一種利用植物乳桿菌胞外多糖合成貴金屬納米顆粒的方法與流程

2023-06-18 20:56:56

本發明屬於生物技術和納米材料領域，具體涉及一種植物乳桿菌胞外多糖在合成貴金屬納米顆粒中的應用。

背景技術：

傳統的貴金屬納米顆粒合成方法多採用化學試劑還原法，這其中涉及到乙二胺、硼氫化鈉等化學還原劑，它們的使用帶來了潛在的環境汙染以及生物毒性等問題。因此，人們開始尋找合成貴金屬納米顆粒的替代方法，以實現綠色、可持續化發展。多糖以其衍生物被證明可以用來合成貴金屬納米顆粒，包括香菇多糖、羧甲基殼聚糖、普魯蘭多糖、葡聚糖、羧甲基纖維素、瓜爾豆膠等。但是，利用這些多糖及其衍生物合成貴金屬納米顆粒時存在一定的缺陷。例如，纖維素和幾丁質在合成貴金屬納米顆粒之前先要經化學修飾為羧甲基化合物；香菇多糖首先需要加熱到140℃以達到最佳狀態，且合成的金屬納米顆粒的形貌和香菇多糖的結構相關；葡聚糖作為還原劑時，需要將ph調為11，並且需要12-16h的合成時間而普魯蘭多糖和瓜爾豆膠則需要高溫和較長的反應時間。為了克服以上多糖作為還原劑合成貴金屬納米顆粒存在的缺陷以實現真正的綠色合成，尋找和開發新的能夠合成納米顆粒的多糖是非常有意義的。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種利用胞外多糖作為還原劑，合成貴金屬納米顆粒的方法，以解決現有貴金屬納米顆粒合成耗能、耗時以及汙染環境等問題。

為解決以上技術問題，本發明採用的技術方案如下：

一種貴金屬納米顆粒的合成方法：在貴金屬溶液中加入胞外多糖溶液進行反應獲得貴金屬納米顆粒，所述胞外多糖為還原劑。

優選地，所述胞外多糖為植物乳桿菌發酵得到的胞外多糖，其中，所述植物乳桿菌從雲南泡菜分離得到，分類命名為植物乳桿菌(lactobacillusplantarum)，菌株號為lcc-605，已保藏於中國典型培養物保藏中心，保藏地址為中國.武漢.武漢大學，郵編430072。保藏編號為cctccno:m2016491，在ncbi上的登錄號為：kx443590，保藏日期為2016年9月18日，該菌株已申請中國專利201710025113.0。

植物乳桿菌(lactobacillusplantarum)cctccno:m2016491發酵得到胞外多糖的方法已記載於中國專利201710025113.0中，具體製備方法如下：

(1)植物乳桿菌lcc-605按體積比3％接種於mrs培養基中,在31℃發酵24h，得到發酵液；

(2)將發酵液14000rpm，4℃離心30min，去除菌體，上清液加入80％的三氯乙酸，直至三氯乙酸終濃度為4％，置於4℃冰箱過夜，沉澱蛋白；

(3)隔天，將步驟(2)得到的體系14000rpm，4℃離心30min，去除沉澱蛋白，上清液加入3倍體積的無水乙醇，置於4℃冰箱過夜，以沉澱胞外多糖。隔天，14000rpm，4℃離心30min，收集沉澱即為胞外多糖。

(4)該胞外多糖用少量水溶解，用7000da的透析袋透析三天，每4h換一次水，以去除其中的單糖，凍幹即得植物乳桿菌lcc-605的胞外多糖，備用。

優選地，所述貴金屬溶液為10～100mg/lagno3溶液或10～100mg/lhaucl4溶液。

更優選地，所述貴金屬溶液為100mg/ml。

優選地，所述胞外多糖溶液的濃度為0.2～5mg/ml。

更優選地，所述胞外多糖的濃度為2mg/ml。

優選地，所述胞外多糖溶液與貴金屬溶液的體積比為1:5～1:15。

更優選地，所述胞外多糖溶液與貴金屬溶液的體積比為1:10。

優選地，所述反應溫度為25～100℃。

更優選地，所述反應溫度為100℃。

優選地，所述反應時間為1～40min。

更優選地，所述反應時間為15min。

有益效果：與現有技術相比，本發明具有如下優勢：

1、利用本發明合成貴金屬納米顆粒不需調節ph，只需加熱到100℃，反應15min，反應時間短，大大降低了能耗。

2、本發明合成貴金屬納米顆粒時無需添加任何化學還原劑，消除了化學試劑汙染，實現了綠色合成。

3、本發明以植物乳桿菌胞外多糖為還原劑，以氯金酸或硝酸銀溶液為原料，短時間加熱煮沸，製得了分布均勻的貴金屬納米顆粒，其中製得的金納米顆粒長期穩定。透射電鏡顯示所合成的貴金屬納米顆粒尺寸分布均勻，金納米顆粒的平均尺寸在12.2nm左右，銀納米顆粒的平均尺寸在25.0nm左右，具有良好的分散性。由於該方法的原料來源安全無害，反應時間短，反應溫度僅需100℃，因此，該方法有望在綠色合成貴金屬納米顆粒方面得到廣泛應用。

