JP7477869B2 - Composite particles for recovering electric bacteria, method for producing composite particles for recovering electric bacteria, and method for recovering electric bacteria - Google Patents

Composite particles for recovering electric bacteria, method for producing composite particles for recovering electric bacteria, and method for recovering electric bacteria Download PDF

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Description

本発明は、電気細菌回収用の複合粒子、電気細菌回収用の複合粒子の製造方法、及び、電気細菌の回収方法に関する。 The present invention relates to composite particles for recovering electric bacteria, a method for manufacturing composite particles for recovering electric bacteria, and a method for recovering electric bacteria.

細胞との親和性を有する磁気ビーズを用いて、不純物を含む液体媒体中から細胞を回収する方法が知られている。特許文献1には、「細胞を含む検体に磁気ビーズを加え、前記磁気ビーズに前記細胞を捕捉させ、磁力を用いて前記磁気ビーズに捕捉された前記細胞を前記検体から分離するとともに、前記磁気ビーズにより前記細胞の核酸を抽出することを特徴とする核酸抽出方法。」が記載されている。 A method is known for recovering cells from a liquid medium containing impurities using magnetic beads that have an affinity for cells. Patent Document 1 describes a nucleic acid extraction method comprising adding magnetic beads to a specimen containing cells, capturing the cells on the magnetic beads, separating the cells captured by the magnetic beads from the specimen using a magnetic force, and extracting nucleic acid from the cells using the magnetic beads.

特開第2007-89563号公報JP 2007-89563 A

近年、膜タンパク質として、電子伝達酵素を有する「電気細菌」の研究が進められている。そのような背景から、電気細菌を細菌叢から簡便に分離回収できる方法が求められている。
特許文献1の方法は、磁気ビーズの表面に、所望の細胞と親和性を有する抗体等を固定することで、それに対応する特定の細胞を回収ことはできるものの、例えば、未知の電気細菌や、多種にわたる「電気細菌」を一度に、簡便に回収するのは困難だった。
In recent years, research on "electrobacteria" that have electron transfer enzymes as membrane proteins has been progressing. In this context, a method for easily isolating and recovering electrobacteria from bacterial flora is required.
The method of Patent Document 1 makes it possible to recover specific cells by fixing antibodies or other substances that have affinity for desired cells to the surface of magnetic beads, but it is difficult to easily recover, for example, unknown electric bacteria or a wide variety of "electric bacteria" all at once.

そこで、本発明は、より簡便な方法で電気細菌を回収するために使用できる電気細菌回収用の複合粒子を提供することを課題とする。また、本発明は電気細菌回収用の複合粒子の製造方法、及び、電気細菌の回収方法を提供することも課題とする。 Therefore, an objective of the present invention is to provide composite particles for recovering electric bacteria that can be used to recover electric bacteria in a simpler manner. Another objective of the present invention is to provide a method for producing composite particles for recovering electric bacteria, and a method for recovering electric bacteria.

本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、以下の構成により上記課題を達成することができることを見出した。 As a result of extensive research into achieving the above object, the inventors have discovered that the above object can be achieved by the following configuration.

