Sodyum Tungstate ve sodyum molibdat Microcapsules bakteriyel Mineral atılımı ile sentezleme

Özet

Bu çalışma bir protokol üretimi için bakteri ve onların karşılık gelen nano tanecikleri ile sodyum tungstate ve sodyum molibdat microcapsules sunar.

Özet

Biz bir yöntem sunmak için iki tür microcapsules, sodyum tungstate ve sodyum molibdat ve iki metal oksitleri karşılık gelen nano tanecikleri sentezleme bakteriyel mineral boşaltım (BME), — 22 küçük olan eski nm ve ikinci 15 nm. Bakteriler, Shewanella yosun ve Pandoraea sp., iki soyu tungstate veya molibdat iyonları çeşitli konsantrasyonları ile beslenir. Tungstate ve molibdat konsantrasyonları farklı uzunluğu çap oranlarına microcapsules yapmak için ayarlandı. Biz bu yüksek konsantrasyon küçük nano tanecikleri bulunmuştur. Nano tanecikleri üç uzunluğu çap oranları ile geldi: 10: bakteri sırasıyla düşük konsantrasyon, orta boy bir konsantrasyon ve yüksek bir konsantrasyon ile besleyerek elde edildi 1 3:1 ve 1:1,. İçi boş microcapsules görüntüleri tarama elektron microsphere (SEM) alındı. Kristal yapılarını x-ışını kırınım (XRD) tarafından doğrulanmadı — fluorid microcapsules kristal yapısı Na₂MoO₄ ve bu tungstate microcapsules Na₂WO₄ Na₂W₂O₇ile. Bu immobilizasyonu tüm çevre ortam koşul altında başarılı.

Giriş

Metal oksit nano tanecikleri ilaç teslim¹, inşaat yapay kemikler², heterojen kataliz³, alan emisyon^4,5, güneş hücreleri⁶, gaz sensörler⁷, istismar ve lityum piller⁸. Pratik uygulamalarda, hem nanocrystals hem de onların Mikroyapı mekanik gücü çok önemli. Microstructures arasında içi boş kabuk yapıları hafif, mekanik olarak sağlam malzeme⁹oluşturmak için kullanılabilir. İçi boş kabuk yapıları arasında küresel şekli bir ellipsoidal bir halde daha sert olduğu bilinmektedir; İkinci eski^10,11daha büyük bir uzunluk çapı oranına sahip. Bu eser için bir non-toksik yöntemi'nin altında Şablon sentez yöntemi¹²de dahil olmak üzere alternatif yöntemler ile tezat bir ortam durumu ile bakteri ile küresel microcapsules sentezleme protokolünü açıklar, Ultrasonik sprey yoluyla sentez yöntemi¹³ ve hidrotermal yöntemi¹⁴. Alternatif yöntemlerden bazıları şablonları¹², bazı yüksek bir sıcaklık 500 ° C¹³olarak ve bazı gerektiren bir yüksek basınç¹⁴. Elde edilen yapı gelince Maya şablonu kullanarak şablon sentez yöntemi hakkında bir çekirdek-kabuk yapısı¹⁵, bir tek bir duvar ile yerine getiriyor ve E. coli şablonu kullanan tek bir yapı ile üretir 1.7:0.8, uzunluğu çap oranı ve küresel değil. ¹⁶.

Bu çalışmada, metal oksit microcapsules tek bir duvar ile ve ortam bir koşul altında küresel şeklinin bakteri metabolizması sömürerek yaptık. Bakteriyel Glikoliz, glikoz ve laktoz, gibi karbon kaynakları metabolize kimyasal bir işlem içinde karbon kaynakları orada üretilen azaltılması güç kaynağı olarak kabul edilir. Biz bakteri metabolizması istenen biter ulaşmak için karbon kaynakları konsantrasyonu ayarlayarak manipüle. Bu yöntem, Çevre Dostu, non-toksik ajanlar kullanarak ve çok daha az elektrik güç tüketen olur. Son olarak, bu yöntem yalnızca suyu hacmi artırarak microcapsules seri üretim sağlar.

