专利名称：一种利用微生物表面还原制备纳米银颗粒的方法
技术领域：
本发明应用属于纳米材料制备领域，具体涉及一种利用微生物表面还原制备银纳米颗粒的方法。
背景技术：
纯银是一种美丽的银白色的金属，它具有良好的导电性、导热性、延展性、感光性和化学稳定性，纳米银颗粒是指尺寸在f IOOnm之间的银材料，是典型的零维纳米材料。纳米银除了具有纳米材料的基本特性外，还具有很高的表面活性和催化活性，可广泛地应用于催化剂设备、抗菌材料、电子浆料、电池电极材料、低温导热材料等领域。例如，银为活性组分的催化剂可用于二烯烃、炔烃选择性加氢制单烯烃，乙烯选择性氧化制环氧乙烷，芳烃的烷基化，甲烷氨氧化制氢氰酸，甲醇选择性氧化制甲醛等反应，纳米级别的银颗粒将大大提供这种催化剂的性能；银离子具有广谱的杀菌能力，用于抗菌治疗具有无毒、无过敏、无耐药性、无交叉药物干扰等优点，纳米银具有更高的比表面积和表面活性，抗菌能力也远远大于传统的银离子杀菌剂，具有广谱强效抗菌、抗菌效果持久、除臭、防静电、对人体无害等优异特性；纳米银的导热导电特性使得它在电极的制备、生物传感器、热交换机、表面增强拉曼散射等方面也得到了很好的应用。纳米银的制备方法一直以物理法和化学法为主，物理法采用高能消耗的方法，强制材料细化得到纳米材料，化学法通过一定的化学反应将Ag+还原，并通过各种方法限制生成的单质晶粒的生长，使其形成纳米级 颗粒。但传统方法存在着生产成本较高、易污染环境，同时容易在产品中残留一些对人体有害成分的缺点。随着现代生物技术发展的突飞猛进，生物技术被应用于许多工业领域。由于物理法、化学法等传统的纳米银颗粒的制备方法在生产成本、粒径控制、产品纯度等方面存在着不足，生物还原法制备纳米银颗粒则作为一种绿色的制备方法越来越受到人们的重视。生物还原是指生物体在一定条件下，通过氧化还原反应改变溶液中金属离子价态的过程。目前用于生物还原研究的材料主要有微生物、植物和无机结合肽。专利CN102240815A和专利CN101912979A公开了利用植物提取液还原之辈纳米银颗粒的方法及应用，但是利用微生物制备的方法还鲜有报道。本发明选取常见的巨大芽孢杆菌作为生物吸附和还原的材料，使其在一定条件下与Ag+发生反应制备纳米银颗粒，本方法具备操作简单可控、生产成本低、环境友好等优点，所得纳米颗粒球形度好，纯度高，分布均匀。发明内容
本发明的目的是提供一种在相对简单的条件下，利用微生物表面对金属离子的还原特性还原制备纳米银颗粒的方法。该方法克服了传统的物理或化学方法着生产成本较高、易污染环境的缺点，具有产品粒径均匀、球形度好、分散均匀、生产过程安全绿色环保的优势。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案:.一种利用微生物表面还原制备纳米银颗粒的方法
本实验所用的巨大芽孢杆菌菌种为取自中国农业微生物菌种保藏管理中心的模式菌株，保藏编号为ACCC10245，取回形式为冻干物，装在安瓿瓶内。以下操作均在超净工作台(无菌条件)内进行。具体包括以下步骤:
步骤I)将培养好的巨大芽孢杆菌菌液在4000r/min的条件下离心15min，菌泥用去离子水洗涤3次，置于60°C下烘干至恒重，干燥24h)，冷却，并于研钵内研磨成微细粉末；步骤2)称取一定量的AgNO3固体，用适量的去离子水溶解并定容，含Ag+浓度10.0Omol L—1的AgNO3溶液，将溶液置于棕色试剂瓶，避光保存于4°C冰箱内备用，量取一定体积的浓氨水，用适量的去离子水稀释并定容，分别配制成质量体积比10%和1%的氨水，置于棕色试剂瓶，避光保存于4°C冰箱内备用，然后将10%的浓氨水与含Ag+浓度IOOOmol L4AgNO3溶液反应，再加入1%的稀氨水定容,配制银氨溶液备用；