[1] 磁性ナノ粒子と、上記磁性ナノ粒子の表面に結合した有機化合物と、上記有機化合物に結合した四酸化オスミウムと、を有する、電気細菌回収用の複合粒子。
[2] 上記有機化合物は、ヒドロキシ基とアミノ基とを有し、上記ヒドロキシ基を介して上記磁性ナノ粒子と結合し、上記アミノ基を介して上記四酸化オスミウムと結合している、[1]に記載の電気細菌回収用の複合粒子。
[3] 上記有機化合物が葉酸を含む、[1]又は[2]に記載の電気細菌回収用の複合粒子。
[4] 上記磁性ナノ粒子がFeナノ粒子を含む[1]~[3]のいずれかに記載の電気細菌回収用の複合粒子。
[5] Feナノ粒子と葉酸とを溶媒中で反応させ、上記Feナノ粒子の表面に葉酸が結合した前駆体粒子を得ることと、上記前駆体粒子と四酸化オスミウムとを溶媒中で反応させ、上記四酸化オスミウムが上記葉酸に結合された複合粒子を得ることと、を含む電気細菌回収用の複合粒子の製造方法。
[6] 電気細菌と、3,3′-ジアミノベンジジンと、過酸化水素とを含有する溶液を調製し、電気細菌を染色することと、上記染色された電気細菌と[1]~[4]のいずれかに記載の電気細菌回収用の複合粒子とを接触させて、上記染色された電気細菌と上記複合粒子との複合体を形成することと、上記複合体を回収することと、を含む、電気細菌の回収方法。
[7] 上記染色された電気細菌と上記複合粒子とを接触させる前に、上記染色された電気細菌を洗浄することを更に含む、[6]に記載の電気細菌の回収方法。
[8] 上記複合体の回収が磁石を用いて行われる、[6]又は[7]に記載の電気細菌の回収方法。
[9] Feナノ粒子と四酸化オスミウムとが葉酸を介して互いに結合している複合粒子。
[10] 上記結合が配位結合である[9]に記載の複合粒子。
[1] A composite particle for electrochemical bacterial recovery, comprising: a magnetic nanoparticle; an organic compound bound to the surface of the magnetic nanoparticle; and osmium tetroxide bound to the organic compound.
[2] The organic compound has a hydroxyl group and an amino group, and is bonded to the magnetic nanoparticles via the hydroxyl group and to the osmium tetroxide via the amino group. A composite particle for recovering electric bacteria described in [1].
[3] The composite particle for recovering electric bacteria described in [1] or [2], wherein the organic compound contains folic acid.
[4] A composite particle for recovering electric bacteria according to any one of [1] to [3], wherein the magnetic nanoparticles include Fe 3 O 4 nanoparticles.
[5] A method for producing composite particles for recovering electric bacteria, comprising: reacting Fe3O4 nanoparticles with folic acid in a solvent to obtain precursor particles in which folic acid is bound to the surface of the Fe3O4 nanoparticles; and reacting the precursor particles with osmium tetroxide in a solvent to obtain composite particles in which the osmium tetroxide is bound to the folic acid.
[6] A method for recovering electric bacteria, comprising: preparing a solution containing electric bacteria, 3,3'-diaminobenzidine, and hydrogen peroxide, staining the electric bacteria, contacting the stained electric bacteria with a composite particle for recovering electric bacteria described in any one of [1] to [4] to form a complex between the stained electric bacteria and the composite particle, and recovering the complex.
[7] The method for recovering electric bacteria described in [6], further comprising washing the stained electric bacteria before contacting the stained electric bacteria with the composite particles.
[8] The method for recovering electrobacteria described in [6] or [7], wherein the recovery of the complex is carried out using a magnet.
[9] Composite particles in which Fe3O4 nanoparticles and osmium tetroxide are bound to each other via folic acid.
[10] The composite particle according to [9], wherein the bond is a coordinate bond.

本発明によれば、電気細菌回収用の複合粒子を提供できる。また、本発明によれば、電気細菌回収用の複合粒子の製造方法、及び、電気細菌の回収方法も提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide composite particles for recovering electric bacteria. In addition, according to the present invention, it is also possible to provide a method for manufacturing composite particles for recovering electric bacteria, and a method for recovering electric bacteria.

以下、本発明について詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施形態に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に制限されるものではない。
なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
The present invention will be described in detail below.
The following description of the components may be based on a representative embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to such an embodiment.
In this specification, a numerical range expressed using "to" means a range that includes the numerical values before and after "to" as the lower and upper limits.

[電気細菌回収用の複合粒子]
本発明の実施形態に係る電気細菌回収用の複合粒子(以下、単に「複合粒子」という。)は、磁性ナノ粒子と、上記磁性ナノ粒子の表面に結合した有機化合物と、上記有機化合物に結合した四酸化オスミウム(VIII)と、を有する複合粒子である。上記有機化合物は、典型的にはヒドロキシ基とアミノ基とを有し、磁性ナノ粒子と有機化合物とは、上記ヒドロキシ基を介して結合していることが好ましく、典型的には、ヒドロキシ基に由来する酸素原子による配位結合により結合していることがより好ましい。また、四酸化オスミウムと有機化合物とは、上記アミノ基を介して結合していることが好ましく、典型的には、アミノ基に由来する窒素原子による配位結合により結合していることがより好ましい。
[Composite particles for electrobacterial recovery]
The composite particle for recovering electric bacteria according to the embodiment of the present invention (hereinafter simply referred to as "composite particle") is a composite particle having a magnetic nanoparticle, an organic compound bonded to the surface of the magnetic nanoparticle, and osmium tetroxide (VIII) bonded to the organic compound. The organic compound typically has a hydroxy group and an amino group, and the magnetic nanoparticle and the organic compound are preferably bonded via the hydroxy group, and more preferably are typically bonded by a coordinate bond with an oxygen atom derived from the hydroxy group. In addition, the osmium tetroxide and the organic compound are preferably bonded via the amino group, and more preferably are typically bonded by a coordinate bond with a nitrogen atom derived from the amino group.

本発明者は電気細菌の研究を進めるなかで、電気細菌が、3,3′-ジアミノベンジジン(DAB)と、過酸化水素とを含有する溶液により染色できることを知見している。一般に、細胞等のDAB染色には、標的酵素としてペルオキシダーゼが用いられる。一方、電気細菌の場合、細胞膜に存在する電子伝達酵素に触媒されて、ペルオキシダーゼによらずに過酸化水素が還元されて活性酸素種が発生し、結果としてDABの重合体が電気細菌の細胞膜を覆うように生成される。詳細な手順は実施例で説明するが、電気細菌は上記の方法で染色される細菌と定義される。 In the course of the research into electrobacteria, the inventors have discovered that electrobacteria can be stained with a solution containing 3,3'-diaminobenzidine (DAB) and hydrogen peroxide. Generally, peroxidase is used as the target enzyme for DAB staining of cells, etc. On the other hand, in the case of electrobacteria, hydrogen peroxide is reduced without the aid of peroxidase, catalyzed by electron transfer enzymes present in the cell membrane, generating active oxygen species, which results in the production of DAB polymers that cover the cell membrane of the electrobacteria. The detailed procedure will be explained in the Examples, but electrobacteria are defined as bacteria that can be stained by the above method.

本複合粒子は、磁性ナノ粒子の表面に有機化合物を介して四酸化オスミウムが固定されている。四酸化オスミウムは、DABの重合体が有する-CH=CH-結合に対して選択的に結合する性質を有する。そのため、細胞膜を覆うようにDAB重合体を生成させた状態の電気細菌に対して特異的に結合する。更に、本複合粒子は、磁性ナノ粒子を有しているため、菌叢中から電気細菌だけを容易に回収することができる。なお、上記は推測機序であり、上記以外の機序で発明の課題が解決される場合であっても本発明の技術的範囲に含まれるものとする。 In this composite particle, osmium tetroxide is fixed to the surface of magnetic nanoparticles via an organic compound. Osmium tetroxide has the property of selectively binding to the -CH=CH- bond of DAB polymers. Therefore, it specifically binds to electric bacteria in a state in which DAB polymers have been produced to cover the cell membrane. Furthermore, since this composite particle contains magnetic nanoparticles, it is possible to easily collect only electric bacteria from the bacterial flora. Note that the above is a speculated mechanism, and even if the problem of the invention is solved by a mechanism other than the above, it is considered to be within the technical scope of the present invention.

(磁性ナノ粒子)
磁性ナノ粒子は、M(II)Feを組成とするフェライト、又は、これを含有するフェライトを主成分とする磁性を有する鉄化合物を用いることができる。M(II)としては、Fe2+、Co2+、Ni2+、Mn2+、Zn2+、Mg2+、及び、Cu2+等が挙げられ、これらが単独で含まれていても、複数が組み合わされて含まれていてもよい。なかでも、より優れた本発明の効果を有する複合粒子が得られる点で、磁性ナノ粒子としては、Feを含有することが好ましく、Feからなることが好ましい。磁性ナノ粒子は市販品を使用してもよいし、公知の方法を用いて合成して使用してもよい。
なお、磁性ナノ粒子の平均粒子径としては特に制限されず、1~1000nmが好ましく、10~200nmがより好ましく、20~100nmが更に好ましい。
(Magnetic Nanoparticles)
The magnetic nanoparticles may be a ferrite having a composition of M(II)Fe 2 O 4 , or a magnetic iron compound having a ferrite containing the same as a main component. Examples of M(II) include Fe 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Mn 2+ , Zn 2+ , Mg 2+ , and Cu 2+ , and may contain these elements alone or in combination. In particular, the magnetic nanoparticles preferably contain Fe 3 O 4 , and are preferably made of Fe 3 O 4 , in order to obtain composite particles having the effects of the present invention that are more excellent. The magnetic nanoparticles may be commercially available or may be synthesized using a known method.
The average particle size of the magnetic nanoparticles is not particularly limited, but is preferably 1 to 1,000 nm, more preferably 10 to 200 nm, and even more preferably 20 to 100 nm.

(有機化合物)
有機化合物は磁性ナノ粒子の表面に結合し、更に四酸化オスミウム(VIII)を相互に固定する機能を有する。有機化合物は、磁性ナノ粒子と四酸化オスミウムのそれぞれと結合できれば特に制限されないが、磁性ナノ粒子との結合のためのヒドロキシ基と、四酸化オスミウムとの結合のためのアミノ基とを有していることが好ましい。
(Organic Compounds)
The organic compound binds to the surface of the magnetic nanoparticles and further functions to fix osmium tetroxide (VIII) to each other. The organic compound is not particularly limited as long as it can bind to both the magnetic nanoparticles and osmium tetroxide, but it is preferable that the organic compound has a hydroxy group for binding to the magnetic nanoparticles and an amino group for binding to the osmium tetroxide.