附圖說明

圖1為實施例2中植物乳桿菌胞外多糖合成金納米顆粒時不同反應時間的顏色變化示意圖(從左到右依次為0、3、10、15和30min)。

圖2為實施例5中金(a)、銀(b)納米顆粒的紫外光譜示意圖。

圖3為實施例6中金納米顆粒的x射線光電子能譜檢測結果示意圖。

圖4為實施例7中金(a)、銀(b)納米顆粒的掃描電鏡示意圖。

圖5為實施例8中金(a)、銀(b)納米顆粒的透射電鏡示意圖。

圖6為實施例8中金(a)、銀(b)納米顆粒的超高分辨示意圖，顯示合成的金，銀納米顆粒為面心立方結構。

圖7為實施例8中金(a)、銀(b)納米顆粒的粒徑分布圖，所合成的金納米顆粒粒徑為12.2nm左右(a)，所合成的銀納米顆粒粒徑為25nm左右。

具體實施方式

根據下述實施例，可以更好地理解本發明。然而，本領域的技術人員容易理解，實施例所描述的內容僅用於說明本發明，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本發明。

實施例1胞外多糖的製備方法

取植物乳桿菌lcc-605的菌體樣本，用mrs培養基活化三次。4℃，14000g離心30min，以去除菌體。離心後將上層清夜倒入燒杯，剩下的菌體再次離心一次，上層清夜再次倒入燒杯，然後在燒杯裡倒入80％的三氯乙酸，直至三氯乙酸終濃度為4％，放入4℃冰箱過夜，沉澱蛋白。隔天，將燒杯裡的溶液再次離心，以分離沉澱的蛋白質。去除沉澱，倒出上層清液，再加入三倍體積的無水乙醇，放入4℃冰箱過夜，以沉澱胞外多糖。隔天，將燒杯裡的溶液離心，沉澱即為多糖。將多糖取出加入少量超純水溶解，裝入透析袋中，放入大燒杯使其透析三天，每4h換一次水，以去除其中的單糖。三天後，置於真空冷凍乾燥機中凍幹，即得植物乳桿菌lcc-605的胞外多糖。

實施例2胞外多糖合成貴金屬納米顆粒

將胞外多糖配成2mg/ml的溶液，取5ml加入到50ml100mg/l的氯金酸溶液或硝酸銀溶液中，煮沸。分別在0、3、10、15和30min時取樣分析。結果見圖1，在15min時氯金酸多糖溶液中出現酒紅色，該顏色為金納米顆粒的特徵顏色，說明反應15min後合成了金納米顆粒。

實施例3胞外多糖合成貴金屬納米顆粒

將胞外多糖配成0.2mg/ml的溶液，取5ml加入到25ml10mg/l的氯金酸溶液或硝酸銀溶液中，25℃反應40min取樣分析。

實施例4胞外多糖合成貴金屬納米顆粒

將胞外多糖配成5mg/ml的溶液，取5ml加入到75ml50mg/l的氯金酸溶液或硝酸銀溶液中，煮沸。分別在0、3、10、15和30min時取樣分析。

實施例5金、銀納米顆粒的紫外吸收

選擇400～900nm的掃描範圍對實施例2合成的貴金屬納米顆粒樣品進行紫外吸收光譜檢測，結果見圖2，該胞外多糖合成的金、銀納米顆粒分別在550nm(a)、405nm(b)處有最大吸收峰。

實施例6金納米顆粒x射線光電子能譜(xps)檢測

將實施例2合成的金納米顆粒凍幹後進行xps檢測，結果如圖3所示，該胞外多糖合成的金納米顆粒在83.6和87.5ev結合能處有吸收峰，這兩個峰位置為金元素的典型xps能譜峰。

實施例7利用掃描電鏡對金、銀納米顆粒的形貌觀察

取上述實施例2獲得的金、銀納米顆粒溶液10ul滴到矽片上自然風乾後進行掃描電鏡觀察。結果見圖4，合成的金納米顆粒為近似球形結構(a)，合成的銀納米顆粒為不規則結構(b)。

實施例8利用透射電鏡對對金、銀納米顆粒的形貌觀察

取上述實施例2獲得的金、銀納米顆粒溶液10ul滴到400目的銅網上進行透射電鏡觀察，結果見圖5，形成的金納米顆粒為球形結構，銀納米顆粒為橢球型結構。同時採用超高分辨對其晶格結構進行觀察，結果見圖6，表明該金納米顆粒和銀納米顆粒具有晶格結構。同時進行粒徑分布統計，結果見圖7，結果表明該金納米顆粒粒徑在12nm左右，該銀納米顆粒粒徑在25nm左右。