一种利用赖氨酸芽孢杆菌合成硒及硒化铋纳米材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境纳米生物技术领域，涉及一种利用赖氨酸芽孢杆菌合成砸及砸化铋纳米材料的方法。
【背景技术】
[0002]砸属于第六主族元素，是一种生物生存所必需的微量元素，但高浓度的砸具有生物毒性且会造成环境污染。自然界中的砸主要以四种价态(_2，0，+4和+6)存在。其中，亚砸酸盐(Se032—)易溶于水，较其它形式具有更强的生物毒性。研究者发现在自然界中广泛存在的多种微生物可以通过脱毒作用将亚砸酸盐还原，生成毒性较小，水溶剂较差的红色单质砸纳米颗粒。Wang GJ等在文献(BMC Microb1logy.2014.14.204-217)、Lampis S等在文献(Microbial cell factories.2014.13.35-39)及 Oremland RS 等在文献(Exremophiles.2009.13.695-705)中均报道了特定微生物可以将亚砸酸钠还原为单质砸纳米颗粒。但是对于常见的微生物来说，亚砸酸钠属于一种毒性物质，少量的亚砸酸钠可能就会导致微生物生长的完全抑制。
[0003]砸纳米材料具有优良的单向导电性和良好的光电特性，已广泛应用于整流器和光电池的制造，其光电特性也已用于静电复印技术中制作砸鼓。如Abdelouas A等在文献(Chemistry of materials.2000.12.1510-1512)中报道了色素C3用于还原砸酸钠制备砸纳米线。Xia YN 等在文南犬(Journal of the American ChemicalSociety.2000.122.12582-12583)中报道了通过液相陈化法制备三方砸纳米线。但是这些方法需要使用昂贵的还原剂或复杂的前驱体，或者需要很长的反应时间。因此，开发反应条件温和，合成过程绿色友好的新工艺具有重要的应用价值。由于微生物对砸酸盐和亚砸酸盐具有脱毒作用，可以利用微生物作为合成砸纳米材料的“生物工厂”，实现砸纳米材料的绿色制备过程。如Debieux CM等在文献(Proceedings of the Nat1nal Academy ofSciences.2011.108.13480-13485)中报道了在厌氧条件下培养细菌 T.selenatis，T.selenatis可以合成150-200nm大小的砸纳米球，并通过蛋白SefA在胞内组装后转运至胞外。Hur HG等人在文献(Chemosphere.2007.68.1898-1905 )中报道了厌氧条件下Shewanella sp.HN_41可合成砸纳米球，并通过后续添加不同浓度的二甲基亚砜将砸纳米球转化为纳米线。Li DP在文献(Coll1ds and Surface B:B1interfaces.2011.88.196-201)中利用Pseudomonas alcaliphila在好氧情况下合成砸纳米球和砸纳米球/砸纳米棒的混合物。然而，目前利用纯生物过程，不添加任何有机溶剂合成纯相的砸纳米线未见报道。
[0004]砸化铋属于斜方六面体晶系的无机半导体材料，禁带宽度较窄，常温下的热电转化效率高，因此在热栗、制冷、生物传感器等方面具有广泛的用途。Qian YT等在文献(SolidState Communicat1ns.2008.147.36-40)中报道了在油胺和乙二醇的混合溶剂中，用砸粉和硝酸铋为原料合成了空心Bi2Se3纳米球壳结构，单个球体的直径约为600nm，壳层厚度仅为40nm。然而，目前已报道的Bi2Se3的合成方法均为化学法或者物理法，尚未有生物法合成砸化铋的报道。
[0005]检索国内外有关砸化铋合成方面的文献和专利结果表明，在本发明申请之前，还没有发现好氧条件下砸化铋的生物合成方面的报道。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种利用赖氨酸芽孢杆菌Lysinibacillussp.ZYM_l还原亚砸酸盐合成砸纳米材料及砸化祕纳米材料的方法，砸纳米材料及砸化祕纳米材料在光催化，重金属吸附以及热电转化领域具有重要应用价值。