複合粒子の製造方法は後述するが、典型的にはヒドロキシ基を脱プロトン化することで、磁性ナノ粒子に含まれる金属原子に対する求核性を向上させることで、酸素原子を介して金属原子と配位結合させることが好ましい。
また、有機化合物は、アミノ基が有する窒素原子を介してし酸化オスミウムと配位結合することが好ましい。
The method for producing the composite particles will be described later, but typically, it is preferable to deprotonate the hydroxyl group to increase its nucleophilicity toward the metal atom contained in the magnetic nanoparticle, thereby forming a coordinate bond with the metal atom via an oxygen atom.
In addition, the organic compound preferably forms a coordinate bond with osmium oxide via the nitrogen atom of the amino group.

有機化合物の分子量としては特に制限されないが、より均一な粒子径の複合粒子が得られやすい点で、有機化合物の分子量としては、50~1000が好ましく、100~500がより好ましい。
このような化合物としては、例えば、システイン、シスチン、及び、葉酸等が挙げられ、葉酸がより好ましい。
The molecular weight of the organic compound is not particularly limited, but the molecular weight of the organic compound is preferably from 50 to 1,000, and more preferably from 100 to 500, in that composite particles having a more uniform particle size can be easily obtained.
Such compounds include, for example, cysteine, cystine, and folic acid, with folic acid being more preferred.

(複合粒子の製造方法)
複合粒子の製造方法としては特に制限されないが、より簡便に複合粒子が得られる点で、Feナノ粒子と葉酸とを溶媒中で反応させ、Feナノ粒子の表面に葉酸が結合した前駆体粒子を得ること(工程A)と、前駆体粒子と四酸化オスミウム(VIII)とを溶媒中で反応させ、四酸化オスミウムが葉酸に結合された複合粒子を得ること(工程B)と、を含むことが好ましい。
(Method for producing composite particles)
The method for producing the composite particles is not particularly limited, but in terms of more easily obtaining the composite particles, it is preferable that the method includes the steps of reacting Fe3O4 nanoparticles with folic acid in a solvent to obtain precursor particles in which folic acid is bound to the surface of the Fe3O4 nanoparticles (Step A) and reacting the precursor particles with osmium tetroxide (VIII) in a solvent to obtain composite particles in which osmium tetroxide is bound to folic acid (Step B).

工程Aにおいて使用される溶媒としては特に制限されず、水を含有することが好ましく、水からなることがより好ましい。典型的には、溶媒に分散させたFeナノ粒子に葉酸を添加し、葉酸のヒドロキシ基を介してFeナノ粒子と結合した前駆体粒子を得ることが好ましい。
この時、Feナノ粒子、葉酸、及び、溶媒を含有する反応溶液中における葉酸の含有量としては特に制限されないが、一般に、Feナノ粒子の1モルに対して、葉酸の0.3~3.0モルとなるよう調整することが好ましい。
また、反応溶液の固形分は、一般に0.001~10質量%に調整されることが好ましい。
The solvent used in step A is not particularly limited, but preferably contains water, more preferably consists of water. Typically, it is preferable to add folic acid to the Fe3O4 nanoparticles dispersed in the solvent to obtain precursor particles bound to the Fe3O4 nanoparticles via the hydroxyl groups of the folic acid.
In this case, the content of folic acid in the reaction solution containing Fe3O4 nanoparticles , folic acid, and a solvent is not particularly limited, but it is generally preferable to adjust it so that there are 0.3 to 3.0 moles of folic acid per 1 mole of Fe3O4 nanoparticles .
In general, the solid content of the reaction solution is preferably adjusted to 0.001 to 10% by mass.

溶媒中には、上記以外にpH調整剤が含まれていてもよい。pH調整剤としては特に制限されないが、例えば、水酸化ナトリウム等が挙げられる。pH調整剤によって反応溶液を塩基性に調整することにより、葉酸のヒドロキシ基の脱プロトン化がより進みやすくなり、結果として、Feナノ粒子と葉酸との結合がより進みやすくなる。
工程Aにおける反応温度は、一般に、5~50℃が好ましく、反応時間は、1~24時間が好ましい。
The solvent may contain a pH adjuster other than the above. The pH adjuster is not particularly limited, but may be, for example, sodium hydroxide. By adjusting the reaction solution to be basic with the pH adjuster, the deprotonation of the hydroxyl group of folic acid is facilitated, and as a result, the binding between Fe3O4 nanoparticles and folic acid is facilitated.
In general, the reaction temperature in step A is preferably 5 to 50° C., and the reaction time is preferably 1 to 24 hours.

