ويعرض هذا العمل وضع بروتوكول لصنع الصوديوم تنغستات والصوديوم موليبدات كبسولات رقيقة جداً عن طريق البكتيريا وعلى جسيمات نانوية المقابلة.
نقدم أسلوب, إفراز المعدنية البكتيرية (BME)، للتوليف بين نوعين من كبسولات رقيقة جداً تنغستات الصوديوم وموليبدات الصوديوم والمقابلة جسيمات نانوية أكاسيد معدنية اثنين – السابق يجري صغيرة ك 22 نانومتر و 15 الأخيرة شمال البحر الأبيض المتوسط. نحن تغذية سلالات اثنين من البكتيريا، و الطحالب شيوانيلا و باندورايا sp.، بتركيزات مختلفة من أيونات تنغستات أو موليبدات. تم تعديل تركيزات تنغستات وموليبدات جعل كبسولات رقيقة جداً نسب مختلفة الطول إلى القطر. وجدنا أن ارتفاع تركيز كانت أصغر جسيمات نانوية. جسيمات نانوية جاء مع ثلاث نسب الطول إلى القطر: 10:1، 3:1 و 1:1، الذي تم تحقيقه عن طريق تغذية البكتيريا على التوالي مع تركيز منخفضة وتركيز متوسط تركيزات عالية. وأخذت صور كبسولات رقيقة جداً جوفاء عبر ميكروسفيري إلكترون المسح (SEM). تم التحقق من هياكلها كريستال من حيود الأشعة السينية (XRD) – هيكل الكريستال موليبدات كبسولات رقيقة جداً نا2مو4 وهو من كبسولات رقيقة جداً تنغستات Na2WO4 مع نا2ث2س7. وقد أنجزت هذه التوليفات جميع تحت شرط المحيط قريب.
جسيمات نانوية أكسيد المعدن استغلالاً ل إيصال المخدرات1، البناء العظام الاصطناعية2، الحفز غير المتجانس3، الانبعاث الحقل4،5، الخلايا الشمسية6، وأجهزة استشعار الغاز7، و بطاريات الليثيوم8. للتطبيقات العملية، القوة الميكانيكية نانوكريستالس والمجهرية على بالغ الأهمية. بين المجهرية، يمكن استخدام هياكل جوفاء شل لإنشاء مواد خفيفة الوزن وقوية ميكانيكيا9. بين هياكل شل جوفاء، وشكل كروي يعرف بأنه أكثر تشدداً مما شكل بيضاوي؛ هذا الأخير بنسبة الطول إلى القطر أكبر من السابق10،11. ويصف هذا العمل وضع بروتوكول لتوليف كروية كبسولات رقيقة جداً عن طريق البكتيريا بطريقة غير سامة تحت شرط المحيطة، الأمر الذي يتناقض مع الأساليب البديلة، بما في ذلك أسلوب قالب التوليف12، أسلوب توليف رذاذ المدعوم بالموجات فوق الصوتية13 واﻷسلوب الحرارية المائية14. بعض الأساليب البديلة تتطلب قوالب12، بعض درجة حرارة عالية 500 درجة مئوية13، وبعض الضغط عالي14. أما بالنسبة لهيكل الناتج، يجمع قالب التوليف أسلوب استخدام قالب الخميرة حول بنية الأساسية-شل15، بدلاً من يوم واحد مع جدار واحد، وواحد استخدام القالب كولاي تنتج بنية مع نسبة الطول إلى القطر من 1.7:0.8، وليست كروية. 16.
في هذا العمل، قمنا بأكسيد معدني كبسولات رقيقة جداً مع جدار واحد وكروية الشكل تحت شرط المحيطة باستغلال الأيض البكتيرية. في البكتيريا تحلل، عملية كيميائية يؤيض مصادر الكربون، مثل الجلوكوز واللاكتوز، تعتبر مصادر الكربون الأصل لتقليل الطاقة المولدة فيه. نحن التلاعب الأيض البكتيرية عن طريق ضبط تركيز مصادر الكربون لتحقيق الغايات المنشودة. هذا الأسلوب الصديق للبيئة، استخدام وكلاء غير سامة، وتستهلك طاقة الكهرباء أقل بكثير. وأخيراً، يسمح هذا الأسلوب الإنتاج الضخم من كبسولات رقيقة جداً ببساطة عن طريق زيادة حجم مرق.
قبل الأسلوب، كانت هناك طريقتين آخر استخدام التمثيل الغذائي الجرثومي لجعل المعادن: بيولوجيا التي يسببها التمعدن (BIM)17 وتمعدن بيولوجيا الخاضعة للرقابة (بليون متر مكعب)18. يم لا بليون متر مكعب يمكن استخدامها لصنع الصوديوم كبسولات تنغستات وموليبدات رقيقة تنغستات جداً مثل عمليتنا، التي اعتبرت بمثابة الإفراز المعدنية البكتيرية (BME)19. في هذه التجربة، يمكن التحكم في شكل كبسولات رقيقة جداً أن يكون نسبة الطول إلى القطر من 10:1 إلى 1:1، وحجم نانوحبيبات الحبوب هذا النموذج يمكن تعديلها القذائف تتراوح بين 15 نانومتر إلى 110 نيوتن متر.
المتمتعة بالحكم الذاتي-اتساق النتائج التجريبية، وفيما يتعلق بإعداد وتكاثر البكتيريا [مونوكلونل] الحاسمة. هذه التجربة، تختلف عن قالب التوليف تجارب15،16، استخدمت البكتيريا سلبية الغرام النشطة بيولوجيا. للحصول على جدار واحد، اخترنا بكتيريا بدائية بدلاً من البكتيريا حقيقية النواة مثل الخميرة15. لتحقيق شكل كروي مع نسبة الطول إلى القطر من 1:1، بدلاً من نسبة الطول إلى القطر أكبر16، نحن تغذية البكتيريا مع تركيز أعلى كثيرا من أوكسيانيونس التلاعب بها يتقلص إلى شكل كروي، صنع كبسولات رقيقة جداً مع جدار واحد، الجولة، ورقيقة (< 30 نانومتر).
نظراً BME أساسا يعتمد على ضبط تركيز أوكسيانيونس للتحكم في التمثيل الغذائي للبكتيريا، يمتاز بقيود اثنين. أولاً، يقتصر تركيز أوكسيانيونس الذوبان، على الرغم من التركيز ينبغي أن يكون على أعلى مستوى ممكن. سوف تتوقف الأيض أكثر البكتيرية، والثانية في درجة حرارة أكثر من 45 درجة مئوية أو تحت 5 درجة مئوية على التوالي العليا وحدود أقل من تجربتنا.
وعلى الرغم من هذه القيود، فهما BME إمكانات كبيرة لصنع مواد أكسيد المعدن من الفائدة العملية. لإثبات هذا الادعاء، نحن بصدد محاولة هذا الأسلوب جعل الزركونيوم كبسولات رقيقة جداً والحديد كبسولات رقيقة جداً – السابق يجري مرشح جيد المواد الاصطناعية العظام، وهذا الأخير لإيصال الأدوية.
The authors have nothing to disclose.
هذا العمل معتمد من قبل وزارة العلوم والتكنولوجيا، وتايوان، جمهورية الصين، منح تحت رقم آخر 105-2221-ه-011-008، وأيضا بواسطة شركة متقدم-كونيكتيك، ROC تايبيه، تايوان، وبموجب العقد رقم RD الرقم رقم 6749 وقسم الرقم رقم 011 من خلال تخرج معهد الهندسة الكهربائية-البصرية، جامعة تايوان الوطنية للعلوم والتكنولوجيا.
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 |