Cet ouvrage présente un protocole pour la fabrication de sodium et tungstate de microcapsules de molybdate sodique par bactéries et leurs correspondants des nanoparticules.
Nous présentons une méthode, l’excrétion de minéraux bactérienne (BME), pour la synthèse de deux sortes de microcapsules, tungstate de sodium molybdate de sodium et nanoparticules correspondantes des deux oxydes métalliques — le premier étant aussi petit que 22 nm et le dernier 15 nm. Nous avons nourri les deux souches de bactéries, algues Shewanella et Pandoraea SP., avec différentes concentrations d’ions tungstate ou de molybdate. Les concentrations de molybdate et de tungstate d’ont été ajustées pour faire des microcapsules de différents rapports de longueur diamètre. Nous avons constaté que plus la concentration étaient plus de nanoparticules. Les nanoparticules est arrivé avec trois rapports de longueur diamètre : 10:1, 3:1 et 1:1, qui ont été atteints en nourrissant les bactéries respectivement avec une faible concentration, une concentration moyenne et une forte concentration. Les images de microcapsules creux ont été prises par les microsphères d’électrons balayage (SEM). Leurs structures cristallines ont été vérifiés par diffraction des rayons x (DRX) — la structure cristalline du molybdate microcapsules est Na2MoO4 et voilà des microcapsules tungstate Na2WO4 avec Na22O7. Ces synthèses toutes ont été réalisées à une température ambiante proche.
Nanoparticules d’oxyde métallique peuvent être exploitées pour drogue livraison1, construction artificielle OS2, catalyse hétérogène,3, émission de champ4,5, cellules solaires6, capteurs de gaz7, et au lithium piles8. Pour des applications pratiques, la résistance mécanique des nanocristaux tant leur microstructure sont cruciales. Parmi les microstructures, structures de coquille vide peuvent servir à créer des matériaux légers, mécaniquement robuste9. Parmi les structures de coquille vide, une forme sphérique est connue pour être plus rigide qu’une forme ellipsoïdale ; ce dernier a un rapport longueur-diamètre plus élevé que l’ ancien10,11. Cet ouvrage décrit un protocole pour la synthèse des microcapsules sphériques par l’intermédiaire de bactéries avec une méthode non toxique à une température ambiante, ce qui contraste avec les autres méthodes, y compris le modèle synthèse méthode12, ultrasons-spray-synthèse assistée par méthode13 et méthode hydrothermale14. Certaines des méthodes alternatives nécessitent modèles12, certains une température aussi élevée que 500 ° C13et some haute pression14. En ce qui concerne la structure résultante, la méthode de synthèse de modèle utilisant le modèle de levure apporte une structure de noyau-enveloppe15, au lieu d’une avec un mur unique, et celle utilisant le modèle d’e. coli produit une structure avec rapport longueur-diamètre de 1.7:0.8 et n’est pas sphérique. 16.
Dans ce travail, nous avons fait des microcapsules d’oxyde métallique avec une simple paroi et de forme sphérique à une température ambiante en exploitant le métabolisme bactérien. La glycolyse bactérienne, un procédé chimique qui métabolise les sources de carbone, comme le glucose et au lactose, sources de carbone sont censées être à l’origine de réduire l’électricité qui y est. Nous avons manipulé le métabolisme bactérien en ajustant la concentration des sources de carbone pour atteindre les buts recherchés. Cette méthode est respectueux de l’environnement, en utilisant des agents non toxique et consommant beaucoup moins d’énergie électrique. Enfin, cette méthode permet la production de microcapsules simplement en augmentant le volume de bouillon.
Avant la méthode, il y a eu un autre deux méthodes utilisant le métabolisme bactérien pour rendre les minéraux : biologiquement induite par minéralisation (BIM)17 et18de la minéralisation biologiquement contrôlées (BCM). BIM ni BCM peut être utilisé pour la fabrication de sodium tungstate et molybdate de microcapsules de tungstate comme notre processus, qui est désigné comme l’ excrétion de minéraux bactérienne (BME)19. Dans cette expérience, la forme de microcapsules peut être contrôlée pour avoir un ratio de longueur diamètre de 10:1 à 1:1, et des grains de la taille des nanoparticules qui forment les coquilles peuvent être ajustées allant de 15 nm à 110 nm.