本複合粒子の製造方法は、工程Bの実施前に工程Aにより得られた前駆体粒子を洗浄する工程(前駆体粒子洗浄工程)を更に有していることが好ましい。前駆体粒子洗浄工程により未反応の葉酸を除去することで、複合粒子の収率がより向上する。
洗浄の方法としては特に制限されないが、得られた複合粒子を洗浄溶媒(例えば、水)に分散させて、この分散液から固形分を回収する方法が挙げられる。洗浄は、複数回繰り返して実施してもよい。
The present method for producing composite particles preferably further includes a step of washing the precursor particles obtained in step A (precursor particle washing step) before carrying out step B. By removing unreacted folic acid in the precursor particle washing step, the yield of composite particles is further improved.
The washing method is not particularly limited, and may be a method of dispersing the obtained composite particles in a washing solvent (e.g., water) and recovering the solid content from the dispersion. Washing may be repeated several times.

工程Bにおいて使用する溶媒としては特に制限されず、工程Aで使用した溶媒と同様の溶媒を使用できる。前駆体粒子と四酸化オスミウム(VIII)とを溶媒中で反応させることで、Feナノ粒子の表面に固定された葉酸のアミノ基を介して、四酸化オスミウム(VIII)が結合された複合粒子が得られる。 The solvent used in step B is not particularly limited, and the same solvent as that used in step A can be used. By reacting the precursor particles with osmium tetroxide (VIII) in a solvent, composite particles in which osmium tetroxide (VIII) is bound via the amino groups of folic acid fixed to the surface of Fe3O4 nanoparticles are obtained.

前駆体粒子、四酸化オスミウム、及び、溶媒を含有する反応溶液中における四酸化オスミウムの含有量としては特に制限されないが、一般に、前駆体粒子中のFeの1モルに対して、四酸化オスミウムの0.05~3.0モルとなるよう調整することが好ましい、 The content of osmium tetroxide in the reaction solution containing the precursor particles, osmium tetroxide, and a solvent is not particularly limited, but it is generally preferable to adjust the content of osmium tetroxide to 0.05 to 3.0 moles per mole of Fe 3 O 4 in the precursor particles.

本製造方法は、工程Bの実施後に複合粒子を洗浄する工程(複合粒子洗浄工程)を更に有していることが好ましい。複合粒子洗浄工程により未反応の四酸化オスミウムを除去することができる。
洗浄の方法としては特に制限されないが、得られた複合粒子を洗浄溶媒(例えば、水)に分散させて、この分散液から固形分を回収する方法が挙げられる。洗浄は、複数回繰り返して実施してもよい。
The present production method preferably further comprises a step of washing the composite particles (composite particle washing step) after carrying out step B. The composite particle washing step makes it possible to remove unreacted osmium tetroxide.
The washing method is not particularly limited, and may be a method of dispersing the obtained composite particles in a washing solvent (e.g., water) and recovering the solid content from the dispersion. Washing may be repeated several times.

(電気細菌の回収方法)
本発明の実施形態に係る電気細菌の回収方法は、電気細菌と、3,3′-ジアミノベンジジンと、過酸化水素を含有する溶液を調製し、電気細菌を染色することと(染色工程)、染色された電気細菌と複合粒子とを接触させて、染色された電気細菌と複合粒子との複合体を形成すること(複合体形成工程)と、複合体を回収すること(回収工程)と、を含む、電気細菌の回収方法である。
(Method of recovering electric bacteria)
A method for recovering electric bacteria according to an embodiment of the present invention includes preparing a solution containing electric bacteria, 3,3'-diaminobenzidine, and hydrogen peroxide, staining the electric bacteria (staining process), contacting the stained electric bacteria with composite particles to form a complex between the stained electric bacteria and the composite particles (complex formation process), and recovering the complex (recovery process).

染色工程で使用する溶液は、3,3′-ジアミノベンジジン、及び、過酸化水素を含有する。溶液中におけるDABの含有量は特に制限されないが、一般に、0.1~10mMが好ましい。また、溶液中における過酸化水素の含有量は、一般に、0.1~200mMが好ましい。また、上記溶液はDAB及び過酸化水素以外に、pHを調整するための緩衝化剤を含有してもよい。緩衝化剤としては例えば無機塩、及び/又は、有機塩が挙げられ、具体的には、NaHPO、KHPO、及び、トリスヒドロキシメチルアミノメタン等が挙げられる。溶液のpHは、6.0~9.0の範囲に調整されることが好ましい。 The solution used in the dyeing process contains 3,3'-diaminobenzidine and hydrogen peroxide. The content of DAB in the solution is not particularly limited, but is generally preferably 0.1 to 10 mM. The content of hydrogen peroxide in the solution is generally preferably 0.1 to 200 mM. The solution may contain a buffering agent for adjusting the pH in addition to DAB and hydrogen peroxide. Examples of the buffering agent include inorganic salts and/or organic salts, and specific examples thereof include Na 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 , and trishydroxymethylaminomethane. The pH of the solution is preferably adjusted to a range of 6.0 to 9.0.

