עבודה זו מציגה פרוטוקול לייצור סודיום tungstate, סודיום molybdate פרצת דרך חיידקים, חלקיקים המתאימים שלהם.
מאמר שיטה
עבודה זו מציגה פרוטוקול לייצור סודיום tungstate, סודיום molybdate פרצת דרך חיידקים, חלקיקים המתאימים שלהם.
אנו מציגים שיטה, הפרשה מינרלים חיידקי (BME), עבור סינתזה שני סוגים של מהמיקרו קפסולות, tungstate נתרן, סודיום molybdate חלקיקים של תחמוצות מתכת שני המתאימים — הראשון קטן כמו 22 ננומטר, ה-15 האחרון ננומטר. האכלנו שני זנים של חיידקים, אצות Shewanella , Pandoraea sp., עם ריכוזים שונים של יונים tungstate או molybdate. ריכוזי tungstate molybdate הותאמו כדי להפוך מהמיקרו קפסולות של יחס קוטר אורך שונה. מצאנו את זה גבוה יותר ריכוז היו חלקיקים קטן יותר חלקיקים הגיע עם שלושה יחס אורך קוטר: 10:1, 3:1 ו- 1:1, אשר הושגו על ידי האכלת את החיידקים בהתאמה עם ריכוז נמוך, בינוני ריכוז, ריכוז גבוה. התמונות של מהמיקרו קפסולות חלול צולמו דרך הסריקה אלקטרון ננו-ספירה (SEM). מבנים קריסטל שלהם אומתו על ידי רנטגן עקיפה (XRD) – מבנה הגביש מהמיקרו קפסולות molybdate נה2MoO4 וזה של tungstate מהמיקרו קפסולות נה2WO4 עם נה2W2O7. כל אלה syntheses היו נעשה בתנאי הסביבה ליד.
חלקיקי תחמוצת מתכת מנוצלים עבור משלוח סמים1, בניית עצמות מלאכותיות2, זרז הטרוגנית3, פליטת שדה4,5, תאים סולריים6, גז חיישנים7, ו סוללות ליתיום8. עבור יישומים מעשיים, חוזק מכני רב, nanocrystals והן שלהם מיקרו מכריעים בין מזערים, מעטפת חלולה מבנים יכול לשמש ליצירת חומרים קלים, חזקים מכנית9. בין מבני מעטפת חלולה, צורה כדורית ידוע להיות נוקשה יותר מאשר צורת אליפסואידי; לאחרון יש יחס אורך קוטר גדול יותר מאשר לשעבר10,11. עבודה זו מתארת עבור סינתזה מהמיקרו קפסולות כדורית באמצעות חיידקים עם שיטה רעיל תחת תנאי הסביבה, אשר בניגוד שיטות אלטרנטיביות, כולל את התבנית סינתזה שיטת12, פרוטוקול שיטת סינתזה אולטראסוניות ספריי-בסיוע13 , שיטת הידרותרמי14. חלק שיטות אלטרנטיביות דורשים תבניות12, קצת חום כמו גבוה כמו 500 ° C13, ובעתיד גבוה לחץ14. לגבי המבנה שנוצר, שיטת סינתזה תבנית ניצול התבנית שמרים מביא על מבנה ליבה-קליפה15, במקום אחד עם קיר בודד, זה ניצול התבנית e. coli מייצר מבנה עם היחס בין אורך קוטר 1.7:0.8, אינה כדורית. 16.
בעבודה זאת, עשינו מהמיקרו קפסולות של תחמוצת מתכת עם קיר בודד ועל צורה כדורית תחת תנאי הסביבה על ידי ניצול חיידקי חילוף החומרים. בחיידקיים גליקוליזה, תהליך כימי מעכל מקורות פחמן, כמו גלוקוז ללקטוז, מקורות פחמן נחשבים להיות המקור של הפחתת הכוח שנוצר בו. אנחנו מניפולציות חיידקי חילוף החומרים על-ידי התאמת את הריכוז של פחמן מקורות כדי להשיג את הקצוות הרצוי. שיטה זו היא ידידותיים לסביבה, באמצעות סוכנים רעיל וצורכים הרבה פחות חשמל חשמל. לבסוף, שיטה זו מאפשרת ייצור המוני של מהמיקרו קפסולות פשוט על ידי הגדלת הנפח של מרק בשר.
