专利名称：用于从液体脱除含氧阴离子和金属阳离子的材料和方法
用于从液体脱除含氧阴离子和金属阳离子的材料和方法
技术领域：
本发明涉及用于从液体中脱除含氧阴离子(oxo-anions)和金属 阳离子的材料。本发明还涉及用于从液体中脱除含氧阴离子和金属阳 离子中至少一种的方法。
从液体中脱除含氧阴离子和金属阳离子是现有技术中已知的。例 如，已经有数种过滤系统，它们特别是利用活性氧化铝、粒状氢氧化 铁、二氧化锰涂覆的砂或者铁涂覆的砂、聚乙烯加强的超滤以及纳米 微粒过渡金属氧化物。这些系统不是在低污染物浓度下效率低，就是 加入了新的污染物、微生物等。实际上，这些已知系统从液体中脱除 规定的杂质需要很多个小时。此外，这些已知系统能从液体中脱除金 属阳离子或者脱除含氧阴离子。
因此，本领域中需要能借以从液体中脱除含氧阴离子和金属阳离 子的材料。
所以，本发明旨在提供用于从液体中脱除含氧阴离子和金属阳离 子的材料，该材料包含能够脱除这些污染物中至少一种的材料。
此外，本发明旨在提供一种能在比已知材料短得多的时间内实现 液体过滤的材料。
另外，本发明旨在提供这样一种材料，该材料能在非常低的浓度 下脱除污染物，优选所述浓度比采用已知材料的情况下可能的浓度低 得多。
为了实现至少上述目的之一，本发明提供了前文提到的材料，其 特征在于，它包含超嗜热铁蛋白。
本发明的材料能在非常低的基质浓度下过滤污染物。此外，过滤比现有材料快得多，以秒计而不是以分钟至小时计。而且，它能够在
单一步骤中既脱除金属阳离子又脱除含氧阴离子。
实际上，本发明的材料是可再生的、可生物降解的。 根据本发明的另一个方面，提供了一种用于从液体中脱除含氧阴
离子和金属阳离子中至少一类的方法，该方法的特征在于，将包含超
嗜热铁蛋白的材料用作过滤材料。本发明的这种方法提供了前文关于
材料指出的各种优点。
特别优选的是，将方法用于对水进行过滤。根据该方法，可以获
得这样的金属阳离子和含氧阴离子的污染物浓度，这些浓度对应于或
者低于世界卫生组织等建议的饮用水中溶质的当前最高污染物水平
(MCL)。
根据又一个优选实施方案， 一种方法的特征在于，所述含氧阴离 子和金属阳离子选自铁离子、磷酸根、砷酸根、钒酸根、钨酸根和钼 酸根离子中的任何离子。采用本发明的方法可以高效地脱除这些离子。
进一步优选的是，本发明的方法包括使用超嗜热铁蛋白进行二价 铁向三价铁的转化的步骤。然后，使铁离子成为不溶性的，而且事实 上，铁离子将沉淀在所述铁蛋白的蛋白质壳中。
此外，优选的是，所述方法包括进行含氧阴离子在铁蛋白材料的 蛋白质壳中的吸附的步骤。如果在所述蛋白质壳中进行三价铁和含氧 阴离子的共沉淀，那是特別优选的。
根据本发明的又一方面，它涉及超嗜热铁蛋白用于从液体中脱除 金属阳离子和含氧阴离子的用途。特别优选的是，这个用途涉及从水 中脱除金属阳离子和含氧阴离子，以便获得符合世界卫生组织、联合 国以及其它组织的要求的饮用水。
最后，本发明涉及制备超嗜热铁蛋白的方法，该方法包括如下步
(a) 构建含有铁蛋白的结构基因的重组大肠杆菌菌林，
(b) 超量产生重组蛋白质，和
(c) 采用热处理的单步纯化。
4本发明的材料的一个具体优点是，能脱除在低于10ppb的非常低
的浓度下的含氧阴离子。用本发明的材料可获得的浓度远远超出目前 已有技术的能力。
此外，能够被反复灭菌也是本发明的一个重要优点。因为，如果 本发明的材料被微生物等污染了，就可以将它灭菌，从而得到清洁且 安全的过滤材料。
灭菌可以在高压灭菌器中在1201C下进行20分钟。用这种方法不 会导致活性的损失。
本发明的材料是可生物降解的。可以借助肽酶实现生物降解。 按照本发明使用的超嗜热铁蛋白在宽的温度范围内是稳定的。它
特别是能在从ox:至100ic的温度下使用。
与现有技术中已知的、用于从液体中脱除金属阳离子或含氧阴离 子的材料不同，本发明的材料能脱除这两类离子。这在现有技术中是 新颖的。
