生物纳米金属催化性能的电分析化学评定方法
【专利摘要】本发明属于材料学及生物电化学领域，涉及生物纳米金属催化性能的电分析化学评定方法。纳米金属（Au、Pd）的合成方法为：希瓦氏菌和硫酸盐还原菌在厌氧条件下，以乳酸盐为电子供体，与HAuCl4或(NH4)2PdCl4（Au、Pd浓度分别为0.05,0.07mM）共培养一段时间。上述菌液离心去上清，用无菌水洗涤后，将所得的菌体沉淀取5μL滴加到玻碳电极表面，自然晾干后，即制备好工作电极。采用Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为对电极的三电极体系进行循环伏安扫描和计时电流测定。以50mM的磷酸盐缓冲液（pH7.00）作电解液。循环伏安的扫描速率为10mV/s。所得到的微生物纳米金、钯具有良好的催化性能，能够很好地催化乳酸盐的氧化及氧气的还原。
【专利说明】生物纳米金属催化性能的电分析化学评定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及两株具有电化学活性的菌，包括一株希瓦氏菌和一株硫酸盐还原菌， 两菌株可经呼吸作用合成纳米金属（Au、Pd)，且合成纳米金属后依然具有电化学活性。此 夕卜，本发明还涉及到利用电分析化学方法(循环伏安法、计时电流法）评定所合成的生物纳 米金属的催化性能，属于材料学及生物电化学领域。
【背景技术】
[0002] 利用微生物合成纳米金属，是一种快速、温和、环境友好的方法。希瓦氏菌和硫酸 盐还原菌可通过自身的呼吸作用，将环境中可溶性金属离子还原为纳米颗粒。由于这一过 程中金属在细胞内的固定化，可以在一定程度上缓解环境中的重金属污染。希瓦氏菌和硫 酸盐还原菌合成的纳米金属嵌在细胞膜上，其粒径小，颗粒分布均匀，有较高的动力学活 性。这种方式形成的纳米金属不仅具有良好的生物相容性，并且由于金、钯本身具有良好的 导电及催化能力，其电化学信号也极易被捕捉到。
[0003] 电分析化学是根据物质在溶液中的电化学性质及其变化来进行分析的方法，以电 导、电位、电流和电量等电化学参数与被测物质含量之间的关系作为计量的基础。本发明 通过分析循环伏安曲线中氧化还原峰电流及峰位置的改变，观察计时电流曲线中的电流响 应，来评定生物纳米金属对物质的催化能力。该方法分析速度快；选择性好灵敏度高；用量 少，适用于进行微量操作；仪器简单，经济并易于自动控制。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种利用电分析化学手段评定生物纳米金属催化性能的方 法。
[0005] 本发明中合成纳米金属的具体步骤如下。
[0006] 1 :将培养好的菌液离心（6000 r/min，5 min)去上清，用无菌蒸馈水洗漆沉淀3次 后，将菌体重悬于含乳酸钠（50 mM)的无菌蒸馏水中。
[0007] 2 :将1取得的菌体重悬液置于血清瓶中，保持其厌氧条件。
[0008] 3 :用注射器将少量高浓度祖11(：14或（NH4)2PdCl4水溶液注入血清瓶中，使Au、Pd最 终浓度分别为0.05,0.07禮。
[0009] 4 :30°C培养lh后即形成纳米金、钯。
[0010] 本发明中电化学活性的测定是采用循环伏安法。具体操作步骤如下。
[0011] 1 :将按上述方法培养的菌液离心（6000 r/min，5 min)去上清，用无菌的蒸馏水洗 涤沉淀3次，得到干净的菌体沉淀。
[0012] 2 :将1取得的菌体沉淀取5 ul滴加到干净的玻碳电极上，自然晾干，菌体即固定 在电极上。
[0013] 3 :采用三电极体系进行电化学实验，2制备好的电极为工作电极，Ag/AgCl电极 为参比电极，钼丝电极为对电极。
[0014] 4 :用50 mM的磷酸盐缓冲液（pH 7. 00)作电解液，扫描速率为10 mV/s。
[0015] 本发明所提供的生物纳米金属催化性能的电分析化学评定方法，操作简单、方便 快捷，合成的微生物纳米金属具有良好的催化乳酸盐氧化及氧气还原的能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1 :厌氧条件下，希瓦氏菌合成纳米金后的循环伏安图。
[0017] 图2 :厌氧条件下，希瓦氏菌合成纳米金后的计时电流图。
[0018] 图3 :硫酸盐还原菌合成的纳米钯修饰在玻碳电极上的循环伏安图。
【具体实施方式】
[0019] 实施例1 :图1中a :希瓦氏菌合成纳米金后的循环伏安图；b :希瓦氏菌合成纳米 金后，加入乳酸钠为基底的循环伏安图。图1显示加入乳酸钠做基底后，希瓦氏菌的氧化电 流有明显增加，这表明合成纳米金后的希瓦氏菌具电化学活性，且对乳酸盐氧化具有一定 的催化作用。
[0020] 实施例2 :由于图1的循环伏安曲线显示希瓦氏菌合成纳米金后对乳酸钠的电流 响应主要表现在0.2 V的氧化峰上，因此将电压稳定在0.2V，进行计时电流的测定。图2显 示，当合成纳米金后的希瓦氏菌电流稳定后，加入乳酸钠为基底，电流迅速升高10 nA。该结 果表明，合成纳米金后的希瓦氏菌对乳酸盐具有良好的电流响应，能很好地催化乳酸盐的 氧化。
[0021] 实施例3 :图3显示了硫酸盐还原菌合成的纳米钯，在a :无氧、b :有氧条件下的循 环伏安图。通入氧气后，循环伏安的还原电流显著增大且出现一个还原峰，经验证新出现的 还原峰来自于氧气。这说明硫酸盐还原菌合成的纳米钯是一种优良的氧气还原催化剂。
【权利要求】
1. 一种利用希瓦氏菌和硫酸盐还原菌合成纳米金、钯的方法，包括：将培养好的菌液 离心去上清，用无菌蒸馏水洗净；在厌氧条件下，洗净的菌株以乳酸盐为电子供体，与金、钯 盐溶液共培养一段时间，即形成纳米金、钯。
2. 利用电分析化学方法评定生物纳米金属的催化性能，包括工作电极的制备和电化学 性质的测定；工作电极制备：将菌体离心、无菌蒸馏水洗净后滴加到电极表面，自然晾干后 即制备成工作电极；电化学性质测定：利用三电极体系，进行循环伏安扫描和计时电流测 定；通过对比循环伏安图加基底前后氧化还原电流的变化和电流-时间曲线的电流响应， 评价微生物纳米金属对所加基底的催化性能。
【文档编号】G01N27/48GK104111277SQ201310136617
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月19日 优先权日:2013年4月19日
【发明者】赵峰, 吴冉冉, 陈立香 申请人:中国科学院城市环境研究所