また、無機塩は、例えば塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、リン酸ナトリウム、及び、硫酸アンモニウム等が挙げられる。
有機塩は、酢酸ナトリウム、酢酸アンモニウムイミダゾール塩、及び、イミダゾール塩酸塩等が挙げられる。
Examples of inorganic salts include sodium chloride, magnesium chloride, potassium chloride, calcium chloride, sodium phosphate, and ammonium sulfate.
Organic salts include sodium acetate, ammonium acetate imidazole salt, and imidazole hydrochloride.

溶液中の塩の量は、10-3M以上が好ましく、一般に、例えば20~500mMが好ましい。また、溶液は塩を含有しなくてもよい。 The amount of salt in the solution is preferably 10 −3 M or more, and generally, for example, 20 to 500 mM. The solution may not necessarily contain a salt.

染色の方法としては特に制限されず、例えば、電気細菌を含有する媒体に上記溶液を添加して、撹拌した後に0.1分~1時間保持すればよい。保持する際の温度としては特に制限されないが、一般に5~50℃が好ましい。
本工程によって電気細菌は染色され、赤色に着色する。
この着色物質は、電気細菌が有する電子伝達酵素の働きによって過酸化水素から生じた活性酸素種がDABを酸化重合させて得られたDABの重合体である。電気細菌では、細胞膜を覆うようにDABの重合体が形成される。
The staining method is not particularly limited, and for example, the above solution may be added to a medium containing electrobacteria, stirred, and then held for 0.1 minutes to 1 hour. The temperature during holding is not particularly limited, but generally 5 to 50°C is preferred.
This process stains the electrobacteria and colours them red.
This colored substance is a polymer of DAB obtained by oxidative polymerization of DAB by active oxygen species generated from hydrogen peroxide by the action of electron transfer enzymes possessed by electrobacteria. In electrobacteria, a polymer of DAB is formed to cover the cell membrane.

染色された電気細菌と複合粒子とを接触させて、染色された電気細菌と複合粒子との複合体を形成する方法としては特に制限されないが、溶液中で電気細菌と複合粒子とを接触させる方法が挙げられる。この時、使用される溶液は特に制限されず、水とすでに説明した緩衝化剤とを含有する溶液等が使用できる。 There is no particular limitation on the method of contacting the dyed electric bacteria with the composite particles to form a complex between the dyed electric bacteria and the composite particles, but an example is a method of contacting the electric bacteria with the composite particles in a solution. In this case, there is no particular limitation on the solution used, and a solution containing water and the buffering agent already described can be used.

電気細菌と複合粒子とを接触させる方法としては、例えば、電気細菌と複合粒子とを含有する溶液を撹拌する方法等が挙げられる。
染色工程にて電気細菌から過酸化水素が還元を受けて生成した活性酸素種によって、DABは酸化重合し、複合粒子に固定された酸化オスミウムはこの重合体の有する-CH=CH-結合に特異的に結合し、複合体が形成される。
An example of a method for contacting the electric bacteria with the composite particles is a method of stirring a solution containing the electric bacteria and the composite particles.
During the dyeing process, hydrogen peroxide is reduced from the electrobacteria to generate reactive oxygen species, which causes DAB to undergo oxidative polymerization. The osmium oxide fixed to the composite particles specifically binds to the -CH=CH- bond in the polymer, forming a complex.

複合体を回収する方法は特に制限されず、磁性体粒子を回収するための公知の方法を特に制限なく使用できる。 There are no particular limitations on the method for recovering the complex, and any known method for recovering magnetic particles can be used without particular limitations.

以下に実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す実施例により限定的に解釈されるべきものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. The materials, amounts used, ratios, processing contents, processing procedures, etc. shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the examples shown below.

[複合粒子の合成]
Feナノ粒子(以下、「NP」ともいう。)は市販品(Aldrich、1317-61-9、粒子径50-100nm(SEM))が使用された。NPの0.06gが30mLの脱イオン水に分散され、Feコロイド溶液が調製された。次に、葉酸(以下、「FA」ともいう。)が5規定の水酸化ナトリウム水溶液に溶解され、100mMの葉酸溶液が調製された。この葉酸溶液の1mLが分散液に添加され、18時間攪拌されて、Feと葉酸とが結合した「Fe@FA NP」が得られた。
[Synthesis of Composite Particles]
Fe 3 O 4 nanoparticles (hereinafter also referred to as "NP") were used as a commercial product (Aldrich, 1317-61-9, particle size 50-100 nm (SEM)). 0.06 g of NP was dispersed in 30 mL of deionized water to prepare a Fe 3 O 4 colloidal solution. Next, folic acid (hereinafter also referred to as "FA") was dissolved in a 5N aqueous solution of sodium hydroxide to prepare a 100 mM folic acid solution. 1 mL of this folic acid solution was added to the dispersion and stirred for 18 hours to obtain "Fe 3 O 4 @FA NP" in which Fe 3 O 4 and folic acid were combined.

次に、この「Fe@FA NP」が脱イオン水で3回以上洗浄された後、30mLの脱イオン水に分散させて更に反応した。この「Fe@FA NP」コロイド溶液に0.5mLの1%OsO溶液が4時間激しく攪拌しながら添加され、葉酸を介してFeナノ粒子と四酸化オスミウムとが結合された「Fe@FA-OsONP」が得られた。その後、「Fe@FA-OsO NP」が脱イオン水で3回以上洗浄され、1mLの脱イオン水に分散された。この分散液の「Fe@FA-OsO NP」の最終濃度は34mg/mLとして決定された。 Next, this "Fe 3 O 4 @FA NP" was washed with deionized water three times or more, and then dispersed in 30 mL of deionized water for further reaction. 0.5 mL of 1% OsO 4 solution was added to this "Fe 3 O 4 @FA NP" colloidal solution with vigorous stirring for 4 hours to obtain "Fe 3 O 4 @FA-OsO 4 NP" in which Fe 3 O 4 nanoparticles and osmium tetroxide were bound via folic acid. Then, "Fe 3 O 4 @FA-OsO 4 NP" was washed with deionized water three times or more, and dispersed in 1 mL of deionized water. The final concentration of "Fe 3 O 4 @ FA -OsO 4 NP" in this dispersion was determined to be 34 mg/mL.

[S.oneidensis MR-1の回収試験]
菌液は従来の培養法で調製された。電気細菌としてShewanella oneidensis MR-1を、電気細菌以外の菌として、Escherichia coliが選択された。菌液の光学濃度は1に固定され、UV-Vis(紫外可視吸光度測定法)で測定された。0.22mLの1M HCl(aq)に0.0119gのDAB粉末が45分間暗所で超音波処理されて分散され、DAB溶液が調製された。
次に、DAB溶液が7.78mLのTris(pH8)緩衝液(50mM)で希釈され、15分間超音波処理が行われた。その後、余剰のDAB粉末が0.22μmフィルターで除去された。S.oneidensis MR-1に対するDAB染色は、ろ過されたDAB溶液が菌液中に添加され5分間反応されることにより実施された。DAB溶液を添加したS.oneidensis MR-1は、5分間の反応後に顕著な褐色を呈した。一方、DAB溶液を添加したE.coliでは、色の変化は見られなかった。DAB染色後、細胞はDM-L緩衝液(乳酸ナトリウムが10mM添加されたDifined media)で3回以上洗浄しされた。
[Recovery test of S. oneidensis MR-1]
The bacterial solution was prepared by a conventional culture method. Shewanella oneidensis MR-1 was selected as an electrobacterium, and Escherichia coli was selected as a non-electrobacterium. The optical density of the bacterial solution was fixed at 1 and measured by UV-Vis (ultraviolet-visible spectrophotometry). 0.0119 g of DAB powder was dispersed in 0.22 mL of 1 M HCl (aq) by ultrasonication in the dark for 45 minutes to prepare a DAB solution.
Next, the DAB solution was diluted with 7.78 mL of Tris (pH 8) buffer (50 mM) and sonicated for 15 minutes. After that, excess DAB powder was removed with a 0.22 μm filter. DAB staining of S. oneidensis MR-1 was performed by adding the filtered DAB solution to the bacterial solution and reacting for 5 minutes. S. oneidensis MR-1 to which the DAB solution was added showed a noticeable brown color after 5 minutes of reaction. On the other hand, no color change was observed in E. coli to which the DAB solution was added. After DAB staining, the cells were washed three or more times with DM-L buffer (Defined media with 10 mM sodium lactate added).

濃度既知の細胞溶液を2μLが「Fe@FA-OsO NP」(34mg/mL)とボルテックス下で60分間混合された。そして、「Fe@FA-OsO NP」が付着した細胞が磁気吸引により回収された。上清が除去され、新鮮な乳酸塩含有DM(Difined media)緩衝液が添加された。このプロセスが3回以上繰り返えされ、非特異的に捕捉された細胞が完全に除去された。その後、これらのキャプチャされた細胞は、更にSEMイメージング、コロニー形成、及び、タンパク質の定量化によって分析された。
タンパク質の定量化のために、回収された細胞は、30μLのlysisバッファーと10分間、激しく攪拌された。次いで、混合物を15000rpmで10分間遠心分離され、混合物ペレット(磁性ナノビーズおよび細胞破片)とタンパク質上清とが分離された。上清中のタンパク質量は、タンパク質アッセイキット及び標準測定法を用いて決定された。
上記の結果、「Fe@FA-OsO NP」を用いることで電気細菌(S.oneidensis MR-1)が特異的に回収されることが明らかとなった。