可以如下所述产生所述超嗜热铁蛋白
构建重组大肠杆菌菌株
通过PCR方法，采用寡核苷酸5'-CCATATGTTGAGCGAAAGAATGC-3'作为正向引物且5'-GTCGACT-TACTCCTCCCTG-3'作为反向引物，扩增 了来自激烈热球菌(Pyrococcus furiosus)细胞的推定铁蛋白基因。 然后，将所述基因克隆入pCR2. l-T0P0穿梭载体(Invitrogen)并且 转化入感受态的大肠杆菌DH5oc细胞用于进一步扩增。然后，从所述 细胞中分离出嵌合载体并进行测序从而验证克隆的忠实性。接着，通 过^i/el和^/1 (Roche)限制酶切消化分离了所述铁蛋白基因并且将 其再次克隆入表达载体pET24a ( + ) (Novagen)。 然后，将所得 的克隆转化至感受态的BL21-CodonPlus ( DE3 ) - RIL细胞 (StraUgene )。重组蛋白质的过量表达
将重组大肠杆菌菌林的单菌落接种入含有50 mg m〃的氯霉素和 20 mg mr的卡那霉素的LB ( Sambrook等，1989 )培养基，并且在 310 K和200 rev.min^下有氧培养过夜。按照1:20的比例使这种预 先培养物(pre-culture)在TB培养基(Sa迈brook等,1989 )中转化 和生长2 h (直至它达到0. 5或更高的0."。。值)并且用1 mM IPTG 诱导。接着，在又生长5 h之后，通过离心法收获细胞。
铁蛋白的纯化
对细胞沉淀进行洗涤并且将其再溶解于20 mM Tris-HCl緩冲剂， pH 8。将DNA酶和RNA酶加到溶液中以便降解所述遗传元件并且添加 0.5 mM PMSF从而防止内部蛋白酶活性对蛋白质的任何降解。然后将 细胞悬浮液加到细胞破碎器(Constant Systems)上4吏细胞破碎。对 无细胞提取物进行热处理(373 K， 30min)并且采用离心法进行澄清。 在Amicon, YM- 100上浓缩所得上清液从而得到蛋白质的最终制品。
本发明不限于前文给出的描述。本发明仅受所附权利要求书的限制。
权利要求
1. 用于从液体中脱除含氧阴离子和金属阳离子的材料，其特征在 于，它包含超嗜热铁蛋白。
2. 用于从液体中脱除含氧阴离子和金属阳离子中至少一类的方 法，其特征在于，将包含超嗜热铁蛋白的材料用作过滤材料。
3. 权利要求2的方法，其特征在于，所述液体是水。
4. 权利要求2的方法，其特征在于，所述含氧阴离子和金属阳离 子选自铁离子、磷酸根、砷酸根、钒酸根、钨酸根和钼酸根离子中的 任何离子。
5. 权利要求2的方法，其特征在于，所述方法包括进行用超嗜热 铁蛋白使二价铁向三价铁转化的步骤。
6. 权利要求2的方法，其特征在于，所述方法包括进行含氧阴离 子在铁蛋白材料的蛋白壳中的吸附的步骤。
7. 超嗜热铁蛋白用于从液体中脱除金属阳离子和含氧阴离子的用途。
8. 权利要求7的用途，用于从水中脱除金属阳离子和含氧阴离子。
9. 制备超嗜热铁蛋白的方法，该方法包括如下步骤(a) 构建含有铁蛋白基因的结构元件的重组大肠杆菌菌林，(b) 超量产生重组蛋白质，和(c) 采用热处理的单步纯化。
全文摘要
本发明涉及用于从液体中脱除含氧阴离子和金属阳离子的材料。该材料的其特征在于，它包含超嗜热铁蛋白。本发明还涉及用于从液体中脱除含氧阴离子和金属阳离子中至少一类的方法。该方法的特征在于，将包含超嗜热铁蛋白的材料用作过滤材料。特别优选的是，所述液体由水组成。本发明还涉及超嗜热铁蛋白用于从液体中脱除金属阳离子和含氧阴离子的用途。
文档编号C02F1/62GK101312913SQ200680039786
公开日2008年11月26日 申请日期2006年9月12日 优先权日2005年9月16日
发明者M·C·M·范鲁斯德雷奇特, M·N·汉森, W·R·哈格恩 申请人:代尔夫特工业大学