Yöntemi önce mineraller yapmak için bakteri metabolizması kullanan başka bir iki yöntem olmuştur: biyolojik olarak indüklenen Qafqaz (BIM)¹⁷ ve biyolojik olarak kontrollü Qafqaz (BCM)¹⁸. BIM de BCM sodyum tungstate ve fluorid tungstate microcapsules bakteriyel mineral boşaltım (BME)¹⁹belirlenmiş bizim işlem gibi yapmak kullanılabilir. Bu deneyde, microcapsules şeklinde bir uzunluğu çap oranı 10:1-1:1 için kontrol edilebilir ve nanoparçacık boyutunu oluşturan kabukları 15 arasında değişen ayarlanabilir tahıllar nm 110 nm.

Protokol

Dikkat: lateks eldiven, koruyucu gözlük ve bir laboratuvar kat deneme gerçekleştirmek için kullanın. Biyogüvenlik kabini kullanarak dolap fan açmak ve kabine kapı yarı kapalı tutmak.

1. cam boncuk hazırlanması

1. 100 mL laboratuvar şişede 3 mm çapında 100 cam boncuk yerleştirin ve sonra sıkıca kap.
2. Otoklav 10 dk 120 ° C'de içeriği.
3. Oda sıcaklığına kadar soğumasını sonra Biyogüvenlik içinde yer için şişe kabine bırakın.

2. Lysogeny suyu (LB) hazırlanması

1. 400 mL su ile LB-Lennox suyu 500 mL laboratuvar şişe 8 g toz geçiyoruz.
2. İçeriği 20 min için bir PTFE manyetik karıştırma çubuğu ile karıştırın ve sonra sıkıca kap.
3. Otoklav 10 dk 120 ° C'de içeriği.
4. Oda sıcaklığına kadar serin aşağı ve Biyogüvenlik içinde yerleştirmek için çözüm kabine bırakın.
5. Bir pipet, aliquot suyu sekiz 15 mL santrifüj tüpleri Biyogüvenlik Kabini (12,5 mL her) kullanarak.
6. Aliquot kalan suyu (100 mL her) üç 100 mL laboratuvar şişelerde Biyogüvenlik kabini içine. Üç şişe sıkı kap. Biyogüvenlik kabini kalsınlar.

3. Kültür Shewanella alg

1. Dondurulmuş cryopreserved zorlanma kullanın.
2. Biyogüvenlik kabini, paslanmaz çelik spatula ile 1 mL donmuş tüp donmuş malzeme seçmek ve 3.5 adımda hazırlanan bir santrifüj tüpü yerleştirin.
3. Kültürler 24 h 37 ° C kuluçka için kuluçkaya.

4. LB-Lennox (suyu ile Agar) Petri yemekler hazırlanması

1. LB-Lennox (suyu ile agar) 100 mL su ile iki tablet 100 mL laboratuvar şişe içine geçiyoruz.
2. İçeriği 20 min için bir PTFE manyetik karıştırma çubuğu ile karıştırın ve sonra sıkıca kap.
3. Otoklav 10 dk 120 ° C'de içeriği.
4. Biyogüvenlik kabini, aliquot içine 4 Petri yemekler her sağlanması, 100 mL çözeltisi elle almak ~ 25 mL. Çözüm oda sıcaklığında soğumaya bırakın.

