Synthese von Natrium-Wolframat und Natrium Molybdat Mikrokapseln über bakterielle mineralischen Ausscheidung

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments ist es, neue Verfahren zur Herstellung hohler sphärischer Strukturen aus oxidischen Materialien mit Hilfe gramnegativer Bakterien zu demonstrieren. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der Bionanomaterialien zu beantworten, indem sie zeigt, wie Mikrokapseln aus nanogranialem Metalloxidmaterial mit Hilfe von Bakterien gebildet werden können. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie umweltfreundlich ist und das Potenzial zur Massenproduktion hat.

Wiegen Sie acht Gramm LB Lennox Bouillon Pulver ab und geben Sie es in eine 500 Milliliter Laborflasche mit 400 Millilitern Wasser. Fügen Sie dann einen magnetischen Teflon-Rührstab hinzu und rühren Sie den Inhalt 20 Minuten lang. Die Brühe fest verschließen und den Inhalt 10 Minuten bei 120 Grad Celsius autoklavieren.

Lassen Sie die Lösung auf Raumtemperatur abkühlen und aliquotieren Sie dann mit einer Pipette 12,5 Milliliter der Brühe in acht 15-Milliliter-Zentrifugenröhrchen. Aliquotieren Sie die restliche Brühe in drei 100-Milliliter-Laborflaschen, verschließen Sie die drei Flaschen fest und bewahren Sie sie in der Biosicherheitswerkbank auf. Holen Sie sich als Nächstes einen kryokonservierten Vorrat an Shewanella-Algen aus dem Lager.

Verwenden Sie dann in der Biosicherheitswerkbank einen Spatel aus Edelstahl, um einen Milliliter des gefrorenen Materials aus dem Aufbewahrungsröhrchen zu entfernen und in eines der 12,5-Milliliter-Aliquots zu geben, die LB Lennox-Brühe enthalten. Geben Sie die Probe in einen 37 Grad Celsius heißen Inkubator und inkubieren Sie die Kultur 24 Stunden lang. Bereiten Sie als nächstes die Agarplatten vor.

Lösen Sie zwei Tabletten LB Lennox Bouillon mit Agar in einer 100 Milliliter Flasche mit 100 Millilitern Wasser auf. Rühren Sie den Inhalt 20 Minuten lang mit einem Rührstab um und verschließen Sie ihn dann fest. Nach dem Autoklavieren aliquotieren Sie 20 Milliliter in jede der vier Petrischale.

Lassen Sie die Lösung in der Haube auf Raumtemperatur abkühlen. Und dann die Teller abdecken. Beschriften Sie die drei Flaschen, die mit 100 Millilitern LB Lennox Bouillon vorbereitet sind, mit den Nummern eins, zwei und drei.

Pipettieren Sie 0,1 Milliliter der resultierenden Bakterienkultur in die erste Flasche. Verschließen Sie die Flasche und schwenken Sie sie eine Minute lang mit der Hand, um eine homogene Lösung zu erhalten. Pipettieren Sie anschließend 0,1 Milliliter von Flasche Nummer eins in Flasche Nummer zwei.

Verschließen Sie die Flasche wieder und schwingen Sie sie eine Minute lang mit der Hand. Führen Sie die letzte Verdünnung durch, indem Sie 0,1 Milliliter aus der Flasche Nummer zwei in die Flasche Nummer drei pipettieren. Verschließen Sie die Flasche und schütteln Sie sie eine Minute lang mit der Hand.

Und dann pipettieren Sie 20 Mikroliter der Lösung auf jede der vier Petrischale. Legen Sie dann vier autoklavierte Glasperlen mit einem Durchmesser von drei Millimetern in jede der Petrischale. Schließen Sie die Deckel der Petrischalen und schütteln Sie sie eine Minute lang mit der Hand.

Wenn Sie fertig sind, drehen Sie die Petrischalen auf den Kopf und inkubieren Sie die Platten 24 Stunden lang in einem 37 Grad Celsius heißen Inkubator. Wählen Sie mit einem Edelstahlspatel die resultierenden monoklonalen Bakterien aus den vier Petrischalen aus und geben Sie sie in die restlichen sieben Röhrchen mit 12,5 Millilitern LB Lennox Brühe. Lassen Sie die Röhrchen 24 Stunden lang im 37 Grad Celsius heißen Inkubator und wählen Sie dann mit der visuellen kolorimetrischen Methode die Röhre mit der größten Lichtstreuung aus.

