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.
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.
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |