专利名称：一种银纳米材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种银纳米材料的制备方法，尤其涉及一种用微生物还原法制备银纳米材料 的方法。
背景技术：
银纳米材料因其具有特殊的光学、电学性质及良好的催化活性和生亲和能力，在非线性 光学器件和微电子器件的研制、催化、分析科学以及医药能源等方面具有重要用途。银纳米 材料的制备方法一直以物理和化学方法为主，尽管国内外对这两种方法的研究较为充分，工 艺技术也较为成熟，但他们存在生产成本较高和易环境污染等缺点。近年来，有报道采用微 生物细胞提取物或菌体细胞合成银纳米材料，利用微生物提取物或细胞将Ag+还原成单质银， 制得的银纳米材料粒径较小、分布均匀，产率较高，它克服了传统物理和化学方法的缺点， 具有简单、环境友好、原材料来源丰富等优点，能实现经济的循环和可持续发展。
可以用于合成银纳米材料的细胞提取物或菌体细胞有镰刀霉菌i^加n'wm ox";wn^
(Journal ofNanobiotechnology， 2005,3,1 )、烟曲霉力，rg飾51 /謡/gwto (Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2006,47,160)、肠道菌五w"ra6a"e〃'a (Process Biochemistry，2007,42，919)、肺炎 克雷伯氏菌《/efefe//flr ; "e"附om't (Materials Research Bulletin, 2009,44,1415)、半裸镰刀菌 尸twa/7'w加sg/wz'tec加附(Materials Research Bulletin，2007,43,1164)、轮枝抱菌s/ .
(Nano Letter, 2001,1,515)、地衣芽孢杆菌5ad肠歸ew一她(Colloids and Surfaces B: Biointerfaces,2008,65，150)、黄曲霉^s; erg/〃i^y7avRS (Materials Letters, 2007,61,1413)、蓝细 菌(Langmuir，2007，23, 2694)。但目前已报道的微生物法合成银纳米材料只能在黑暗或只能在 光照条件下合成。
光合细菌(PhotosyntheticBacteria, PSB)是具有原始光能合成体系的原核生物的总称， 属于益生菌，且在黑暗或光照条件下均能合成银纳米材料，极大的弥补了现有技术的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用细菌制备银纳米材料的方法。
本发明所采用的技术方案包括如下步骤 (l)制备培养基，培养基的主要成分及配比范围为乙酸钠1000-2000mg， CaClr2H20 50-100 mg， MgS04.7H20 100-300 mg， EDTA 10-30 mg，酵母膏500-1500 mg， K2HP04 500-1500 mg， (NH4)2S04 1000-2000 mg， KH2P04 400-1000 mg， FeS04.7H20 5-15mg，微量元素溶液1-5 ml,去离子水1000-2000 ml， pH为5-9。
其中微量元素溶液组成为H3B03 200-300mg， Na2Mo04'2H20 50-100mg， CuS042-10 mg， MnS04.4H20 150-250 mg， ZnS04.7H20 20-30 mg，去离子水100-200 ml。
(2) 制备光合细菌菌体将培养基灭菌，接入1/2-1/30份数的细菌菌种，在室温、光照、 厌氧的条件下，培养3-30天，离心分离，然后用去离子水反复冲洗，收集光合细菌菌体；
(3) 制备银纳米材料将细菌0.05 50g与100ml硝酸银溶液混合，硝酸银溶液的浓度 为0.05mM 20M，在15~60 。C光照或黑暗条件下反应3~168 h。
(4) 提纯银纳米材料分离反应物，将所得固体产物洗涤、干燥，即得银纳米材料。 进一步地，本发明所述的细菌为光合细菌。
本发明所述的光合细菌可以是下列光合细菌中的任意一株菌或它们的任意组合红螺菌 属i Aocfo57 /n7/fww， 红假单胞菌属i /wf/o;wewcfowowas，红细菌属i octo6a"er。 本发明所述的光合细菌为细胞提取物，菌体细胞或固定化细胞。 本发明所述的固定方法为包埋法。 本发明所述的光照条件要求光照度为500-4000 lux。 本发明所述的黑暗为光照度为0。 本发明具有如下优点
1. 由于本发明利用的光合细菌，培养原料来源广，价格便宜，生长繁殖快，生产周期短， 易于规模化生产，并便于自动化控制。
2. 由于本发明中的光合细菌能将合成的银纳米材料排出体外，便于分离、收集。
3. 本发明中的光合细菌属于益生菌，利用该类细菌生产的纳米材料安全、可靠，特别适 用于医、药上使用，而且制得的产物粒径较小、分布均匀，具有良好的分散性，产率一般可 达90%以上，且纯度高。
4. 由于本发明能高效地合成银纳米材料，整个制备体系容易构建，操作简便，条件容易 控制，成本低廉，在室温下操作，粒径容易控制，适宜大规模工业生产，且整个生产过程无 任何污染，符合可持续发展要求。
图1图示说明本发明实施例1的银纳米材料的X衍射分析。 图2图示说明本发明实施例1的银纳米材料的透射电镜分析。 图3图示说明本发明实施例2的银纳米材料的X衍射分析。 图4图示说明本发明实施例2的银纳米材料的透射电镜分析。
具体实施例方式
实施例h
按下列组份配置培养基乙酸钠1500mg， CaCl2'2H20 80 mg， MgS04'7 H20 150 mg,EDTA 20 mg，酵母膏1200 mg， K2HP04 1000mg， (NH4)2S04 1500 mg， KH2P04 800 mg， FeS(V7H20 10mg，微量元素溶液3ml ，去离子水1500 ml，培养基pH为7。
其中微量元素溶液组成为H3B03 240 mg， Na2Mo04'2H20 70 mg， CuS04 7 mg; MnS04'4H20 200 mg， ZnS04'7H20 24 mg，去离子水165 ml。
在经灭菌的培养基中接入1/20份数的球形红细菌(i^wfo6"c/er ;yp/^erazW^)，在光照 25001ux、室温、厌氧条件下，培养7天，将培养好的光合细菌离心分离，用去离子水反复冲 洗，收集湿菌体。
称取球形红细菌湿菌体20g，用100ml去离子水浸泡72h，然后离心分离，用去离子水 反复冲洗，收集细胞提取物。将收集好的提取物与浓度为2 mM的硝酸银100 ml在250 ml锥 形瓶中混合，在光照度25001ux、 30。C条件下反应12h。反应物经分离，所得固体产物经洗 涤、干燥，即得银纳米材料。
样品的X-射线衍射(XRD)图谱由日本理学电机株式会社RigakuDmax-YA型X射线粉 末衍射仪测定(Cu靶Ka，人-1.54178A)， Ni滤光片，管电压40kV，管电流40mA，扫描范 围10~70°，扫描速度为0.02°/s。透射电子显微镜照片由JEOL-100CX型透射电镜(TEM， 100 kV)获得。样品的制备是将样品的粉末用无水乙醇超声分散后，取一滴溶液滴于镀有碳膜的 铜网上，待酒精挥发直接用于观察。
x射线分析结果为立方结构，如图1所示。透射电镜结果如图2所示，颗粒尺寸分布均 匀，平均粒径为8nm。产率92%。
实施例2
采用实施例1中的球形红细菌(及/wcfo6ac妙w;werazVfe)湿菌体提取物，与浓度为2 mM 的硝酸银100ml在250ml锥形瓶中混合，在黑暗(锥形瓶用黑塑料膜包裹)、35 。C、 150 rpm 的水浴摇床上反应18 h。其它条件和步骤与实施例l相同，x射线分析结果为立方结构，如 图3所示。透射电镜结果如图4所示，颗粒尺寸分布均匀，平均粒径为15nm，产率90%。
实施例3
采用实施例1中的球形红细菌(及/w^toc妙w/^rozVfey)湿菌体，称取15g球形红细菌 湿菌体，与浓度为3 mM的硝酸银100 ml在250 ml锥形瓶中混合，在光照度3000 hix、 35 。C 条件下反应48h。其它条件和步骤与实施例1相同，得到的产物银纳米材料平均粒径25nm， 产率93 %。
实施例4
采用实施例1中的球形红细菌(朋ocfo&c欣^teerazVfe)湿菌体，称取15g光合细菌湿菌 体(包埋量30%)与冷却至35。C的PVA (质量浓度10%)溶液混匀，用注射器将此混合物滴入pH 6.5的饱和硼酸溶液中，形成3mm左右的小球。将形成的小球放置于4°C冰箱中固 化18h，然后在培养基中活化6h，制得固定化细胞。将固定化细胞加入含浓度为5mM硝酸 银100 ml的250ml锥形瓶中，在黑暗(锥形瓶用黑塑料膜包裹)、30°C、 150rpm的水浴摇 床上反应24h。其它条件和步骤与实施例1相同，得到的产物银纳米材料平均粒径5 nm，产 率95 %。
实施例5
采用沼泽红假单胞菌(i /zotfop5e^fomo"as/7a/MWnJ)，称取沼泽红假单胞菌湿菌体15 g， 用100ml去离子水浸泡72h，然后离心分离，用去离子水反复冲洗，收集细胞提取物。将收 集好的提取物与浓度为8 mM的硝酸银100 ml在250 ml锥形瓶中混合，在光照度3500 lux、 40 。C条件下反应120 h。其它条件和步骤与实施例1相同，得到的产物银纳米材料平均粒径 18跳产率90%。
实施例6
称取沼泽红假单胞菌(及/7oJopsetw/off70"(zy pa/wMs )与球形红细菌(/ /70c/o6acfer W^eraWes)湿菌体共20g (按1:1混合)，按照实施例4制备固定化细胞。将固定化细胞加 入含浓度为10 mM硝酸银100 ml的250 ml锥形瓶中，在光照度1500 Iux、 25 。C条件下反应 72 h。其它条件和步骤与实施例1相同，得到的产物银纳米材料平均粒径20nm，产率94%。
实施例7
采用绿色红假单胞菌CR^^o戸ewdwmwas vir/afo)，称取绿色红假单胞菌湿菌体25 g，用 100 ml去离子水浸泡96 h，然后离心分离，用去离子水反复冲洗，收集细胞提取物。将收集 好的提取物与浓度为20 mM的硝酸银100 ml在250 ml锥形瓶中混合，在光照度3500 lux、 35 。C条件下反应96 h。其它条件和步骤与实施例1相同，得到的产物银纳米材料平均粒径 28跳产率91 %。
实施例8
称取绿色红假单胞菌(朋octo/wewcfo,"as由'cfo)、球形红细菌(i Ao(stoZj"cfers/7/zaeraz'tfey) 和绿硫红假单胞菌(/^"0;^^07 0"^做//0^>7'^5:)共24 g (按1:2:1混合)，按照实施例4制备 固定化细胞。将固定化细胞加入含浓度为15mM础酸银100ml的250ml锥形瓶中，在光照 度25001ux、 30。C条件下反应24h。其它条件和步骤与实施例1相同，得到的产物银纳米材 料平均粒径24nm，产率96 %。
实施例9
称取、深纟工红虫累菌(i Aocto5p/n7/w附n/6n/w)与海洋纟工假单胞菌(i^O(5tojwgwcfow20"a^y共30g (按3:2混合)，用100ml去离子水浸泡120h，然后离心分离，用去离子水反复冲洗， 收集细胞提取物。将提取物与浓度为20 mM的硝酸银100 ml在250 ml锥形瓶中混合，在黑 暗(锥形瓶用黑塑料膜包裹)、35°C、 150rpm的水浴摇床上反应72h。其它条件和步骤与实 施例1相同，x射线分析结果为立方结构，如图3所示。透射电镜结果如图4所示，颗粒尺 寸分布均匀，平均粒径为32nm，产率90%。
权利要求
1、一种银纳米材料的制备方法，其特征是包括如下步骤(1)制备培养基，培养基的主要成分及配比范围为乙酸钠1000-2000mg，CaCl2·2H2050-100mg，MgSO4·7H2O 100-300mg，EDTA 10-30mg，酵母膏500-1500mg，K2HPO4 500-1500mg，(NH4)2SO4 1000-2000mg，KH2PO4 400-1000mg，FeSO4·7H2O 5-15mg，微量元素溶液1-5ml，去离子水1000-2000ml，pH为5-9。其中微量元素溶液组成为H3BO3 200-300mg，Na2MoO4·2H2O 50-100mg，CuSO42-10mg，MnSO4·4H2O 150-250mg，ZnSO4·7H2O 20-30mg，去离子水100-200ml。(2)制备菌体将培养基灭菌，接入1/2-1/30份数的细菌菌种，在室温、光照、厌氧的条件下，培养3-30天，离心分离，然后用去离子水反复冲洗，收集细菌菌体；(3)制备银纳米材料将细菌0.05～50g与100ml硝酸银溶液混合，硝酸银溶液的浓度为0.05mM～20M，在15～60℃光照或黑暗条件下反应3～168h。(4)提纯银纳米材料分离反应物，将所得固体产物洗涤、干燥，即得银纳米材料。
2、 根据权利要求1所述一种银纳米材料的制备方法，其特征是所述的细菌为光合细菌。
3、 根据权利要求2所述一种银纳米材料的制备方法，其特征是所述的光合细菌可以是下 列光合细菌中的任意一株菌或它们的任意组合红螺菌属/^o6fow/n7//wm，红假单胞菌属 i /wtfo戸ew6/o附ow(XS， 红细菌属i o<ioZ>a"er。
4、 根据权利要求2所述一种银纳米材料的制备方法，其特征是所述的光合细菌为细胞提 取物，菌体细胞或固定化细胞。
5、 根据权利要求4所述一种银纳米材料的制备方法，其特征是所述固定方法为包埋法。
6、 根据权利要求1所述一种银纳米材料的制备方法，其特征是所述的光照条件要求光照 度为500~4000 lux。
7、 根据权利要求1所述一种银纳米材料的制备方法，其特征是所述的黑暗条件为光照度 为0。
全文摘要
本发明公开了一种银纳米材料的制备方法，具体提供了一种在光照或黑暗条件下利用微生物细胞提取物、微生物细胞或固定化细胞将Ag+还原成银纳米材料的新方法，包括如下步骤将培养的光合细菌与硝酸银溶液混合，在一定温度，光照或黑暗条件下反应，然后经分离，洗涤、干燥，即得银纳米材料。本发明所述光合细菌在黑暗或光照条件下均能合成银纳米材料，且利用该类细菌生产的纳米材料安全、可靠，价格便宜，生长繁殖快，生产周期短，易于规模化生产，便于自动化控制。
文档编号B22F9/24GK101602109SQ200910074788
公开日2009年12月16日 申请日期2009年6月15日 优先权日2009年6月15日
发明者张肇铭, 杨斌盛, 柴春镜, 梁小红, 白红娟, 禹 郭 申请人:中北大学