यह काम बैक्टीरिया और उनके इसी नैनोकणों के जरिए सोडियम tungstate और सोडियम molybdate microcapsules के निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है.
हम एक विधि वर्तमान, जीवाणु खनिज उत्सर्जन (BME), synthesizing के लिए दो प्रकार के microcapsules, सोडियम tungstate और सोडियम molybdate, और दो धातु आक्साइड ‘ इसी नैनोकणों-पूर्व के रूप में किया जा रहा है के रूप में छोटे के रूप में 22 एनएम और उत्तरार्द्ध 15 एनएम । हम जीवाणुओं के दो उपभेदों खिलाया, Shewanella शैवाल और Pandoraea sp., tungstate या molybdate आयनों के विभिंन सांद्रता के साथ । tungstate और molybdate की सांद्रता को विभिन्न लंबाई वाले व्यास अनुपात के microcapsules बनाने के लिए समायोजित किया गया. हमने पाया है कि उच्च एकाग्रता छोटे नैनोकणों थे । नैनोकणों तीन लंबाई-व्यास अनुपात के साथ में आया था: 10:1, 3:1 और 1:1 है, जो क्रमशः एक कम एकाग्रता, एक मध्यम एकाग्रता, और एक उच्च एकाग्रता के साथ बैक्टीरिया खिला द्वारा प्राप्त किया गया । खोखले microcapsules की छवियों स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन microsphere (SEM) के माध्यम से लिया गया । उनके क्रिस्टल संरचनाओं एक्स द्वारा सत्यापित किया गया रे विवर्तन (XRD)-molybdate microcapsules के क्रिस्टल संरचना है ना2मू4 और tungstate microcapsules की है ना2हाय4 के साथ ना2डब्ल्यू2ओ7। इन syntheses सभी एक निकट परिवेश हालत के तहत पूरा किया गया ।
धातु ऑक्साइड नैनोकणों दवा वितरण1के लिए शोषण कर रहे हैं, निर्माण कृत्रिम हड्डियों2, विषम catalysis3, क्षेत्र उत्सर्जन4,5, सौर कोशिकाओं6, गैस सेंसर7, और लिथियम बैटरी8। व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए, दोनों nanocrystals और उनके microstructure की यांत्रिक शक्ति महत्वपूर्ण हैं । microstructures के अलावा, खोखले खोल संरचनाओं हल्के, यांत्रिक रूप से मजबूत सामग्री9बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । खोखले खोल संरचनाओं के बीच, एक गोलाकार आकृति को ellipsoidal आकार से अधिक कठोर माना जाता है; बाद के पूर्व10,11से एक बड़ा लंबाई-व्यास अनुपात है । यह काम एक परिवेश के तहत एक गैर विषैले विधि के साथ बैक्टीरिया के माध्यम से synthesizing गोलाकार microcapsules के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन है, जो वैकल्पिक विधियों के साथ विषमता, टेंपलेट संश्लेषण विधि सहित12, अल्ट्रासोनिक-स्प्रे-असिस्टेड संश्लेषण विधि13 और जलतापीय विधि14. वैकल्पिक तरीकों में से कुछ की आवश्यकता होती है12, कुछ एक तापमान के रूप में उच्च के रूप में ५०० डिग्री सेल्सियस13, और कुछ एक उच्च दबाव14। परिणामी संरचना के लिए के रूप में, टेम्पलेट संश्लेषण विधि खमीर टेम्पलेट का उपयोग एक कोर-शैल संरचना15के बारे में लाता है, के बजाय एक दीवार के साथ एक, और ई. कोलाई टेम्पलेट का उपयोग एक संरचना के साथ पैदा करता है लंबाई करने के लिए व्यास का अनुपात 1.7:0.8, और गोलाकार नहीं है । 16.
