Эта работа представляет собой протокол для производства натрия вольфрамат и натрия молибдата микрокапсул через бактерий и их соответствующие наночастиц.
Мы представляем метод, бактериальных выделение минеральных веществ (БМЭ), для синтеза двух видов микрокапсулы, вольфрамат натрия Молибдат натрия и два металлических оксидов соответствующего наночастиц — первый, как маленький 22 Нм и последний 15 Нм. Мы кормили два штаммов бактерий, водорослей Shewanella и Pandoraea sp., с различных концентраций ионов вольфрамат или Молибдат. Концентрации вольфрамат и молибдатов были скорректированы, чтобы микрокапсулы различные соотношения длины к диаметру. Мы обнаружили, что чем выше концентрация были меньше наночастиц. Наночастицы пришли с три соотношение длины к диаметру: 10:1, 3:1 и 1:1, которые были достигнуты путем кормления бактерий соответственно с низкой концентрации, средней концентрации и высокой концентрацией. Изображения полые микрокапсулы были взяты через сканирования Микросфера электрона (SEM). Их кристаллических структур были проверены дифракции рентгеновских лучей (XRD) — Кристаллическая структура Молибдат микрокапсулы Na2MoO4 и что вольфрамат микрокапсулы Na2WO4 с2W Na2O7. Все эти обобщения были выполнены под условие вблизи окружающего.
Наночастицы оксида металла используются для доставки наркотиков1, строительство искусственной кости2, несродное катализирование3, Автоэмиссионные4,5, солнечных батарей6, газовые датчики7, и литиевые батарейки8. Для практического применения решающее значение имеют механическую прочность нанокристаллов и их микроструктуры. Среди микроструктур полые оболочки структуры могут использоваться для создания легких, механически надежные материалы9. Среди структур полые оболочки сферической формы, как известно, быть более жесткими, чем эллипсоидальной формы; последний имеет больше отношение длины к диаметру чем бывший10,11. Эта работа описывает протокол для обобщения сферических микрокапсул через бактерий с помощью метода не токсичен, условиях окружающей среды, который контрастирует с альтернативными методами, включая шаблон синтеза метод12, Ультразвуковой аэрозоль-при содействии синтеза метод13 и гидротермальных метод14. Некоторые из альтернативных методов требуют шаблоны12, некоторые температуры как высокий, как 500 ° C13и некоторые высокого давления14. Что касается результирующей структуры метод синтеза шаблон, используя шаблон дрожжи приносит около ядро оболочка структуры15, вместо одного с одной стеной, и один, используя шаблон E. coli производит структуру с отношение длины к диаметру 1.7:0.8 и не имеет сферическую форму. 16.
В этой работе мы сделали металлический оксид микрокапсулы с одинарной стенкой и сферической формы окружающего условиях путем использования бактериального метаболизма. В бактериальный гликолиза, химический процесс, который усваивает источников углерода, как глюкоза и лактозы, источников углерода считаются происхождение уменьшения энергии, производимой в нем. Мы манипулировать бактериальных метаболизма, регулируя концентрация углерода источников для достижения желаемых целей. Этот метод является окружающей среды, с использованием нетоксичных агентов и потребляют намного меньше электричества. Наконец этот метод позволяет в массовое производство микрокапсулы просто путем увеличения объема бульон.
До метода, там были еще два метода использования бактериального метаболизм сделать минералов: биологически индуцированной минерализации (BIM)17 и18биологически управляемой минерализации (BCM). Бим ни BCM может использоваться для изготовления натрия вольфрамат и молибдатов вольфрамат микрокапсулы как наш процесс, обозначенный как бактериальный выделение минеральных веществ (BME)19. В этом эксперименте, форма микрокапсулы можно управлять иметь отношение длины к диаметру от 10:1 до 1:1, и размер наночастиц зерна эту форму ракушки можно регулировать от 15 Нм 110 Нм.
Что касается самосогласованности экспериментальные результаты подготовка и умножение моноклональных бактерий являются критическими. Этот эксперимент, отличается от шаблона синтеза эксперименты15,16, занятых биоактивные грамотрицательных бактерий. Чтобы получить одной стены, мы выбрали прокариот бактерии вместо эукариотических бактерий, таких как дрожжи15. Для достижения сферической формы с отношением длины к диаметру 1:1, вместо больших соотношение длины к диаметру16, мы кормили бактерий с гораздо более высокой концентрации oxyanions манипулировать их сжатие в сферическую форму, что делает микрокапсулы с один раунд и тонкие стены (< 30 Нм).
Поскольку BME главным образом опирается на корректировке концентрации oxyanions для контроля метаболизма бактерий, она имеет два ограничения. Во-первых концентрацию oxyanions ограничен растворимость, хотя концентрация должна быть как можно более высоким. Во-вторых, наиболее бактериальных метаболизмов остановится при температуре свыше 45 ° C или до 5 ° C соответственно верхние и нижние границы нашего эксперимента.
Несмотря на эти два ограничения BME имеет большой потенциал для изготовления металлических оксидных материалов практический интерес. Для обоснования этой претензии, мы собираемся попробовать этот метод, чтобы сделать микрокапсулы циркония и микрокапсулы железа — бывший, будучи хорошим кандидатом материал для искусственной кости и последний для доставки лекарств.
The authors have nothing to disclose.
Эта работа поддерживается Министерством науки и технологии, Тайвань, Республика Китай, под предоставить номер наиболее 105-2221-E-011-008, а также дополнительно-Connectek Inc., Тайбэй, Тайвань, ROC по контракту номер RD ссылка № 6749 и кафедра ссылка № 011 через Окончил институт оптико-инженеров, национальные Тайвань университета науки и технологии.
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 |