNiで抑制され、逆に、Niの吸着は高いCu:Ni比(例えば、>10)で阻害された。実施例2において示されているように、非生ユーグレナの除去可能性については、乾燥又は湿潤のいずれにしても、採掘作業による実際の複数金属含有水を使用して行った。
I.序論
採掘作業による水から金を回収することは、鉱山業にとって相当な関心事である。採掘作業は、多くの場合に炭素濾過系を利用して、作業の過程で金を回収する。この方法の問題点は、銅の存在により炭素フィルタの効率が低減されることであり、銅はフィルタに優先的に結合され、そのことが水からの金の回収を低減させる。この研究に用いられる戦略は、ユーグレナベースプラットフォームを使用して、炭素濾過する前に水から銅を除去し、それによって炭素濾過による金の収量を改善することであった。
A.湿潤ユーグレナバイオマス、乾燥ユーグレナバイオマス及びユーグレナ培養物の滲出物の調製
ユーグレナ・グラシリスを培地に増殖させ、遠心分離を使用して固液分離により採取し、湿潤固体バイオマスを保持し、培地を廃棄した。バイオマスを乾燥することによって、乾燥ユーグレナ細胞を得た。
球状化方法は、アルギン酸ナトリウム溶液を使用して、ユーグレナバイオマス及びユーグレナ滲出物をカプセル化することを伴う。このことは、金属を結合するための、より大きく且つより密集した表面エリアを提供し、インキュベーション期間の後にユーグレナ及び結合金属を除去する方法も提供する。「球状」の湿潤ユーグレナバイオマス、乾燥ユーグレナバイオマス、及び滲出物、すなわちユーグレナが増殖した使用済培地を、この研究で球状化した。「自由」な湿潤ユーグレナバイオマス、乾燥ユーグレナバイオマス及びユーグレナ滲出物は、球状化されていない材料である。
「自由」ユーグレナの処理は、1.5g(乾燥重量)の湿潤ユーグレナバイオマス、乾燥ユーグレナバイオマス又はユーグレナ培養物の滲出物のいずれかの試料を使用して準備した。次に、この量を採掘処理水試料と24時間混合し、その後、試料を5μmフィルタに通して注ぎ、誘導結合プラズマ発光分光(ICP-OES)分析にかけた。
ユーグレナプラットフォームにより処理される試料中の複数の金属の準備及び決定は、Lakefield Laboratory of SGS Minerals Services Geochemistry(SGS)において実施された。水性CN処理溶液中の試料を、HCl、HNO3及びH2O2で酸性化し、次に20%塩酸で希釈した。希釈酸性溶液をVarian Vista ICP-OES系により分析した。品質コントロールは、1つの方法ブランク、1個の複製試料、及び24個以下の試料のバッチ毎に分析した2個の較正検査溶液を含んだ。
ユーグレナプラットフォームにより処理される試料中の金の準備及び決定は、Lakefield Laboratory of SGS Minerals Services Geochemistryにおいて行った。CN又は酸ベースマトリックスに硝酸銀の追銀をプラスした試料溶液に存在する金を、Pbフラックスを使用して試金法にかけ、灰吹き皿で吹き分けて、ドーレビーズを生成する。ビーズをHCl及びHNO3の使用によって溶解し、得られた溶液を分析にかけた。金含有量は、酸マトリックス適合較正材料を使用するフレーム原子吸光分析(AAS)により分析した。品質コントロールは、試料7個当たり1つの方法ブランク、試料7個当たり1個の複製、バッチ1つ当たり消費を介して取り出した1つの試料スパイク、及び直線範囲を網羅する較正材料を含んだ。
A.球状化ユーグレナ滲出物による複数金属の結合
Table 5(表5)の結果は、未処理水(対照1及び2)と比較した、ユーグレナプラットフォームの異なる形態で処理された試料中の様々な金属の量を示す。値は、処理後の溶液中に残った金属の量を示している。平均して、対照試料中の金のレベルは0.136mg.L-1であった。このプラットフォームによる有望な結果は、金濃度がユーグレナプラットフォームの全ての変形にわたって僅か6%低減したことであった(平均0.128mg.L-1)。対照的に銅のレベルは、使用したプラットフォーム変形に関係なく、対照と比較して著しく低減する。平均して、ユーグレナ処理は水試料から約82%の銅を除去した。複数の金属を含有する実際の採掘作業から得た処理水における様々な形態のユーグレナプラットフォームの高い銅結合能力は、本明細書に記載されているユーグレナプラットフォームの実践的な用途を示す。
処理水試料から銅を捕捉するために、「自由」湿潤若しくは乾燥ユーグレナバイオマス、又は「球状」湿潤若しくは乾燥ユーグレナバイオマスを使用すると、82〜84%の銅の除去をもたらす。活性物質の質量の、除去された銅の質量に対する比は、53.2:1〜54.9:1である。
I.序論
上記の実施例2Aに示されているように、ユーグレナの球状化は、金属回収に特定の利点を提供する。次に、Au、Ag、Pb及びCuへの結合剤として3つのシナリオで異なって生成されたビーズの機能性が開示される。第1のシナリオにおいて、試験は、ユーグレナビーズを含有するカラムが、炭素カラムを通過するAuを捕捉するため、炭素カラムの下流又は余剰池中で作動できるかを決定した。第2のシナリオは、ユーグレナビーズを含有するカラムが、Cu及びPbを除去するために上流で機能させることにより、炭素カラムの選択的Au結合特性を改善できるかを試験した。最後に試験は、ユーグレナビーズを含有するカラムが、主要なAu回収方法として機能することができ、炭素カラムに完全に取って代わることができるかを探求する。様々なビーズを様々な乾燥、加熱及びpHレベルで調製し、カラムに装填し、試験した。全体で50を超える試験を、異なる作業場所で実施した。
A.作業場所の選択及び試料の収集
採掘作業全体にわたって11の異なる作業場所(A〜K)を選択して、採掘作業に存在する可能性のある全ての水化学を表した(図7)。様々な試料を選択して、様々な水化学がビーズの性能にどのように影響を与えるかを決定した。
この研究に使用した生化学物質は、標準的な発酵に基づいたユーグレナ・グラシリス由来であり、糖を炭素源として使用する。最大限の適応性を可能にし、規模拡大において他の材料との同時生成を可能にするため、「指向性発現(directed expression)」技術を使用することなく、生化学物質選択制を達成した。代わりに、抽出後の生化学物質の処理を試みた。
標準的な単一カラム操作は、およそ50mLのビーズ材料をカラムに装填することによって実施した(図8A)。脱イオン水をポンプによりカラムに送って、ビーズ材料を洗浄した。カラムを、試料がカラムの底部から上方へ移動し、最上部から出るように位置決めした。試料を、5分毎に1ベッドボリューム(bed volume、BV)の速度でカラムに送った。5分間隔毎に試料を取り出して、水の組成が方法の開始時からどのように変化したかを比較した。カラムを3BVで稼働させて、全体の除去率を調べた。
処理水の試料を過剰量の過酸化水素(H2O2)で処理して、試料中のCNの破壊を促進した。金属イオンが溶液に沈殿し得るので、少量の酸を加えて、pHが4を上回るように保持した。
カラム列操作は、単一カラム操作と同じ方法により行われるが、2本以上のカラムが直列で接続され、各カラムが異なる種類のビーズを含有し、別の変形では、活性炭のカラムが列に含まれる(Fig. 8B(表8B))。この系は、最初のベッドボリュームが、使用されるカラム数に5を掛けた後(BVを処理するのに各カラムが5分間)で得られる以外は、標準的なカラム操作と同じ方法で操作される。例えば、3本のカラムが直列で接続されている場合、系は系全体を通過した試料を収集するため15分間稼働しなければならない。
処理水試料をカラムに導入する前に、原子吸光分光光度計(AAS)により試験して目的の金属の濃度を決定した。池試料の各ベッドボリュームをカラムに通過させた後、試料を収集し、ここでもAASを使用して試験した。各試料の各ベッドボリュームの初期濃度と処理後の濃度との差を計算し、除去率として表した。試料の複数のベッドボリュームを処理した場合、平均除去率を報告した。
実験のビーズ材料を収集し、分析のためにSGSへ送った。SGSは、ビーズを乾燥し、次に王水(非常に強い酸)に溶解した。得られた溶液をAASで分析して、乾燥ビーズ1kg当たりの金属の濃度を得た。これは、ビーズカラム及び炭素カラムの負荷及び選択性を試験するために実行した。
A.作業場所の選択及び分析
試料を採掘作業全体にわたって11の異なる作業場所から取り出して、様々な水化学がどのようにビーズ性能に影響を与えたかを決定した(図7)。予測されたように、各作業場所は、様々な濃度のAu、Ag、Cu及びPb、並びに様々なpH及びCNレベルを有した(Table 8(表8))。
合計で23試験を実施して、様々なビーズが異なる作業場所でどのように反応するかを検査した(Table 9(表9))。
作業場所の最適化は、ビーズWBSを使用して実施した(Table 10(表10))。このビーズを過程内の各作業場所Aで更に試験するために選択して、作業場所における性能及び選択性における傾向を求めた。ビーズWBSは、ビーズ最適化研究のために作業場所A、F及びKで試験したときに最も良好な一般的性能を有し、初期試験の際に実験室において広範囲に試験された最初の最適化ビーズであった。実験室処理は、全金属の総除去率の最適化に焦点を合わせ、それは、このことが一般的に金属除去に関して他のビーズより良好に機能する理由であり得るからである。次にWBSを異なる作業場所でどのように機能するかについて試験した。
ビーズと作業場所最適化の両方の試験において、一般的な傾向は、高いCNレベルが存在すると低い性能に関連し、高い性能が低いpH条件に関連した。この一連の試験は、ビーズ性能に対するこれらのパラメータの影響を単離する目的であった。
採掘作業の一部は、処理溶液においてAu/Agを選択的に吸着する過程に存在する炭素カラムを伴う。炭素はCu等の他の金属にも高い親和性を有するので、前処理工程がどのように炭素カラムの選択性及び負荷量を増加できるかを試験することは、重要である。これらの実験では、カラムに活性炭を充填し、負荷能力を、前処理済み及び前処理されていない処理溶液で比較した。
予備試験の結果は、一部のビーズが特定の金属に高い親和性を有することを示し、単に1種のビーズを含有するカラムに試料を通して処理するのではなく、溶液を直列させたカラムに通して、標的金属を選択的に除去することが有益であることを示している。この研究の目的は、これらのビーズを炭素フィルタの上流に使用して、金属を除去することが、Au選択性を減少させ、炭素カラムを増強させるかを探求することであった。
上記に示されたように、ビーズDB120は、作業場所A及びKにおいて有利な量のAuを除去することができた。炭素と同様に、DB120も高い量のCuに結合する。したがって、溶液がカラムを通過する前にビーズを加えて、Cuを除去し、Au選択性を潜在的に増加させた。カラム前での結果に基づいて、ビーズDB50及びSBを再び試験することを決め、今回はDB120を用いた。作業場所A及びKの両方において、カラム列3(ビーズDB120の上流のビーズDB50、次にSB)及びカラム列4(ビーズDB120の上流のSB)を炭素に取って代わる可能性を試験した(Table 14(表14)及びTable 15(表15))。
採掘作業における試験によって得られた結果は、以前の実験室試験に基づいた予想された結果に合致し、それを超えることができた。本開示の革新的なビーズ技術は、処理容積中の非標的金属の濃度を低減する有意な能力を実証した。これを、Auも捕捉するビーズの能力と組み合わせると、様々な潜在的な可能性を有する。多数の試験を実施して、ビーズの性能、選択性及び負荷量を決定した。