En ce qui concerne la cohérence des résultats expérimentaux, la préparation et la multiplication des bactéries monoclonales sont essentiels. Cette expérience, différente de la modèle synthèse expériences15,16, employait des bactéries Gram-négatives bioactifs. Pour obtenir un seul mur, nous avons choisi des bactéries procaryotes au lieu de bactéries eucaryotes comme la levure15. Pour obtenir une forme sphérique avec un rapport longueur-diamètre de 1:1, au lieu d’un plus grand ratio de longueur diamètre16, nous avons nourri bactéries avec une concentration beaucoup plus élevée des oxyanions pour les manipuler à rétrécir dans une forme sphérique, rendant les microcapsules avec un mur unique, ronde et fin (< 30 nm).
Le BME repose essentiellement sur l’ajustement de la concentration des oxyanions pour contrôler le métabolisme des bactéries, il contient deux limites. Tout d’abord, la concentration des oxyanions est limitée par la solubilité, bien que la concentration doit être aussi élevée que possible. Deuxièmement, plus bactériennes métabolismes seront arrêtera à une température supérieure à 45 ° C ou moins de 5 ° C, respectivement les limites supérieures et inférieures de notre expérience.
Malgré ces deux limites, le BME a un grand potentiel pour la fabrication de matériaux d’oxyde métallique d’intérêt pratique. Pour étayer cette affirmation, nous allons essayer cette méthode pour faire des microcapsules de zirconium et de microcapsules de fer — le premier étant un bon candidat, matériel pour OS artificiels et le second pour la délivrance de médicaments.
The authors have nothing to disclose.
Ce travail est soutenu par le ministère de la Science et de technologie, Taiwan, République de Chine, accorde moins de numéro plus 105-2221-E-011-008, et aussi par avancé-Connectek Inc., Taipei, Taiwan, ROC sous contrat numéro RD Réf. n ° 6749 et Dept. Réf. no 011 à travers le Diplômé Institut d’Ingénierie électro-optique, National Taiwan University of Science et la technologie.
LB(Lennox)broth with agar tablets | Sigma-Aldrich | L7075 | 1 tablet for 50 mL broth with agar |
LB (Lennox) broth | Sigma-Aldrich | L3022-1KG | LB (Lennox) powder 1 kg |
Dextrose anhydrous | Nihon Shiyaku Reagent | PL 78695 | glucose |
Sodium Tungstate | Nihon Shiyaku Reagent | PL 76050 | Na2WO4 · 2H2O |
Sodium Molybdate | Nihon Shiyaku Reagent | PL103564 | Na2MoO4 · 2H2O |
Sodium Chloride | Nihon Shiyaku Reagent | PL 68131 | NaCl |
Ethanol 99.5% | Acros organics | AC615090040 | CH3CH2OH |
Water | Made in our university | de-ionlized water | |
Autoclave | Tomin Medical Equipmenco, Ltd., Taipei City, Taiwan, ROC | TM-329 | heat to 120 °C for 10 min |
Centrifuge | Digit System Laboratory System, New Taipei City, Taiwan, ROC | DSC302SD | centrifuge at 2025 x g |
-80 °C Refrigerator | Panasonic | MDF-U3386S | Use to deep-freeze cryopreserve strain |
Ultrasonic Homogenizer Sonicator Processor Cell Disruptor | Lenox | UPS-150 | frequency 20 KHz power 150 W |
Incubator | Customer made | custom made | heat to 40 °C or cool to 18 °C with time cotrol |
Reciprocal shaking baths | Kingtech Scientific Co., Ltd | WBS-L | |
Digital Stirring Hot Plate | Corning | #6797-620D | use with PTFE magnetic stirring bar |
Biosafety cabinet | Zong Yen co., LTD | ZYBH-420 | All bacteria related process are done here |
Scanning electron microscope | JEOL | JSM-6500F | SEM Images |
50 mL centrifudge tube | Falcon | 14-432-22 | |
15 mL centrifudge tube | Falcon | 14-959-53A | |
Laboratory bottle 100 mL | Duran | 21 801 24 5 | |
Laboratory bottle 500 mL | Duran | 21 801 44 5 | |
Stainless steel spatula | Chemglass | CG-1981-10 | |
PTFE Disposable Stir Bars | Fisher | S68066 | |
Plastic Petri Dishes | Fisher | S33580A | |
Shewanella algae | Courtesy of author #3 | Courtesy of author #3 | |
Pandoraea sp. | Courtesy of author #3 | Courtesy of author #3 |