Geben Sie 10 Gramm LB Lennox Brühe, 10 Gramm Natriumchlorid und 10 Gramm Glukose in eine 500 Milliliter Laborflasche. Fügen Sie dann Wasser hinzu, bis das Volumen 450 Milliliter erreicht. Fügen Sie einen Teflon-Rührstab hinzu und rühren Sie 20 Minuten lang.

Nach dem Mischen qutoclavieren Sie diese Lösung 10 Minuten lang bei 120 Grad Celsius. Messen Sie anschließend 16,5 Gramm Natriumwolframat-Dihydrat ab und geben Sie es in eine 100-Milliliter-Flasche. Fügen Sie Wasser hinzu, bis das Volumen 50 Milliliter erreicht.

Fügen Sie einen Teflon-Rührstab hinzu und rühren Sie die Lösung 20 Minuten lang. Die Konzentration des Natriumwolframat-Lösungsmittels soll hoch sein, um die kugelförmige Form einer Mikrokapsel zu gewährleisten, aber nicht zu hoch, um die Bakterien abzutöten. Nach dem Autoklavieren filtrieren Sie die Lösung durch einen Glasfaserfilter mit Poren von einem Mikrometer, um das Filtrat zu erhalten.

Gießen Sie das Filtrat von Hand in die 450 Milliliter Flasche mit LB Lennox Brühe, die Glukose und Salz enthält. Dann aliquotieren Sie die resultierende Lösung in 10-, 50-Milliliter-Zentrifugenröhrchen. Die Kultur, die die monoklonalen Bakterien enthält, wird entnommen und 50 Mikroliter davon in jedes der 10 50-Milliliter-Zentrifugenröhrchen gegeben, die das Natriumwolframatmedium enthalten.

Inkubieren Sie die 10 Röhrchen in einem 37 Grad Celsius heißen Inkubator für 120 Stunden. Nach der Inkubation legen Sie jede der Röhren in einen Ultraschallgerät und beschallen die Zellen eine Stunde lang bei 20 Kilohertz mit 150 Watt. Zentrifugieren Sie die Röhrchen.

Und dann die klare Flüssigkeit mit einer Pipette entfernen. Als nächstes fügst du Wasser hinzu. Und dann beschallen und zentrifugieren Sie die Röhrchen noch einmal.

Nach der zweiten Zentrierung die klare Flüssigkeit in den Röhrchen mit einer Pipette entfernen. Fügen Sie dann 35 Milliliter 99,8%iges Ethanol hinzu und beschallen Sie die Proben erneut. Spülen Sie die Mineralien ab, indem Sie sie zentrifugieren, Alkohol hinzufügen und die Probe noch einmal beschallen.

Entfernen Sie dann die klare Flüssigkeit in den Röhrchen mit einer Pipette und verschließen Sie die Röhrchen sofort, ohne die Probe auszutrocknen. Dieses REM-Bild zeigt die zerbrochene Hohlschale, die aus Natriumwolframat besteht, das von der Shewanella-Alge unter Verwendung von Glukose als Kohlenstoffquelle ausgeschieden wurde. Granulate mit einem Durchmesser von etwa 40 bis 60 Nanometern hängen außerhalb der Schale.

Die Schale selbst besteht aus Granulat mit einem Durchmesser von etwa 22 Nanometern. Wenn man herauszoomt, kann man das Verhältnis von Länge zu Durchmesser für diese Hohlschalen sehen. Diese kugelförmigen Schalen haben ein Längen-Durchmesser-Verhältnis von eins zu eins und wurden unter Verwendung einer hohen Konzentration von Metalloxianionen von mehr als 100 Millimolar in den Kulturmedien erhalten.

Durch Verringerung der Konzentration von Oxianionen im Kulturmedium auf etwa 20 Millimolar produziert das Bakterium Natriumwolframatschalen mit einem Längen-Durchmesser-Verhältnis von drei zu eins. Nach ihrer Entwicklung hilft diese Technik dem Forscher auf dem Gebiet der Bionanotechnologie, die Möglichkeit zu erforschen, eine Mikrostruktur wie eine Mikrokapsel aus einem Metalloxidmaterial mit Hilfe eines gramnegativen Bakteriums herzustellen.