バッチ試験を人為的な金属溶液により実施して、ビーズWBS及びSBの金属除去能力を評価した。1.5%のアルギン酸ナトリウム溶液及び1.5%の塩化カルシウム溶液をカプセル化に使用した。WBSビーズでは、1.5%のアルギン酸ナトリウム溶液:湿潤バイオマス混合物の約4:1混合物を使用した。加えて、SBビーズでは、1.5%のアルギン酸ナトリウム溶液:使用済培地溶液の約1:1混合物を使用した。単一金属溶液及び多金属溶液を試験した。単一金属溶液の結果は、3回の試験の平均であり、多金属溶液では4回の試験の平均である。試験をフラスコ中において24時間実施し、その間、振とう台で撹拌した。溶液及び固体をICP-MSでアッセイした。人為的金属溶液を以下のように調製した(Table 16A(表16))。
脱着
商業的な金属除去用途に使用されるカプセル化ユーグレナ/ユーグレナ滲出物の能力の評価を助けるため、金属脱着試験を実施して、ビーズに結合した金属を除去する可能性を決定し、次にビーズが更なる金属の除去に使用され得る可能性を決定した。ビーズを実施例2Cと同様に調製した。最初に試験を、同じモル濃度の4つの異なる脱着剤:0.2Mの塩酸(HCl)、0.2Mの水酸化ナトリウム(NaOH)、0.2Mの硝酸(HNO3)及び0.2Mのリン酸(H2SO4)を有する人為的多金属溶液と接触させた後のビーズにおいて実施した。次に、これらの脱着剤を2つの異なる濃度で(僅か0.1MのNaOHを除いて)、採掘溶液と接触させた後のビーズで試験した。2つの他の脱着剤のシアン化カリウム(KCN)及びチオ尿素を、ビーズからの金の選択的除去について試験した。続いて金属間の脱着についての試験を実施して、金属を除去する能力が脱着後に新たなビーズを使用するのと同じ有効性であり得ることを実証した。これらの再使用試験では、HNO3を採掘溶液の接触毎に吸着剤として使用した。
Table 16F(表21)に示されているように、18時間の接触時間の後、KCNの濃度の増加は、ビーズからのAuの増加した脱着をもたらす。他の金属も脱着されたが、Cu及びPbの脱着は、KCNの濃度が増加すると僅かに減少した。Agの脱着は、KCNの濃度が変化しても実質的に同じままであった。チオ尿素の濃度が増加すると、Auの脱着も増加した。同じ濃度のチオ尿素による短時間の接触時間では、Auの脱着には有効性が小さく、また同時により多くのCU及びAgを脱着した。
WBSビーズの金属除去能力は、金属を脱着した後に影響を受けなかった(Table 16G(表22))。このことは、NHO3等の脱着剤が結合金属を有効に除去することができ、溶液との少なくとも3回の連続接触にもビーズの有効性に影響することなく、続く金属除去のためにビーズの結合位置を開放できることを実証している。
試験を実施して、炭素に接触する前の溶液前処理として、例えば、採掘処理水が炭素誘引に入る直前に取り出される誘引溶液を用いて、ビーズWBS及びSBを使用する利益を決定した。理論に束縛されるものではないが、ビーズは非標的金属(Cu及びPb)を除去し、炭素へのこれらの金属の負荷量を減少し、このことが炭素における標的金属(Ag、とりわけAu)の高い負荷量をもたらす。試験を、ビーズ前処理なし及び炭素接触のみと同時に実施して、ビーズ前処理の利益を評価した。ビーズ接触時間は6時間であり、一方、炭素接触時間は16時間であった。結果は、溶液の種類及びビーズ前処理による炭素への金属負荷1トン当たりのグラムで示した(Table 16H(表23))。
I.序論
実施例1及び2に示されたように、藻類鞭毛虫のユーグレナ・グラシリスは、効率的な生物吸着剤であり、構造及び分子レベルでの更なる調査を保証する。ユーグレナ・グラシリスは、光の存在下及び不在下で増殖することができ、好気性及び嫌気性条件下でも増殖することができる。ユーグレナ・グラシリスは、2.5〜8の広範囲のpH値で増殖することができ、淡水、海水及び汽水において天然に見いだされる。ユーグレナ・グラシリスは、金属、メタロイド及びREEの生物吸着に実現可能な生物吸着剤である可能性を有する。
A.藻類の培養物
ユーグレナ・グラシリスZを12時間の光(54,000lx)及び12時間の暗サイクルにより29℃で純粋培養し、また暗黒チャンバーにより24時間暗黒下において29℃で培養した(ThermoScientific)。ユーグレナ・グラシリスを、500mLの培養培地を有する1Lのエルレンマイヤーフラスコ中で、グルコース補充(20g.L-1)を有する及び有さないユーグレナ・グラシリス培地(又はEGM;Wintersら、2016年)において増殖させた。ユーグレナ・グラシリスを増殖の指数期及び定常期で収集した。細胞を4000rpmで6分間遠心分離し、Milli-Q水で十分に洗浄して、細胞からあらゆる培養培地を除去した。凍結乾燥細胞を、構造及び分子特徴決定の前に、大理石の乳鉢と乳棒を使用して均質化した。
凍結乾燥ユーグレナ・グラシリスのFTIRスペクトルは、EZ Omnic Spectraソフトウエアを備えたThermoNicolet 380 ATR FTIR分光光度計(ThermoScientific)を使用して得た。FTIRスペクトルは、4000cm-1〜400cm-1の範囲で記録した。32回の走査を、解像度4.000、絞り100.00及びミラー速度0.6329により得た。