步骤3)取一定量步骤I)制备得到干菌粉加入到锥形瓶中，加入一定体积的去离子水使初始菌体浓度为0.5^2g L'振荡使菌粉分散均匀，再加入一定体积的NaOH溶液，控制0H—浓度0.05、.2 mol L—1，再次振荡，步骤2制备得到的银氨溶液，使反应体系中的初始Ag+的浓度为0.5 4 g L—1，置于 125r min—1振荡培养箱中，在55 65°C的温度下避光反应72h，得到纳米银凝胶颗粒。本发明的技术方案，其突出优点在于所用材料易于得到、外界条件控制简单、生产成本低、生产过程安全环保。本发明通过微生物表面还原作用，有效合成球形度好、分布均匀的银纳米微粒，避免了传统方法存在着生产成本较高、易污染环境的缺点。
图1为本发明实施例1的还原产物的X射线衍射图谱。图2为巨大芽孢杆菌和银氨溶液反应后的TEM形貌照片。图3为相同反应条件下巨大芽孢杆菌和银氨溶液反应后经离心得到的银溶胶的TEM照片。图4为用DigitalMicrograpH软件对银溶胶的TEM照片进行粒径分析的统计结果。
具体实施方式
:
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。实施例1:
(I)将培养好的菌液在4000r/min的条件下离心15min，菌泥用去离子水洗涤3次，置于60°C下烘干至恒重(干燥时间为24h)，冷却，并于研钵内研磨成微细粉末。
(2)量取一定体积的浓氨水，用适量的去离子水稀释并定容，分别配制成质量体积比10%和1%的氨水，置于棕色试剂瓶，避光保存于4°C冰箱内备用。(4)准确称取一定量的AgNO3固体，用适量的去离子水溶解并定容，配制成含有Ag+浓度10.0Omol L—1的AgNO3溶液，将溶液置于棕色试剂瓶，避光保存于4°C冰箱内备用。(5)取一定量干菌粉于50mL的锥形瓶中，加入一定体积的去离子水使初始菌体浓度Ig L—1，振荡使菌粉分散均匀，再加入一定体积的NaOH溶液，控制0H—浓度0.1mol L—1，再次振荡，最后加硝酸银溶液，控制反应体系的总体积为25mL，使反应体系中的初始银的浓度为Ig L—1，置于125r rniiT1振荡培养箱中，在60°C的温度下避光反应72h，得到纳米银凝胶颗粒，并每Ih取样分析一次，24h后的还原产物的XRD图谱如图1所示。分析结果表明:还原产物的衍射峰与PDF2004卡片中的04-0873相匹配，还原产物为面心立方结构的银单质，图谱中的5个衍射峰分别对应了(111)、(200)、(220)、(311)、(222)晶面的衍射峰。由图2可看出，菌体的细胞壁、细胞膜和细胞器均受到了严重的破坏，且细胞内部、细胞表面及周围溶液中均存在着大量的纳米银颗粒，说明在碱性条件下，几乎微生物的所有成分均能参加还原反应。通过巨大芽孢杆菌和银氨溶液反应后经离心得到的银溶胶的TEM照片可以看出银颗粒的粒径分布较为均为，且银颗粒多为球状或椭球状。统计结果表明银颗粒的粒径分布在8 21nm范围内，平均粒径为14.5nm。实施例2:
)将培养好的菌液在4000r/min的条件下离心15min，菌泥用去离子水洗涤3次，置于60°C下烘干至恒重(干燥时间为24h)，冷却，并于研钵内研磨成微细粉末。
(2)量取一定体积的浓氨水，用适量的去离子水稀释并定容，分别配制成质量体积比10%和1%的氨水，置于棕色试剂瓶，避光保存于4°C冰箱内备用。(4)准确称取一定量的银氨溶液固体，用适量的去离子水溶解并定容，配制成含有Ag+浓度10.0Omol L—1的AgNO3溶液，将溶液置于棕色试剂瓶，避光保存于4°C冰箱内备用。(5)取一定量干菌粉于50mL的锥形瓶中，加入一定体积的去离子水使初始菌体浓度0.5g吨―1，振荡使菌粉分散均匀，再加入一定体积的NaOH溶液，控制0H_浓度0.2mol -r1,再次振荡，最后加银氨溶液，控制反应体系的总体积为25mL，使反应体系中的初始银的浓度为0.5g L_\置于125r mirT1振荡培养箱中，在60°C的温度下避光反应72h，得到纳米银凝胶颗粒:。实施例3:
