微生物合成纳米金属颗粒研究进展

• 银离子溶液可以杀毒，有趣的是我们从银 矿中分离出放线菌，成功合成银纳米颗粒。 放线菌也可以用于合成金属纳米材料，形 态一般有三角形，六角形，球形等 • 还有些趋磁细菌被发现也可以合成一些磁 性纳米材料 • 酵母合成金属纳米颗粒 • 真菌合成金属纳米颗粒
工程菌合成金属纳米粒子
• 野生型合成效率很低 • 基因工程大肠杆菌通过构建PC和MT基因共表达，合成金 属纳米颗粒，双金属纳米颗粒，三金属纳米颗粒，磁性纳 米颗粒，贵金属纳米颗粒，稀土金属纳米颗粒。 • 合成元素覆盖了元素周期表三分之一 • Au, Ag, Fe, Te, CdZn, CdSe, CdTe, ZnSe, CdCs, PrGd, SrGd, • SrPr, FeAg, FeCo, FeMn, CdSeZn, FeCoNi, FeCoMn, • CdSeZnTe, AuCdSeZn
植物螯合肽（PC）
• • • • 组成半胱氨酸 谷氨酸 甘氨酸 (γ-Glu-Cys)n-Gly n一般在2-5 不同组织中长度也不同 Cd，Cu，Hg，Pb，Zn离子溶液中会过量 表达 • 通常存在于植物，真菌，和微藻类
金属硫蛋白（MT）
• • • • • • 一种富含半胱氨酸的低分子量蛋白 存在于动物，植物，原核生物 可以结合Cu，Zn和Cd， 对Cu具有很强的亲和力 富含半胱氨酸可以形成金属螯合的核 谷胱甘肽协同金属硫蛋白起降解作用 半胱氨酸和谷胱甘肽中硫醇基在形成金属纳米颗 粒中起还原剂作用
• • • •
金属离子在细胞内为一种辅酶因子 重金属离子干扰正常蛋白功能，有毒 因此微生物进化出金属监管机制。 摄取存储金属离子通过特定转运蛋白来控 制， • 而我们所需要的金属纳米颗粒就是来自金 属离子还原过程。
野生型微生物合成纳米金属粒子
• 早期工作利用枯草芽孢杆菌，海藻西瓦氏 菌等合成金纳米颗粒 • 让细菌在金的氯化物中生长，金离子前驱 溶液转换成金属纳米粒子，产生的粒子直 径在5-200nm之间。 • 形态有八面体，三角形，六边形，球形， 和传统化学方法合成得到基本一样
Advances in microbial biosynthesis of metal nanoparticles
化工1班 。。。
Hale Waihona Puke Baidu
微生物合成金属纳米颗粒 A
优点
B
C D E
机理 野生型菌株生产金属纳米颗粒
工程菌生产金属纳米颗粒
如何控制纳米颗粒形态、大小
F
展望
微生物合成金属纳米颗粒优点
• • • • 反应条件温和（室温） 消耗小 没有有毒化学品参与，环境友好 可以合成传统化学方法不能合成的金属纳 米颗粒
微通道反应器
提取金属结合蛋白体外合成金属纳米颗粒
提取金属结合蛋白体外合成金属纳米颗粒
展望
• 通过前面这些我们可以看到生物合成金属 纳米颗粒极具发展潜力，但我们仍需要寻 找一种高效大规模生产方法。 • 寻找微生物合成金属纳米颗粒机制。 • 对于金属解毒机制，我们也可以运用在水 体的净化，贵金属回收等方面。
生物/化学传 感器
生物成像
催化
电学
光学
药物载体
虽然纳米材料具有高应用价值，但是传统纳米材料的合成一般 在有机溶剂中合成，并且会消耗大量能量。 人们思考能不能在非有机溶剂中合成纳米材料呢？ 自1989年以来人们相继用细菌，酵母，真菌合成金属纳米颗粒
微生物合成金属纳米颗粒机理
• 研究多种微生物合成金属纳米离子的能力， 然而其作用机制仍不是很清楚 • 细胞膜形成了最初的金属纳米颗粒 • 微生物置于金属离子溶液中，植物螯合肽 PC和金属硫蛋白MT会过量表达
生物合成如何控制其形态和大小
• 控制其大小形状是工业化重要一步 • 金属纳米粒子大小可以通过控制金属离子 浓度来实现 • 但要注意的是细胞之间差别比较大，不同 毒性金属以及金属离子浓度也会导致细胞 有所差别 1. 制造微通道反应器（microdroplets） 2.提取金属结合蛋白进行体外合成 金属纳米材料