इस काम में, हम जीवाणु चयापचय का दोहन करके एक परिवेश हालत के तहत एक एकल दीवार और गोलाकार आकार के साथ धातु ऑक्साइड microcapsules बना दिया है । बैक्टीरियल glycogen में, एक रासायनिक प्रक्रिया है कि कार्बन स्रोतों fats, जैसे ग्लूकोज और लैक्टोज, कार्बन स्रोतों में उत्पन्न शक्ति को कम करने का मूल माना जाता है । हम कार्बन स्रोतों की एकाग्रता का समायोजन करने के लिए वांछित समाप्त होता है को प्राप्त करने के जीवाणु चयापचय हेरफेर । इस विधि पर्यावरण के अनुकूल है, गैर विषैले एजेंटों और उपभोक्ता बहुत कम बिजली की खपत का उपयोग कर । अंत में, इस विधि microcapsules के बड़े पैमाने पर उत्पादन की अनुमति देता है बस शोरबा की मात्रा में वृद्धि से ।
विधि से पहले, वहां एक और दो जीवाणु चयापचय का उपयोग करने के लिए खनिज बनाने के तरीकों: जैविक रूप से प्रेरित खनिज (BIM)17 और जैविक रूप से नियंत्रित खनिज (बीसीएम)18गया है । न तो BIM और न ही बीसीएम सोडियम tungstate और molybdate tungstate microcapsules हमारी प्रक्रिया की तरह बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, जो जीवाणु खनिज उत्सर्जन के रूप में निर्दिष्ट है (BME)19। इस प्रयोग में, microcapsules के आकार के लिए एक लंबाई करने के लिए व्यास अनुपात 10:1 से 1:1 के लिए नियंत्रित किया जा सकता है, और nanoparticle अनाज के आकार कि गोले फार्म 15 एनएम से ११० एनएम को लेकर समायोजित किया जा सकता है ।
प्रयोगात्मक परिणामों की आत्म संगति के विषय में, तैयारी और मोनोक्लोनल बैक्टीरिया की बहुलता महत्वपूर्ण हैं । इस प्रयोग, टेंपलेट संश्लेषण प्रयोगों से अलग15,16, कार्यरत है, सक्रिय ग्राम नकारात्मक बैक्टीरिया । एक भी दीवार पाने के लिए हमने prokaryotic बैक्टीरिया के बजाय युकेरियोटिक बैक्टीरिया की तरह15खमीर चुना । लंबाई के साथ एक गोलाकार आकार को प्राप्त करने के लिए 1:1 के व्यास अनुपात, बजाय एक बड़ा लंबाई करने के लिए व्यास अनुपात16, हम oxyanions के एक बहुत उच्च एकाग्रता के साथ बैक्टीरिया तंग आ उंहें हेरफेर करने के लिए एक गोलाकार आकार में हटना, microcapsules बनाने एक एकल, गोल और पतली दीवार के साथ (< 30 एनएम) ।
के बाद से BME मुख्य रूप से oxyanions की एकाग्रता को समायोजित करने के लिए बैक्टीरिया के चयापचय को नियंत्रित करने पर निर्भर करता है, यह दो सीमाओं सुविधाएं । सबसे पहले, oxyanions की एकाग्रता घुलनशीलता द्वारा सीमित है, हालांकि एकाग्रता के रूप में संभव के रूप में उच्च होना चाहिए । दूसरा, सबसे जीवाणु चयापचय ४५ डिग्री सेल्सियस या 5 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर बंद हो जाएगा, क्रमशः हमारे प्रयोग की ऊपरी और निचली सीमा ।
इन दो सीमाओं के बावजूद, BME व्यावहारिक ब्याज की धातु ऑक्साइड सामग्री बनाने के लिए महान क्षमता है । इस दावे को पुष्ट करने के लिए, हम इस विधि को zirconium microcapsules और लौह microcapsules-पूर्व कृत्रिम हड्डियों के लिए एक अच्छा उंमीदवार सामग्री जा रहा है, और दवा वितरण के लिए बाद बनाने की कोशिश जा रहे हैं ।
The authors have nothing to disclose.
यह काम विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय, ताइवान, चीन गणराज्य के द्वारा समर्थित है, अनुदान संख्या सबसे 105-2221-E-011-008 के तहत, और भी उंनत द्वारा-Connectek इंक, ताइपे, ताइवान, अनुबंध संख्या RD रेफरी के तहत ROC. no. ६७४९ और विभाग रेफरी. no. 011 के माध्यम से इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल इंजीनियरिंग, राष्ट्रीय ताइवान विश्वविद्यालय के विज्ञान और प्रौद्योगिकी के स्नातकीय संस्थान ।
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 |