5. monoklonal bakteri hazırlanması

1. Biyogüvenlik kabini, adım 2.6, #1, #2 ve #3, anılan sıraya göre hazırlanan üç şişe etiket.
2. 0.1 mL şişe #1 içine adım 3.3 sonuç bakteriyel süspansiyon pipet. Şişeyi kap ve el ile homojen bir çözüm elde etmek 1 dk salıncak.
3. 0.1 mL şişe #2 içine adım 5.2 sonuç bakteriyel sıvı pipet. Şişeyi kap ve el ile homojen bir çözüm elde etmek 1 dk salıncak.
4. 0.1 mL şişe #3 içine adım 5.3 sonuç bakteriyel sıvı pipet. Şişeyi kap ve homojen bir çözüm elde etmek 1 dakika el salla.
5. Sıvı hacmi 0,02 mL kullanarak adımda 4.4, hazırlanan şişe #3 içine 4 Petri yemekler pipette.
6. Adım 1.3 içine 4 Petri yemekler 4 boncuk her yemeğin içinde kullanılan, hazırlanan cam boncuk koymak.
7. Petri yemekler kapaklarını kapatın ve bunları el ile 1 dakika çalkalanır.
8. Petri yemekler ters çevirin ve 37 ° C kuluçka 24 h için kuluçkaya.

6. çarpma monoklonal bakteri

1. 2.5. adımda hazırlanan 7 tüpler getir.
2. Paslanmaz çelik spatula ile 5.8 adımda hazırlanan 4 Petri yemekler sonuç monoklonal bakterilerden ortaya çıkarmak ve onları ayrı ayrı 7 tüpler içine koymak.
3. 7 tüpler 37 ° C kuluçka 24 h için bırakın.
4. Görsel kolorimetrik yöntemi kullanarak en büyük ışık saçılma olan ortaya çıkarmak.

7. LB-Lennox suyu glikoz ve tuz hazırlanması

1. LB-Lennox suyu 10 g, 10 gr NaCl ve 10 g glikoz 500 mL laboratuvar şişe içine yerleştirin. Birimin 450 mL ulaşıncaya kadar su ekleyin.
2. İçeriği 20 min için bir PTFE manyetik karıştırma çubuğu ile karıştırın.
3. Otoklav 10 dk 120 ° C'de içeriği.

8. sodyum Tungstate hazırlanması

1. Paslanmaz çelik spatula ile 16,5 g sodyum Tungstate Na₂WO₄.2H₂O 100 mL laboratuvar şişe içine koymak. Birim 50 mL ulaşıncaya kadar su ekleyin.
2. İçeriği 20 min için bir PTFE manyetik karıştırma çubuğu ile karıştırın.
3. Otoklav 10 dk 120 ° C'de içeriği.
4. Biyogüvenlik kabini, filtrate 1 µm gözenekleri olan bir vakum fiberglas filtre yoluyla almak.

9. LB glikoz, tuz ve sodyum Tungstate ile hazırlanması

1. Biyogüvenlik kabini, adım 8.4 el ile glikoz ve tuz 7,3 adımda hazırlanan çözüm içine kazandı. filtrate dökün.
2. Biyogüvenlik kabinde bir pipet 10 x 50 mL santrifüj tüpleri içine adım 9.1 500 mL sonuç çözümde ile aliquot.

10. bakteri kültürü

1. Biyogüvenlik kabini, 6.4 ve aliquot adım adım 9.2, 0.05 mL alma her tüp ile hazırlanan 10 test tüpleri içine bir pipet ile hazır sıvı getir.
2. 10 tüpler 37 ° C kuluçka 120 h için kuluçkaya.

11. hasat BME minerallerin

1. Her biri 20 KHz 9.2 adımda 10 tüplerde 150 W için 1 h ile ultrasonicate.
2. 2,025 x g 1 h için de tüpler santrifüj kapasitesi.
3. Berrak sıvı bir pipet tüplerini kaldırmak, su ekleyin ve bir kez daha 11,1 ve 11,2 adımları yineleyin.
4. Berrak sıvı bir pipet tüplerini kaldırmak, alkol ekleyin ve sonra onları ile 150 W 1 h için 20 KHz ultrasonicate.
5. 2,025 x g 1 h için de tüpler santrifüj kapasitesi.
6. Bir kez daha 11,4 ve 11,5 adımları yineleyin
7. BME mineraller bir pipet tüplerini berrak sıvı kaldırarak hasat; daha sonra hemen tüpler herhangi bir kurutma işlemi çalıştırmadan kap.

12. sıcaklık Pandoraea sp. ve molibdat ile salınan

1. Kültür Pandoraea sp. adım 2, 3, 4, 5 ve 6 için Shewanella algaeolduğu gibi aynı şekilde. Bu adımının sonucunu bu adım 6.4 karşılık gelir.
2. Sodyum tungstate adım 7.1 16,5 g sodyum molibdat, Na₂MoO₄ · 12 g ile değiştirilir dışında LB suyu glikoz ve tuz adımları 7, 8 ve 9, olduğu gibi aynı şekilde yapmak 2H₂o Bu adımının sonucunu bu adım 9.2 karşılık gelir.
3. Biyogüvenlik kabini, sıvı hazırlanan getirme adım 12,1 ve aliquot adım 12,2, her ile hazırlanan 10 tüpler içine bir pipet ile alıcı 0.05 mL tüp.
4. Banyo, 5 kere 25 ° C ve 37 ° C arasında sıcaklık için 12 saat süren her sıcaklık ile salınan sallayarak bir karşılıklı olarak 120 h adıma 12,3 salınan sıcaklık altında 10 tüplerde kuluçkaya.

Sonuçlar

Şekil 1 hakiki küresel microcapsules gösterir. Her iki iki suşların bakteri, Shewanella yosun ve Pandoraea sp., başlangıçta bir uzunluğu çap oranı 3:1 var. 1:1, yüksek bir konsantrasyon uzunluğu çap oranı elde etmek için (> 100 mM) metal oxyanions gereklidir. Bir düşük konsantrasyon (< 5 mM) oxyanions bir uzunluğu çap oranı 10:1 olarak Şekil 2' de, hangi ikili fizyon bakterilerin engelleme oxyanions akını neden olabilir neden olabilir. Son olarak, bir uzunluğu çap oranı 3:1, şekil 3' te, bu şekilde ulaşmak için oxyanions bir orta yoğunlukta (~ 20 mM) gereklidir. Küresel kabukları, oluşumu ile bir uzunluğu çap oranı 1:1, kendilerini oxyanions alımı oxyanions hücre membran aracılığıyla Difüzyon süre dengelemek için onların yüzey alanı küçültmek bakteriyel sürücüler getirdiği. Üç rakamı birlikte uzunluğu çap oranı için 10:1-1:1 sadece oxyanions konsantrasyonu ayarlayarak şekilde ayarlanmış gösterir.

Şekil 4 ve şekil 5 farklı boyutlarda sodyum molibdat taneleri nanopartikül göster: küçüğü 15 olmak nm ve daha büyük bir 110 nm. Şekil 5, Sigara paramparça kabukları, 110 nm can parçacıkları üzerinde hala unutmayın, gözenekli kabukları şekillendirme zincirleme. Büyük bir kodlamayla suyu 5 kere 25 ° C ve 37 ° C arasında sıcaklık için 12 saat süren her sıcaklık ile salınan yoluyla elde edilen. Sıcaklık salınım sırasında farklı boyutlarda taneleri değil sadece üretilebilir ama aynı zamanda biz-ebilmek yapmak microcapsules 15 farklı gren boyutlarına sahip anlamına gelir mikro-küresel yapısını korumak nm 110 nm sadece suyu sıcaklık kontrol ederek, .

Şekil 6 kırık duvar duvara açılış yanında kalan büyük tahıl ile gösterir. Duvar kalınlığı yaklaşık 22 yaşında nm ve daha büyük tahıl olduğunu 40-60 nm. Boyut farkı değil henüz tanımlanan farklı metabolik süreçlerden, neden olabilir.