AF4系は、254nmで作動するオンラインShimadzu UV-Vis検出器(SPD-M30A)を備えたPostnova Analytics AF2000 Focus(Salt Lake City、UT、USA)であった。1キロダルトン(kDa)の再生セルロース及び350μmのスペーサーを使用した。溶出液(10.1mMのNaCl)を毎日調製した。担体液の空試料を各試料の前に実行して、復元効果がないことを確実にした。200μlの試料を、手動インジェクターバルブを介して注入した。分画A〜D(図17)を、それぞれ7.5〜8、8〜9、9〜10、10〜11分の保持時間で収集し、一方、組み合わせた分画を7.5〜11分で収集した。非分画上澄みも組み合わせた分画と比較した。収集した分画及び非分画試料を4℃で冷蔵し、4日以内に分析した。AF4分画の複製も2日以内行った(毎日1つの複製)。
高解像度質量分析計による全ての分析は、Trent Water Quality Centre(Peterborough、Ontario、Canada)にあるQ-Exactive Orbitrap (ThermoFisher)によって実施した。凍結乾燥ユーグレナ・グラシリス(1mg.L-1)試料をMilli-Q水及びLC-MSグレードメタノールで希釈して、最終濃度の50:50のメタノール:水を得た。陽イオンモードの取得パラメータは、流速が25μl/分に設定された以外はMangalら、(2016年)に類似していた。全ての試料に、158.96403のロックマス(lock mass)を有する較正標準としてトリフルオロ酢酸ナトリウム(NaTFA)を陽イオンエレクトロスプレーモードで添加した。走査範囲は150〜2000m/zであった。
A.増殖曲線
増殖速度は、異なる増殖及び培地条件下において指数期及び定常期の両方で異なっていた(Table 17(表24))。グルコースが補充された明増殖細胞は、増殖指数期及び定常期の両方において増殖速度が他の培地条件より勝っていた。グルコースが補充され明増殖細胞で見られた増殖速度は、予測されたように、グルコースが他のEGM構成成分より素早く代謝するためであった。
ユーグレナ・グラシリス細胞のFTIRスペクトルは、5つの別個の吸着バンドを示し、波数は約950〜1700cm-1の範囲であった(図12)。これらのバンドは、特定の官能基(カルボキシル基、フェノール基及びアミド基)に帰属された。カルボキシル基(-COOH)は、1710±15cm-1領域でのC=O伸縮及び1265±55cm-1領域でのC-O伸縮によって特徴決定された。アミド1(C=O伸縮)は、約1650cm-1領域でのユーグレナ細胞において見いだされた。アミドII及びIIIは、それぞれ約1550及び1260±40cm-1の範囲で見いだされた。C-O結合の非対称伸縮を有するフェノール基によって示されたリグニンは、1230cm-1で見いだされた。同様のピークが、グルコース補充を有する及び有さない明及び暗条件の両方において見いだされた(図12)。理論に束縛されるものではないが、この知見は、増殖条件及び期に関わらず、類似した官能基が暗及び明条件下で増殖した細胞内存在することを提示している。
光周期の影響(明対暗増殖細胞)
指数増殖明増殖細胞EGM培地中のCHO及びCHON化合物の平均存在度は、それぞれ9.8及び28.1%であり(図13)、ユーグレナ・グラシリス溶解滲出物において見いだされたものと同等であった(それぞれ14及び21%;Mangalら、2016年)。硫黄含有化合物の存在度は、細胞代謝産物と滲出物代謝産物では有意に異なっていた。CHONS種は、滲出物より細胞において48%多く存在した(Mangalら、2016年)。高い率のCHO分子種は、増殖期及び培地条件に関わりなく、明増殖細胞(9.8〜12.2%)より暗増殖細胞(24.4〜30.9%)において見られた(図13)。明増殖細胞は、CHOS及びCHONで豊富化されていた。まとめると、これらの結果は、ヘテロ原子豊富代謝産物が明増殖細胞において優先的に見いだされたことを示した。パラミロン及び葉緑体等の明条件下で機能するように高度に分化されているオルガネラは、暗条件下では活性ではない又は不在である可能性がある。
細胞代謝産物の組成は、増殖期依存性である(Table 18(表25);図14)。元素比及びAIに基づいた主成分分析(PCA)は、正常培地における指数増殖暗増殖細胞がO/C比により影響を受けることを示し(図15)、これらの細胞がより酸素化されていることを示した。暗増殖条件は、より酸素化され、スルホン化された基(高いO/C及びS/C比)を生成し、一方、明増殖条件は、芳香族及び不飽和構造を好んだ(図15)。指数期における暗増殖細胞は、明増殖細胞より20%多くのタンパク質を含有した。このことは定常期と対照的であり、より多くのタンパク質が暗増殖細胞より明増殖細胞と関連した(それぞれ、46.6〜47.7%対39〜42.9%;図15)。理論に束縛されるものではないが、このことは、光に暴露されたときのプロプラスチドと光合成プラスチドの差に起因する可能性があった(Schwartzbach及びShigeoka、2017年)。細胞溶解は、定常期における多くのタンパク質及び高いN%の存在を説明する1つである(Table 18(表25))。タンパク質の率は、指数期でグルコースを有した暗増殖ユーグレナ細胞において最も高く(50%)、補充培地における高いN%と合致していた(Table 18(表25))。暗増殖細胞は、定常期においてタンパク質の豊富化は少なく、一方、逆のことが明増殖細胞において見られた。理論に束縛されるものではないが、Fogg(1957年)は、指数期において、明増殖藻類が高い光合成率を有し、光合成の産物が主にタンパク質合成に使用されることを記述した。指数期の終了時までに光合成率は有意に低減され、光合成産物はタンパク質合成以外の経路に沿ってますます転用されて、脂質又は炭水化物の「貯蔵物」を形成する(Fogg、1957年)。この過程は、明増殖細胞の指数期と比較した定常期におけるタンパク質存在度の低減と合致した。官能性光合成器官へのプロプラスチドの分化も同様に、このことにおいて役割を果たすことがある。
比較した全ての増殖期及び培地条件に特有の化合物クラスは、多数の特有のピークから構成されているリグニン及びタンパク質化合物のクラスで占められており、指数期及び定常期(グルコースを伴う)をリグニンについて比較したときの暗増殖試料を除いて、これらに有意な差はなかった(Table 19(表26))。明増殖試料は、比較した全ての培地条件において、暗増殖試料より高い率の不飽和炭化水素化合物クラス特有ピークを有した。暗増殖試料は、グルコース補充培地における指数期及び定常期を比較したとき、明増殖試料より高い率の炭水化物特有ピークを示した。特有の縮合芳香族化合物は、全ての培地条件において明増殖培養物より暗増殖培養物に依然として顕著であった。タンニンは、明増殖試料より暗増殖試料において顕著であったが、これらの条件が、指数期対グルコースを伴う指数期及び定常期対グルコースを伴う定常期で比較されたときだけであった。
AF4フラクトグラムは、複製培養物間で比較的一定であり(図17)、増殖条件内で径分布が同等であることを示唆している。AF4フラクトグラムにおける有意な差は、明及び暗増殖細胞間で見いだされ、メタボロミクス(metabolomics)プロセスにおける差を示している。明増殖細胞は、分化に起因してより洗練された機構を有する(Schwartzbach及びShigeoka、2017年)。明増殖細胞フラクトグラム(図17;上側グラフ)は、7.8分における特徴的なピーク(分画A)、続いて9.3分に幅広のピーク(分画C)を示した。他方、暗増殖細胞フラクトグラム(図17;下側グラフ)は、8.3分に鋭角なピーク(分画B)及び9.5〜10.5分に非常に幅広のピーク(分画C)を示した。高い保持時間は、暗細胞から単離された高分子量の代謝産物を示唆しており、暗細胞の高い質量平均m/zと合致した。
遷移金属及び希土類金属(REE)の結合に典型的に関与する官能基であるカルボキシル及びタンパク質の存在は、暗及び明増殖培養物の指数及び定常増殖期におけるFTIR分光法によって確認した。増殖期の間に、FTIRベース構造組成に大きな差はなかった。Orbitrap Q-Exactiveに基づいたユーグレナ・グラシリス細胞の構造組成は、リグニン、炭水化物及び芳香族化合物が、グルコース補充を有する暗増殖条件において最も存在度が高かったことを示した。これは、異なる増殖及び培養条件下における細胞の生理学的状態の差を確認する。示された結果に基づいて、最も効率的な、特にREEのための金属除去を潜在的に促進する条件は、指数増殖期にグルコース補充を有する暗増殖ユーグレナ・グラシリス細胞である。化合物のクラス(脂質、タンパク質、タンニン、炭水化物、芳香族化合物及び不飽和炭化水素)を確認するために制約を使用することは、藻類細胞において異なる化合物ファミリーを決定するための新規な方法である。リグニン、芳香族化合物、タンパク質及び炭水化物の化合物クラスは、生物吸着を解するREE除去に可能性のあるものである。
I.序論
ユーグレナ滲出物の径は、大腸菌(E. coli)細胞膜を通して拡散するほど小さいことがある。大腸菌細胞はHg動員のバイオセンサとして使用されてきた(Chiasson-Gouldら、2014年)。図24は、大腸菌バイオセンサにおける250pMの自由Hg又は250pMのユーグレナ滲出物暴露Hgにより誘導された生物発光が同等であったことを示す。したがって、ユーグレナ滲出物が濾過機器に使用されて金属除去する場合、系は、滲出物が機器の外に拡散しないことを確実にするように配置されるべきである。このことに留意しながら、透析バッグの使用を調査して、滲出物の拡散を防止できるかを決定した。本開示において、透析バッグ研究は、透析バッグ内に滲出物を保持することが実現可能であってことを示した。
ユーグレナ滲出物の径は、大腸菌細胞膜を通して拡散するほど小さいことがある。大腸菌細胞はHg動員のバイオセンサとして使用されてきた(Chiasson-Gouldら、2014年)。図24は、大腸菌バイオセンサにおける250pMの自由Hg又は250pMのユーグレナ滲出物暴露Hgにより誘導された生物発光が同等であったことを示す。したがって、ユーグレナ滲出物が濾過装置に使用されて金属除去する場合、系は、滲出物が装置の外に拡散しないことを確実にするように配置されるべきである。このことに留意しながら、透析バッグの使用を調査して、滲出物の拡散を防止できるかを決定した。本開示において、透析バッグ研究は、透析バッグ内に滲出物を保持することが実現可能であってことを示した。
A.藻類培養物及び試料の調製
ユーグレナ・グラシリス細胞を500mLのオートクレーブ改変Hutner培地(ユーグレナ・グラシリス培地又はEGM;Dunstaffnage Marine Laboratory Culture Collection of Algae and Protozoa)中において18:6時間の明:暗(500mL中での2000〜2500lux)サイクル下、29℃で培養した。細胞(106細胞/mL)を指数増殖期で採取し、予備燃焼された0.2μmニトロセルロースフィルタを使用して、これらの滲出物を単離した。International Humic Substances Society(IHSS)から得たスワニー川フルビン酸(SRFA)標準を、Milli-Q水で希釈して、最終濃度の7mg.L-1にした。
5ミリリットルの膜チューブ(0.1〜0.5kDa Biotech Cellulose Ester;Spectrum Labs)を、ロッキングナイロン膜クランプ(locking nylon membrane clamp)を使用して閉じた。使用する前、透析膜をMilli-Q水中に一晩放置した。透析バッグの実際のカットオフを評価するため、既知の分子量の一連の高分子(ローダミン-B、ビタミンB-12、チトクロム、リゾチーム及びアルブミン)を使用した5ミリリットルの各高分子溶液(約1g.L-1;n=2〜4)を透析バッグに装填し、600rpmで3〜5日間連続して撹拌した。高分子供給溶液中の吸光度(a初期)及び3〜5日後の透析物中の吸光度(a透析物)を、10cmの石英セルを備えた2550 UV〜可視ダイオードアレイ分光光度計(Shimadzu)により測定した。拒否率を以下のように計算した。
金属吸着ユーグレナ・グラシリス細胞に対する増殖条件の影響を、正常又はHg修正(0.5ppb)オートクレーブEGMにおいてpH3.60で上記のように細胞を培養して決定した。Hg修正培地で培養された細胞では、培地に、新たにオートクレーブした培地中の0.5ppbのHgを各指数期の終了時に添加した。2〜4サイクル(若い世代)及び11サイクル(古い世代)後の正常及びHg適応細胞を透析バッグに入れ、金属を添加した正常なオートクレーブ培地に浸け、3日間連続して撹拌した。細胞中の金属濃度は、トリプル四重極ICP-MS(Agilent 8800、Trent Water Quality Centre)を使用して測定した。金属吸着率は以下のように計算される。
300Daのポリエーテルスルホネート(PES)膜を備えた非対称流フィールドフローフラクショネーション(AF4)及びUV〜可視ダイオードアレイ検出器を利用した(Gueguen及びCuss、2011年)。分子量(MW)の較正は高分子により実施し、レーザーグレードローダミンB(479Da;Acros Organics)、トリパンブルー(961Da;Sigma-Aldrich)、ビタミンB12(1330Da;Sigma-Aldrich)、ウシ心臓チトクロC(12,400Da;Sigma-Aldrich)及び鶏卵白リゾチーム(14,000Da;Fluka)を担体溶液で調製した。保持時間対MW較正の対数-対数曲線をプロットし、続いて試料のMWの計算に使用した。
薄膜(DGT)技術における拡散勾配は、溶解水性相において金属を濃縮する受動的試料採取器として機能する(Davison及びZhang、1994年)。現在、合成キレックス結合ゲルは、金属相互作用及び濃縮の部位として機能しているが、キレックスゲルの製造は、多くの化学薬品を必要とし、時間がかかる可能性がある。これに対して、本開示は、金属の受動的濃縮及び除去のために、非生ユーグレナ細胞及び/又はユーグレナから遊離された滲出物を結合吸着剤として組み込むことを示す(図25A及びB)。DGT試料採取器は、結合ゲル層(固定化ユーグレナ細胞又はキレックス樹脂)、0.5mmの拡散アクリルアミドベースゲル層及び0.45umの硝酸セルロースフィルタから構成された。ユーグレナ細胞を固定化マトリックスに埋封することによって、本開示は合成キレックスゲルの必要性が省かれることを示す。本開示は、全ての有機溶液に金属除去を提供する。この生物吸着剤DGTは、汚染場所をモニターすること、汚染された水源から金属を蓄積し、最終的には除去すこるとに有用である。
A.高分子の透析
透析バッグの保持特徴は、操作条件によって変わることがある。したがって、拒否率(R%)は、既知の分子量MWを有する高分子に基づいた整合性試験によって決定した(Table 21(表28))。拒否率は、平均して全ての高分子において99〜100%であり、小さいMWの高分子(すなわち、ローダミン-B)より大きなMWを有する化合物が透析バッグに保持されることを支持している。SRFA(1.1kDa)及びユーグレナ滲出物(1.6kDa)がローダミン-Bより高いMWを有するので、これらは透析バッグに優先的に保持されるはずである。
小型の化合物(SRFA)、中型の化合物(ユーグレナ滲出物)及び大型の化合物(ユーグレナ細胞)を保持する透析バッグの機能を、実験室設定により評価した。>99%のSRFA及びユーグレナ滲出物が、5日後の透析バッグの中に留まっており(図26)、MWの結果と合致した。透析バッグの中に含有されていた元の材料の僅か0.1〜1.2%が、4日後に透析物の中に見いだされた(図26)。ユーグレナ滲出物の透析物は、SRFAと比較するとMW分布の差に起因して僅かに多く濃縮されていた(図27)。<0.5KDaの分画には、SRFAよりユーグレナ滲出物において存在度が僅かに多く、透析物において報告された高いシグナルによって確認された(図27)。
正常細胞 Ni=Cu<Cd<Pb
Hg適応細胞 Ni=Cu<Pb<Cd
凍結乾燥したユーグレナ・グラシリスのFTIRスペクトルは、1900〜500cm-1範囲に数個のバンドを示し(図32)、官能基を示した。1310(COO-)、1394(COO対称)及び1450cm-1(O-H結合)でのバンドは、ユーグレナと比較してキレックス-100において良好に定義され、カルボキシル官能基がキレックス-100において優勢であることを確認している。これらのカルボキシルバンドの吸光度はユーグレナにおいて低減されており、これらがユーグレナにおいて見いだされるが、キレックス-100と同じ程度の存在度がないことを示した。1044、1110及び1197cm-1(C-O非対称)でのバンドは、炭水化物を表し、ユーグレナにのみ見られた。炭水化物の存在は、藻類代謝プロセスと合致した。アミドIII及びAr-OH(1232cm-1)もユーグレナに特有である。これらのFTIRの結果は、ユーグレナが、金属結合に必要な全ての官能基(すなわち、カルボキシル、フェノール、アミド及び硫黄)を有することを示した。
Hg適応実験は、金属吸着が増殖条件、細胞発生及び金属に依存していることを示した。Pb及びCdの吸着は、Ni及びCuの吸着と異なり、Hg適応細胞により増強され、Hg誘導ストレスが細胞吸着特性を変えることを支持している。吸着の増強は、Hgの存在下で最近増殖された細胞と主に関連しており、Hg適応後のユーグレナ細胞の金属吸着能力における一時的な要因を示している。
(参考文献)
本明細書において参照された文献の完全な引用
Claims (48)
- 標的金属を結合する方法であって、
i)標的金属
を含有する溶液を、
ii)カプセル化乾燥ユーグレナバイオマス若しくはその分画、又は
藻類鞭毛虫培養物のカプセル化滲出物若しくはその分画
と接触させて、
前記標的金属と、前記カプセル化乾燥ユーグレナバイオマス若しくはその分画、又は前記カプセル化滲出物若しくはその分画との錯体を形成する工程、及び
任意選択で錯体を前記溶液から分離する工程、
を含む方法。 - 前記標的金属を結合することが、カプセル化湿潤ユーグレナバイオマス若しくはその分画を含有する溶液と接触させて、前記標的金属と前記カプセル化湿潤ユーグレナバイオマス若しくはその分画との錯体を形成する工程、及び任意選択で前記錯体を前記溶液から分離する工程を更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記藻類鞭毛虫が、クラミドモナス科、クリプト藻綱、渦鞭毛藻類、ユーグレナ科、ハプト植物門又はこれらの混合物である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記藻類鞭毛虫が、クラミドモナス種、クリプト植物門種、渦鞭毛植物種、ユーグレナ種又はこれらの混合物である、請求項3に記載の方法。
- 前記藻類鞭毛虫が、クラミドモナス・レインハルドチイ、ユーグレナ・グラシリス、ユーグレナ・ムタビリス又はこれらの組合せである、請求項4に記載の方法。
- 前記藻類鞭毛虫がユーグレナ・グラシリスである、請求項5に記載の方法。
- 前記金属が、銀、金、アルミニウム、ヒ素、バリウム、ベリリウム、ビスマス、カルシウム、カドミウム、コバルト、クロム、銅、鉄、カリウム、リチウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ナトリウム、ニッケル、リン、白金、パラジウム、鉛、アンチモン、セレニウム、スズ、ストロンチウム、タリウム、チタン、ウラニウム、バナジウム、タングステン、イットリウム、亜鉛、スカンジウム、ランタン、希土類元素又は二価遷移金属を含み、任意選択で、前記方法により前述の少なくとも2つ以上を含む複数の金属を結合する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記溶液が、水、任意選択で廃水であり、前記方法が、除去されるべき1種以上の金属を有する水又は廃水の改善のためのものである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記廃水が、家庭廃水、都市廃水、産業廃水又はこれらの組合せである、請求項8に記載の方法。
- 前記産業廃水が採掘作業による排水を含む、請求項9に記載の方法。
- 前記方法が、除去されるべき前記金属を有する採掘処理水の改善のためのものであり、前記水が採掘処理水である、請求項10に記載の方法。
- 前記分離が、前記錯体を微生物又は微生物材料と接触させて、前記錯体を封鎖することを含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 前記藻類鞭毛虫培養物の滲出物が、グルタチオン、メタロチオネイン、フィトケラチン、ポリリン酸塩、多糖類又はこれらの組合せを含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記藻類鞭毛虫培養物のカプセル化滲出物、前記カプセル化乾燥ユーグレナバイオマス又は前記カプセル化湿潤ユーグレナバイオマスが、球状化又はゲル化されている、請求項2〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記球状化又はゲル化の方法が、前記藻類鞭毛虫培養物の滲出物、前記乾燥ユーグレナバイオマス又は前記カプセル化湿潤ユーグレナバイオマスを固定化マトリックス中にカプセル化することを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記固定化マトリックスが、樹脂、ポリマープラスチック又は薄膜中の拡散勾配(DGT)を含む、請求項15に記載の方法。
- 前記固定化マトリックスが、寒天、アガロース、アルギン酸塩、カラギーナン、セルロース、キトサン、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリビニル又はこれらの組合せを含む、請求項15又は16に記載の方法。
- 前記固定化マトリックスがアルギン酸ナトリウムを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記藻類鞭毛虫培養物のカプセル化滲出物、前記カプセル化乾燥ユーグレナバイオマス又は前記カプセル化湿潤ユーグレナバイオマスが、閉じ込め要素に収容されている、請求項2〜18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記閉じ込め要素が半透過膜を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記半透過膜が一体型非対称膜又は薄膜複合膜を含む、請求項20に記載の方法。
- 前記カプセル化乾燥ユーグレナバイオマスの活性物質の質量当たりの、封鎖される金属の量又は種類が、球状化又はゲル化される前の採取後処理によって改変される、請求項1〜21のいずれか一項に記載の方法。
- 前記採取後処理が、前記バイオマス又はその分画を加熱することを含む、請求項22に記載の方法。