将培养好的菌液在4000r/min的条件下离心15min，菌泥用去离子水洗涤3次，置于60°C下烘干至恒重(干燥时间为24h)，冷却，并于研钵内研磨成微细粉末。(2)量取一定体积的浓氨水，用适量的去离子水稀释并定容，分别配制成质量体积比10%和1%的氨水，置于棕色试剂瓶，避光保存于4°C冰箱内备用。(4)准确称取一定量的AgNO3固体，用适量的去离子水溶解并定容，配制成含有Ag+浓度10.0Omol L—1的AgNO3溶液，将溶液置于棕色试剂瓶，避光保存于4°C冰箱内备用。(5)取一定量干菌粉于50mL的锥形瓶中，加入一定体积的去离子水使初始菌体浓度2g吨―1，振荡使菌粉分散均匀，再加入一定体积的NaOH溶液，控制0H_浓度0.05mol -r1,再次振荡，最后加硝酸银溶液，控制反应体系的总体积为25mL，使反应体系中的初始银的浓度为4g L—1，置于125r min-1振荡培养箱中，在55°C的温度下避光反应72h，得到纳米银凝胶 颗粒。
权利要求
1.一种利用微生物表面还原制备纳米银颗粒的方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤I)将培养好的巨大芽孢杆菌菌液在4000r/min的条件下离心15min，菌泥用去离子水洗涤3次，置于60°C下烘干至恒重，干燥24h)，冷却，并于研钵内研磨成微细粉末；步骤2)称取一定量的AgNO3固体，用适量的去离子水溶解并定容，含Ag+浓度10.0Omol L—1的AgNO3溶液，将溶液置于棕色试剂瓶，避光保存于4°C冰箱内备用，量取一定体积的浓氨水，用适量的去离子水稀释并定容，分别配制成质量体积比10%和1%的氨水，置于棕色试剂瓶，避光保存于4°C冰箱内备用，然后将10%的浓氨水与含Ag+浓度10.0Omol L^1AgNO3溶液反应,再加入1%的稀氨水定容，配制银氨溶液备用； 步骤3)取一定量步骤I)制备得到干菌粉加入到锥形瓶中，加入一定体积的去离子水使初始菌体浓度为0.5^2g L'振荡使菌粉分散均匀，再加入一定体积的NaOH溶液，控制0H—浓度0.05、.2 mol L—1，再次振荡，步骤2制备得到的银氨溶液，使反应体系中的初始Ag+的浓度为0.5 4 g L—1，置于125r min—1振荡培养箱中，在55 65°C的温度下避光反应72h，得到 纳米银凝胶颗 粒。
全文摘要
本发明涉及一种利用生物表面还原制备纳米银凝胶颗粒的方法，属于银纳米凝胶生物制备领域。传统的物理与化学方法存在着生产成本较高、粒径难控制、易污染环境，同时容易在产品中残留一些对人体有害成分的缺点。本发明选取常见的巨大芽孢杆菌作为生物吸附和还原的材料，通过培养巨大芽孢杆菌易大量，制备好干菌粉，以10%的浓氨水与已溶解的硝酸银反应，在用1%的稀氨水定容，配制成含一定Ag+浓度的[Ag(NH3)2]+溶液，加入准备好的干菌粉，使其与Ag+发生表面生物反应，制备纳米银凝胶颗粒。该发明中的反应溶液成分简单、配制方便，巨大芽孢杆菌易获得且能大量培养，且干菌粉好制备，是一种安全绿色环保的纳米材料制备方法。
文档编号C12P3/00GK103146758SQ20131005728
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月22日 优先权日2013年2月22日
发明者李宏煦, 郭云驰, 李超, 张祉倩, 杨勰 申请人:北京科技大学