לפני השיטה, היו עוד שתי שיטות ניצול חיידקי חילוף החומרים כדי להפוך מינרלים: ביולוגית הנגרמת מינרליזציה (בים בם)17 ו ביולוגית מבוקרת מינרליזציה (BCM)18. לא בים ולא BCM יכול לשמש להכנת נתרן מהמיקרו קפסולות tungstate tungstate ו- molybdate כמו התהליך שלנו, אשר מיועדת כמו חיידקים הפרשה מינרלי (BME)19. בניסוי זה, צורת מהמיקרו קפסולות יכול להיות נשלט לקיים יחס אורך קוטר של 10:1 ל- 1:1, ואת הגודל של ננו-חלקיק grains המהווים הקליפות יכול להיות מותאם הנע בין 15 ננומטר עד 110 ננומטר.
התראה: השתמש כפפות גומי, מגן משקפיים, מעיל מעבדה לביצוע הניסוי. בכל פעם שאתה משתמש הקבינט אבטחה, תדליק את המאוורר ארון ולשמור את. דלת הארון עצומות למחצה.
1. הכנת חרוזי זכוכית
2. הכנת מרק Lysogeny (ליברות)
3. תרבות של אצות Shewanella
4. הכנת צלחות פטרי LB-לנוקס (מרק עם אגר)
5. הכנת Monoclonal חיידקים
6. כפל של חיידקים Monoclonal
7. הכנת מרק LB-לנוקס עם גלוקוזה ומלח
8. הכנת נתרן Tungstate
9. הכנת ליברות עם גלוקוז, מלח נתרן Tungstate
10. התרבות של חיידקים
11. הקציר של מינרלים BME
12. נדנוד טמפרטורה עם Pandoraea sp. , Molybdate
איור 1 מראה מקורי מהמיקרו קפסולות כדורית. שני שני זנים של החיידק, אצות Shewanella ו- Pandoraea sp., במקור יש יחס אורך קוטר של 3:1. להשגת יחס אורך קוטר של 1:1, ריכוז גבוה (> 100 מ מ) של מתכת oxyanions נדרשת. ריכוז נמוך (< 5 מ מ) של oxyanions יכול לגרום אורך של יחס קוטר של 10:1, כמו כי איור 2, אשר עלולים להיגרם כתוצאה זרם של oxyanions, חסימת ביקוע בינארי של חיידקים. לבסוף, להשגת יחס אורך קוטר של 3:1, ככה איור 3, נדרש ריכוז בינונית (~ 20 מ מ) של oxyanions. היווצרות של פגזים כדורית, עם יחס אורך קוטר של 1:1, ייתכן הביא על ידי כונני חיידקי לגרום לעצמם לכווץ שלהם שטח כדי לאזן את הצריכה של oxyanions תוך כדי לשדר oxyanions דרך קרום התא. שלושת נתוני מצביעים יחד על שהיחס בין אורך קוטר יכול לכוונן אותו בין 10:1 ל- 1:1 פשוט על-ידי התאמת את הריכוז של oxyanions.
איור 4 איור 5 מראים nanoparticle גרגרי נתרן molybdate בגדלים שונים: אחד קטן להיות 15 ננומטר ולאחר את nm 110 אחד גדול. שימו לב כי איור 5, על הפגזים שאינם נופצו, חלקיקים של 110 nm יכולים עדיין להיות כבולה אחד לשני, ויוצרים כדורים נקבובי. . השמן שהושג דרך נדנוד הטמפרטורה של מרק culturing 5 פעמים בין 25 ° C ל- 37 מעלות צלזיוס, עם כל חום שנמשך 12 שעות. במהלך תנודה טמפרטורה, גרגרים בגדלים שונים לא רק ניתן להפיק אבל גם לתחזק את מבנה מיקרו-כדורית, שבו אנחנו יכולים להכין מהמיקרו קפסולות עם גדלים תבואה שונים, מ-15 ננומטר עד 110 nm, רק על ידי שליטה הטמפרטורה מרק .