Şekil 1: içi boş küresel kabukları SEM görüntü ile bir uzunluğu çap oranı 1:1. Bu yapı ile glikoz karbon kaynağı olarak Shewanella algler tarafından atılır sodyum tungstate yapılmıştır. Katı devlet Bilimleri ve teknoloji, 6(3), N3113 (2017) üzerinden ECS J. izni ile yayımlanmaktadır. Telif hakkı 2017, elektrokimyasal toplum. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 2: SEM imajıyla içi boş uzun filaman kabukları bir uzunluğu çap oranı 10:1. Bu yapı ile glikoz karbon kaynağı olarak Pandoraea sp. tarafından atılır sodyum molibdat yapılmıştır. Katı devlet Bilimleri ve teknoloji, 6(3), N3113 (2017) üzerinden ECS J. izni ile yayımlanmaktadır. Telif hakkı 2017, elektrokimyasal toplum. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 3: SEM imajıyla kırık içi boş çubuk şeklinde kabukları bir uzunluğu çap oranı 3:1. Bu yapı ile glikoz karbon kaynağı olarak Shewanella algler tarafından atılır sodyum tungstate yapılmıştır. Katı devlet Bilimleri ve teknoloji, 6(3), N3113 (2017) üzerinden ECS J. izni ile yayımlanmaktadır. Telif hakkı 2017, elektrokimyasal toplum. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 4: SEM imajıyla paramparça sodyum molibdat kabukları bir tane parçacık boyutu 15 nm. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 5: SEM imajıyla parçalanmış ve sigara paramparça sodyum molibdat kabukları bir tane parçacık boyutu 110 nm. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 6: SEM imajıyla kırık içi boş kabukları bir uzunluğu çap oranı 1:1. Bu yapı ile glikoz karbon kaynağı olarak Shewanella algler tarafından atılır sodyum tungstate yapılmıştır. Granül boyutu hakkında 40-60 nm asmak kabuk hemen sonraki büyük bir boşluğa, kabuk kendisi granül boyutu yaklaşık 22 ile yapılır iken nm. Katı devlet Bilimleri ve teknoloji, 6(3), N3113 (2017) üzerinden ECS J. izni ile yayımlanmaktadır. Telif hakkı 2017, elektrokimyasal toplum. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Tartışmalar

Öz-tutarlılık ile ilgili deneysel sonuçlar, hazırlık ve monoklonal bakteri çoğalması önemlidir. Bu deney, şablon sentez deneyler^15,16, farklı biyoaktif Ayagin Gram-negatif bakteri istihdam. Bir tek cidar elde etmek için biz prokaryotik bakteri maya¹⁵gibi ökaryotik bakteri yerine seçti. Küresel bir şekil 1:1, daha büyük bir uzunluk çap oranı¹⁶yerine bir uzunluğu çap oranı elde etmek için biz bakteri oxyanions bir çok daha yüksek konsantrasyon ile onları küresel şekle, daraltmak için doğru microcapsules yapmak beslenen bir tek, yuvarlak ve ince duvar ile (< 30 nm).

BME çoğunlukla bakteri metabolizması denetlemek için oxyanions konsantrasyonu ayarlama dayanıyor beri iki sınırlamalar bulunmaktadır. İlk olarak, oxyanions konsantrasyonu konsantrasyonu mümkün olduğu kadar yüksek olmalıdır rağmen çözünürlük ile sınırlıdır. İkinci, en bakteriyel metabolizmaya üzerinde 45 ° C sıcaklıkta duracak ya da altında 5 ° C, sırasıyla üst ve alt sınırlar deneyimiz sonucunda.

Bu iki sınırlamaları rağmen BME metal oksit malzeme pratik ilgi yapımı için büyük potansiyele sahiptir. Bu iddiayı kanıtlamak için zirkonyum microcapsules ve demir microcapsules yapmak için bu yöntemi denemek için gidiyoruz — eski yapay kemikler için malzeme ve ikincisi ilaç dağıtım için iyi bir aday olmak.

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
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