2 μL of the cell solution with a known concentration was mixed with "Fe 3 O 4 @FA-OsO 4 NP" (34 mg/mL) under vortexing for 60 minutes. Then, the cells attached to "Fe 3 O 4 @FA-OsO 4 NP" were collected by magnetic attraction. The supernatant was removed, and fresh lactate-containing DM (defined media) buffer was added. This process was repeated three times to completely remove nonspecifically captured cells. These captured cells were then further analyzed by SEM imaging, colony formation, and protein quantification.
For protein quantification, the collected cells were vigorously stirred with 30 μL of lysis buffer for 10 min. The mixture was then centrifuged at 15,000 rpm for 10 min to separate the mixture pellet (magnetic nanobeads and cell debris) and protein supernatant. The protein amount in the supernatant was determined using a protein assay kit and standard measurement method.
The above results demonstrated that the electrobacterium (S. oneidensis MR-1) was specifically recovered by using "Fe 3 O 4 @FA-OsO 4 NP".

Claims (10)

磁性ナノ粒子と、前記磁性ナノ粒子の表面に結合した有機化合物と、前記有機化合物に結合した四酸化オスミウムと、を有し、
前記有機化合物が、システイン、シスチン、又は葉酸を含む、電気細菌回収用の複合粒子。
a magnetic nanoparticle; an organic compound bound to a surface of the magnetic nanoparticle; and osmium tetroxide bound to the organic compound ;
The composite particle for electrobacterial recovery , wherein the organic compound comprises cysteine, cystine, or folic acid .
前記有機化合物は、ヒドロキシ基とアミノ基とを有し、前記ヒドロキシ基を介して前記磁性ナノ粒子と結合し、前記アミノ基を介して前記四酸化オスミウムと結合している、請求項1に記載の電気細菌回収用の複合粒子。 The composite particle for recovering electric bacteria according to claim 1, wherein the organic compound has a hydroxy group and an amino group, is bonded to the magnetic nanoparticles via the hydroxy group, and is bonded to the osmium tetroxide via the amino group. 前記有機化合物が葉酸を含む、請求項1又は2に記載の電気細菌回収用の複合粒子。 The composite particle for recovering electrobacteria according to claim 1 or 2, wherein the organic compound includes folic acid. 前記磁性ナノ粒子がFeナノ粒子を含む請求項1~3のいずれか1項に記載の電気細菌回収用の複合粒子。 The composite particles for electrobacterial recovery according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetic nanoparticles comprise Fe 3 O 4 nanoparticles. Feナノ粒子と葉酸とを溶媒中で反応させ、前記Feナノ粒子の表面に葉酸が結合した前駆体粒子を得ることと、
前記前駆体粒子と四酸化オスミウムとを溶媒中で反応させ、前記四酸化オスミウムが前記葉酸に結合された複合粒子を得ることと、を含む電気細菌回収用の複合粒子の製造方法。
Reacting Fe3O4 nanoparticles with folic acid in a solvent to obtain precursor particles having folic acid bound to the surface of the Fe3O4 nanoparticles;
reacting the precursor particles with osmium tetroxide in a solvent to obtain composite particles in which the osmium tetroxide is bound to the folic acid.
電気細菌と、3,3′-ジアミノベンジジンと、過酸化水素とを含有する溶液を調製し、電気細菌を染色することと、
前記染色された電気細菌と請求項1~4のいずれか1項に記載の電気細菌回収用の複合粒子とを接触させて、前記染色された電気細菌と前記複合粒子との複合体を形成することと、
前記複合体を回収することと、を含む、電気細菌の回収方法。
preparing a solution containing electrobacteria, 3,3'-diaminobenzidine, and hydrogen peroxide to stain the electrobacteria;
Contacting the dyed electrobacteria with a composite particle for recovering electrobacteria according to any one of claims 1 to 4 to form a composite of the dyed electrobacteria and the composite particle;
and recovering the complex.
前記染色された電気細菌と前記複合粒子とを接触させる前に、前記染色された電気細菌を洗浄することを更に含む、請求項6に記載の電気細菌の回収方法。 The method for recovering electrobacteria according to claim 6, further comprising washing the stained electrobacteria before contacting the stained electrobacteria with the composite particles. 前記複合体の回収が磁石を用いて行われる、請求項6又は7に記載の電気細菌の回収方法。 The method for recovering electrobacteria according to claim 6 or 7, wherein the recovery of the complex is carried out using a magnet. Feナノ粒子と四酸化オスミウムとが葉酸を介して互いに結合している複合粒子。 A composite particle in which Fe3O4 nanoparticles and osmium tetroxide are bound to each other via folic acid. 前記結合が配位結合である請求項9に記載の複合粒子。 The composite particle according to claim 9, wherein the bond is a coordinate bond.
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