איור 6 מראה על הקיר שבור עם גרגרים גדולים יותר להישאר ליד הפתח של הקיר. עובי הקיר הוא 22 ננומטר, תבואה גדול הוא על 40-60 ננומטר. ההבדל בגודל אולי תוצאה של תהליכים מטבוליים שונים, אשר עדיין לא מזוהים.

איור 1: SEM התמונה של פגזים ככדור חלול עם יחס אורך קוטר של 1:1. מבנה זה היה עשוי tungstate נתרן מופרש על ידי אצות Shewanella עם גלוקוז כמקור פחמן. הודפס מחדש באישור מ ECS ג' של הפוליטיקה מצב מוצק, טכניים, 6(3), N3113 (2017). זכויות יוצרים 2017, האגודה אלקטרוכימי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 2: תמונת SEM פגזי חלול פילמנט ארוך עם יחס אורך קוטר של 10:1. מבנה זה היה עשוי molybdate נתרן מופרש על-ידי Pandoraea sp. עם גלוקוז כמקור פחמן. הודפס מחדש באישור מ ECS ג' של הפוליטיקה מצב מוצק, טכניים, 6(3), N3113 (2017). זכויות יוצרים 2017, האגודה אלקטרוכימי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 3: SEM תמונה שבורה פגזי חלול בצורת מוט עם יחס אורך קוטר של 3:1. מבנה זה היה עשוי tungstate נתרן מופרש על ידי אצות Shewanella עם גלוקוז כמקור פחמן. הודפס מחדש באישור מ ECS ג' של הפוליטיקה מצב מוצק, טכניים, 6(3), N3113 (2017). זכויות יוצרים 2017, האגודה אלקטרוכימי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 4: SEM התמונה של נתרן נופצו molybdate פגזים עם תבואה חלקיקים בגודל של 15 ננומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 5: SEM התמונה של פגזים molybdate נופצו וניפצו הלא נתרן עם תבואה חלקיקים בגודל של 110 nm. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 6: תמונת SEM פגזי חלול שבור עם יחס אורך קוטר של 1:1. מבנה זה היה עשוי tungstate נתרן מופרש על ידי אצות Shewanella עם גלוקוז כמקור פחמן. גרגירים עם גודל על 40-60 ננומטר שמור מחוץ לשריון ליד חור גדול, בעוד המעטפת עצמו עשוי גרגירים עם גודל 22 ננומטר. הודפס מחדש באישור מ ECS ג' של הפוליטיקה מצב מוצק, טכניים, 6(3), N3113 (2017). זכויות יוצרים 2017, האגודה אלקטרוכימי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
בנוגע העצמי-העקביות בתוצאות הניסוי, הכנה של כפל של חיידקים monoclonal הם קריטיים. את הניסוי הזה, שונה מן התבנית סינתזה ניסויים15,16, מועסקים ביואקטיביות חיידקים גראם שליליים. כדי לקבל את קיר בודד, בחרנו prokaryotic חיידקים במקום האיקריוטים חיידקים כמו שמרים15. כדי להשיג עגול עם יחס אורך קוטר של 1:1, במקום גדול יותר יחס אורך קוטר16, האכלנו חיידקים עם ריכוז גבוה יותר של oxyanions לטפל בהם כדי לכווץ לתוך צורה כדורית, ביצוע מהמיקרו קפסולות עם קיר בודד, עגול, דק (< 30 ננומטר).
מאז BME מסתמך בעיקר על התאמת את הריכוז של oxyanions כדי לשלוט על חילוף החומרים של חיידקים, כולל שתי מגבלות. ראשית, הריכוז של oxyanions הוא מוגבל על ידי, המסיסות למרות הריכוז צריך להיות גבוה ככל האפשר. שיטות ההזנה השנייה, חיידקי ביותר יפסיקו בטמפרטורה מעל 45 מעלות צלזיוס או מתחת לגיל 5 ° C, בהתאמה הגבול העליון והגבול התחתון של הניסוי שלנו.
למרות מגבלות אלו שני, BME יש פוטנציאל גדול להכנת תחמוצת מתכת חומרים עניין פרקטי. לביסוס טענה זו, אנחנו הולכים לנסות בשיטה זו כדי להפוך זירקוניום מהמיקרו קפסולות של ברזל מהמיקרו קפסולות — לשעבר להיות מועמד טוב חומר מלאכותי העצמות ואת האחרון למשלוח סמים.
המחברים אין לחשוף.
עבודה זו נתמכת על ידי משרד המדע, הטכנולוגיה, טייוואן, סין, מתחת מעניק מספר ביותר 105-2221-E-011-008, ואין גם על ידי מתקדם-Connectek inc., ROC, טאיוואן, תחת חוזה מספר 6749 מס הפניה למעורר RD והחוג הפניה למעורר מס 011 דרך בוגר המכון אלקטרו-אופטיים להנדסה, נבחרת טייוואן האוניברסיטה למדעים וטכנולוגיה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מרק LB (לנוקס) עם טבליות אגר | סיגמא-אולדריץ' | L7075 | טבליה אחת ל 50 מ"ל מרק עם |
| אגר מרק LB (לנוקס) | סיגמא-אולדריץ' | L3022-1 ק"ג | אבקת LB (לנוקס) 1 ק"ג |
| דקסטרוז נטול מים | ניהון שיאקו מגיב | PL 78695 | גלוקוז |
| נתרן טונגסטאט | ניהון שיאקו מגיב | PL 76050 | Na2WO4 · 2H2O |
| נתרן מוליבדט | Nihon Shiyaku Reagent | PL103564 | Na2MoO4 · 2H2O |
| נתרן כלורי | Nihon Shiyaku Reagent | PL 68131 | NaCl |
| אתנול 99.5% | אקרוס אורגני | AC615090040 | CH3CH2OH |
| מים | במים דה-יוניזציה | של האוניברסיטה | |
| Autoclave | Tomin Medical Equipmenco, Ltd., טאיפיי סיטי, טייוואן, ROC | TM-329 | חום ל-120 מעלות; C למשך 10 דקות |
| צנטריפוגה | , טאיפיי סיטי החדשה, טייוואן, צנטריפוגה DSC302SD ROC | ב-2025 x | |
| g-80 ו-deg; C מקרר | Panasonic | MDF-U3386S | השתמש להקפאה עמוקה של cryopreserve מתח |
| אולטרסאונד הומוגנייזר סוניקטור מעבד תא משבש | לנוקס | UPS-150 | תדר 20 קילו-הרץ הספק 150 W |
| חממה | הלקוח עשה | חום בהתאמה אישית | עד 40 מעלות; C או לקרר ל -18 מעלות; C עם זמן cotrol |
| אמבטיות טלטול הדדיות | Kingtech Scientific Co., Ltd | WBS-L | |
| ערבוב דיגיטלי פלטה | חמה Corning | # 6797-620D | שימוש עם PTFE מגנטי ערבוב |
| בר Biosafety ארון | Zong Yen ושות', בע"מ | ZYBH-420 | כל התהליך הקשור לחיידקים נעשה כאן |
| סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים | JEOL | JSM-6500F | תמונות SEM |
| צינור צנטריפוגה 50 מ"ל | פלקון | 14-432-22 | |
| צינור צנטריפוגה 15 מ"ל | פלקון | 14-959-53A | |
| בקבוק מעבדה 100 מ"ל | דוראן | 21 801 24 5 | |
| בקבוק מעבדה 500 מ"ל | דוראן | 21 801 44 5 | |
| מרית נירוסטה | Chemglass | CG-1981-10 | |
| PTFE מוטות ערבוב חד פעמיים | פישר | S68066 | |
| צלחות פטרי מפלסטיק | פישר | S33580A | |
| אצות שוונלה | באדיבות המחבר #3 | באדיבות המחבר #3 | |
| Pandoraea sp. | באדיבות המחבר #3 | באדיבות המחבר #3 |