[0007]赖氨酸芽孢杆菌Lysinibacillus sp.ZYM-1是发明人从辽宁省盘锦市辽东湾近海底泥样品中分离得到，保藏于中国微生物菌种保藏委员会普通微生物中心(地址:北京市朝阳区北辰西路I号院3号中国科学院微生物研究所)，保藏日期为2015年10月22日，菌种保藏编号为CGMCC 1.15346，其16s rRNA基因序列的Genbank登陆号为KT263530。
[0008]本发明的技术方案是:
[0009]赖氨酸芽孢杆菌LysinibaciIIus sp.ZYM-1，其特征在于:赖氨酸芽孢杆菌ZYM-1有两种培养方式:
[0010]一种是将-80°c保存的菌株ZYM-1的甘油菌液于4°C下融化，接种于20ml含0.5-25mM(毫摩尔)亚砸酸钠的LB液体培养基中培养;所述LB液体培养基配方为:氯化钠10g/L，蛋白胨10g/L，酵母粉5g/L;LB液体培养基使用前都需进行121°C灭菌处理20min。
[0011]另一种是采用LB固体培养基，将上述培养后的ZYM-1菌液平板涂布培养;所述LB固体培养基是在LB液体培养基中加入质量分数为2 %的琼脂粉。
[0012]一种利用ZYM-1合成砸纳米材料的方法:将ZYM-1接种于20ml含0.5_25mM亚砸酸钠的LB液体培养基中培养8-12小时；培养后的ZYM-1菌液以I % -5 %的接种量转移到新的100ml LB液体培养基中，加入0.5_25mM的亚砸酸钠，25_40°C，pH 5-9，50_300rpm下培养24-48h，将培养后的ZYM-1菌液置于121°C下处理20min，使得胞内的纳米砸从菌体中释放出来，2000-3000rpm离心，分离菌体碎片和包裹生物分子的红色上清液，将红色上清液12000-20000rpm离心，取离心产物，干燥后得到红色砸纳米材料。
[0013]一种利用ZYM-1合成砸化铋纳米材料的方法:将ZYM-1接种于20ml含0.5_25mM亚砸酸钠的LB液体培养基中培养8-12小时;培养后的ZYM-1菌液以I 的接种量转移到新的100ml LB液体培养基中，同时加入0.5_25mM的亚砸酸钠及0.l_5mM的硝酸铋，25_40°C，pH5-9，50-300rpm下培养24-48h，随后2000-3000rpm离心收集产物，去除沉淀得黑色上清液，将黑色上清液再用12000-20000rpm离心获取沉淀物，沉淀物干燥后可得黑色砸化铋纳米材料。透射电镜和原子力显微镜显示砸化铋为三维球型结构，尺寸约为20-40nm之间。
[0014]本发明的有益效果是:本发明将含砸废水中毒性较大的亚砸酸盐在温和的条件合成砸纳米材料及砸化铋纳米材料，方法环境绿色友好，反应在水溶液中进行，无需高温高压等苛刻条件，操作简单，易于扩大培养。制备的纳米材料形貌可控，砸纳米球可以用于重金属的吸附去除，砸化铋纳米材料目前尚未见生物合成的报道。
【附图说明】
[0015]图1是平板涂布培养条件下ZYM-1还原亚砸酸盐合成砸纳米颗粒的数码照片。
[0016]图2是不同亚砸酸钠浓度下砸还原量的变化趋势。
[00Π]图3是不同pH下砸还原量的变化趋势。
[0018]图4是不同亚砸酸钠浓度下合成砸纳米颗粒体系的紫外全波长扫描图。
[0019]图5是不同亚砸酸钠浓度下合成砸纳米颗粒的形貌扫描电镜图；
[0020](a)为ImM亚砸酸钠还原后生成纳米线形的砸纳米材料；
[0021](b)为2.5mM亚砸酸钠还原后生成立方体或球形的砸纳米材料；
[0022](c)为5mM亚砸酸钠还原后生成纳米球形的砸纳米材料；
[0023](d)为25mM亚砸酸钠还原后生成不规则的砸纳米材料。
[0024]图6是ZYM-1合成砸化铋的代表性透射电镜图。
[0025]图7是ZYM-1合成砸化铋的原子力显微镜图谱。
【具体实施方式】
[0026]实施例1:平板涂布培养条件下菌株ZYM-1还原亚砸酸盐合成砸纳米颗粒
[0027]反应体系:将在20ml含0.5-25mM(毫摩尔)亚砸酸钠的LB液体培养基中培养