- 異なる金属結合選択性を持つ、前記藻類鞭毛虫培養物のカプセル化滲出物、前記カプセル化湿潤ユーグレナバイオマス、前記カプセル化乾燥ユーグレナバイオマス及び/又は前記採取後処理済みカプセル化乾燥ユーグレナバイオマスが、複数のカラムに収容され、前記カラムがカラム排出液を生成するように配置される、請求項22又は23に記載の方法。
- 前記複数のカラムが、少なくとも第1のカラム、第2のカラム及び第3のカラムを含んで直列に配置され、前記溶液が前記カラムの中を順番に流れて、前記カラム排出液を生成する、請求項24に記載の方法。
- 前記第1のカラムが銅に選択的に結合し、前記第2のカラムが銀に選択的に結合し、前記第3のカラムが金に選択的に結合する、請求項25に記載の方法。
- 前記標的金属を脱着する工程を更に含む、請求項1〜26のいずれか一項に記載の方法。
- 前記脱着が前記錯体を脱着剤と接触させることを含む、請求項27に記載の方法。
- 前記脱着剤が、酸性又は塩基性の溶液を含み、任意選択で塩酸、硝酸、硫酸及びクエン酸のうちの1つ以上を含み、任意選択で水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム及び重炭酸ナトリウムのうちの1つ以上を含む、請求項28に記載の方法。
- 前記脱着剤がシアン化カリウム又はチオ尿素を含む、請求項28に記載の方法。
- 前記標的金属が貴金属を含み、任意選択で金、銀、白金又はパラジウムを含む、請求項27〜30のいずれか一項に記載の方法。
- 前記標的金属を前記錯体から脱着した後、前記藻類鞭毛虫培養物のカプセル化滲出物若しくはその分画、前記カプセル化乾燥ユーグレナバイオマス若しくはその分画、又は前記カプセル化湿潤ユーグレナバイオマス若しくはその分画が、標的金属を含有する第2の溶液と接触する、請求項27〜31のいずれか一項に記載の方法。
- 乾燥ユーグレナバイオマス、湿潤ユーグレナ若しくはユーグレナ滲出物又はそれらの分画を、中を通過する溶液から金属を吸着するのに十分な量で担持する基材を含む、生物吸着剤要素。
- 前記生物吸着剤要素が、複数の薄膜にわたる拡散勾配の生物吸着剤である、請求項33に記載の生物吸着剤要素。
- 前記生物吸着剤要素が、銀、金、アルミニウム、ヒ素、バリウム、ベリリウム、ビスマス、カルシウム、カドミウム、コバルト、クロム、銅、鉄、カリウム、リチウム、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ナトリウム、ニッケル、リン、白金、パラジウム、鉛、アンチモン、セレニウム、スズ、ストロンチウム、タリウム、チタン、ウラニウム、バナジウム、タングステン、イットリウム、亜鉛、スカンジウム、ランタン、希土類元素及び二価遷移金属を含む金属を結合する、請求項33又は34に記載の生物吸着剤要素。
- 前記生物吸着剤要素が、除去されるべき前記金属を有する廃水の改善における使用のためのものであり、前記水が廃水であり、任意選択で前記廃水が活性炭と接触する前のものである、請求項33〜35のいずれか一項に記載の生物吸着剤要素。
- 前記廃水が、家庭廃水、都市廃水、産業廃水又はこれらの組合せである、請求項36に記載の生物吸着剤要素。
- 前記産業廃水が採掘作業による排水を含む、請求項37に記載の生物吸着剤要素。
- 前記乾燥ユーグレナバイオマス若しくはその分画、又は前記湿潤ユーグレナバイオマス若しくはその分画、又は前記ユーグレナ培養物の滲出物若しくはその分画が、グルタチオン、メタロチオネイン、フィトケラチン、ポリリン酸塩、多糖類又はこれらの組合せを含む、請求項34〜38のいずれか一項に記載の生物吸着剤要素。
- 前記乾燥ユーグレナバイオマス若しくはその分画、又は前記湿潤ユーグレナバイオマス若しくはその分画、又は前記ユーグレナ培養物の滲出物若しくはその分画が、透析容器又は透析バッグに含有されている、請求項34〜39のいずれか一項に記載の生物吸着剤要素。
- 前記乾燥ユーグレナバイオマス若しくはその分画、又は前記湿潤ユーグレナバイオマス若しくはその分画、又は前記ユーグレナ培養物の滲出物若しくはその分画が、複数の薄膜にわたって拡散勾配で埋封され、任意選択で拡散勾配技術(DGT)である、請求項34〜40のいずれか一項に記載の生物吸着剤要素。
- 前記乾燥ユーグレナバイオマス若しくはその分画、又は前記湿潤ユーグレナバイオマス若しくはその分画、又は前記ユーグレナ培養物の滲出物若しくはその分画が、球状及び/又はゲル状である、請求項34〜41のいずれか一項に記載の生物吸着剤要素。
- 前記生物吸着剤要素が、前記乾燥ユーグレナバイオマス若しくはその分画、又は前記湿潤ユーグレナバイオマス若しくはその分画、又は前記ユーグレナ培養物の滲出物若しくはその分画をカプセル化する固定化マトリックスを含む、請求項42に記載の生物吸着剤要素。
- 前記固定化マトリックスが樹脂又はポリマープラスチックを含む、請求項43に記載の生物吸着剤要素。
- 前記固定化マトリックスが、寒天、アガロース、アルギン酸塩、カラギーナン、セルロース、キトサン、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリビニル又はこれらの組合せを含む、請求項43又は44に記載の生物吸着剤要素。
- 前記固定化マトリックスがアルギン酸ナトリウムを含む、請求項45に記載の生物吸着剤要素。
- 標的金属を結合する方法であって、
標的金属を含有する溶液を、請求項33〜46のいずれか一項に記載の生物吸着剤要素と接触させる工程、及び任意選択で前記錯体を前記溶液から分離する工程を含む、方法。 - 標的金属を結合するための、請求項33〜47のいずれか一項に記載の生物吸着剤要素の使用。
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