甲烷氧化菌素介导纳米金合成

【摘要】：纳米金是一种常见的金属纳米材料,具有良好的催化、吸附性质及化学稳定性。纳米金的这些优良性质使得其在生物标记、生物芯片、微型传感器以及化学催化等方面有着重要的应用。与传统的物理和化学合成方法相比,生物合成方法清洁、无毒、无污染,而且反应条件温和可控,产量高,价格低廉,逐渐成为纳米金制备领域的研究热点。甲烷氧化菌素(methanobactin, mb)是甲烷氧化菌分泌的一种可结合铜的小分子荧光肽,还能够结合Ag(Ⅰ), Au(Ⅲ)等金属并将Au(Ⅲ)还原为Au(0)。mb还具有对单质金的稳定能力、催化电子由电子供体向金属离子传递的还原酶活性,可以制备稳定的纳米金。 本论文的研究内容主要包括碳源及其提供方式对甲烷氧化菌生长和mb产量的影响、mb介导纳米金生物催化合成条件研究、mb介导纳米金的生物催化合成机理探讨。 甲烷为碳源培养时,发酵上清液中mb最高含量为0.45nmol/mL,产量较低：以添加2.5%石蜡油的甲烷为碳源培养时mb最高含量为0.51nmol/mL,略高于甲烷为碳源时的0.45nmol/mL。添加0.05%甲醇为碳源时mb最高含量为0.67nmol/mL,均高于甲烷和石蜡油增溶的甲烷培养,产量较高。甲烷加0.05%的甲醇联合作为碳源时,mb最高含量为0.79nmol/mL。与其他提供方式的碳源培养相比,mb产量最高。 添加对苯二酚(hydroquinone, HQ)作为外源还原剂条件下,mb催化还原氯金酸(HAuCl4)介导纳米金生成,最佳合成条件为：浓度均为1mM的mb和HAuCl4添加量均为1mL(即最终摩尔比例为1：1),5×10-4M的HQ添加量为100μL,反应时间为80min,反应温度为35℃,pH值为5.5,溶液终体积为5mL。在HAuCl4添加量不变的条件下(1mL10-3M),通过调节mb和HQ的添加量,在pH值5.5、35℃条件下反应80min可以合成出不同粒径纳米金。当1mM mb和5×10-4M HQ的添加量分别为1mL和100μL、1.5mL和150μL、2mL和50μL、2.5mL和250μL、0.5mL和200μL时,紫外可见吸收光谱和透射电子显微镜扫描(TEM)表征发现生成的纳米金粒径是逐渐增大的,TEM表征发现生成的纳米金形貌为球形,平均粒径分别为9nm、15nm、33nm、66nm、100nm。这说明通过调节mb和HQ的量可以合成不同粒径的纳米金,可作为尺寸可控纳米金合成的一种新方法。 探究了mb介导纳米金合成的可能机理。Cu(Ⅱ)与Au(Ⅲ)在mb上具有相同结合位点,位于mb金字塔型结构底部的硫酰咪唑基团配位部分。mb本身具有催化Au(Ⅲ)还原能力,从而可直接催化还原Au(Ⅲ)为Au(0)进而生成纳米金。mb本身电子供给能力有限、还原能力较弱,不能持续还原Au(Ⅲ),但mb具有催化电子由电子供体向金属离子传递的还原酶活性,可以HQ为电子供体,催化纳米金持续合成。HQ本身不具有还原Au(Ⅲ)能力,只能在单质金表面才能还原Au(Ⅲ)。HQ在单质金表面还原Au(Ⅲ)时,mb起着催化保护纳米金的作用。mb通过S-Au键吸附在纳米金表面,通过硫酰咪唑基团与Cu(Ⅱ)和Au(Ⅲ)配位。Cu(Ⅱ)的加入会竞争性影响mb硫酰咪唑基团与Au(Ⅲ)的配位结合,导致合成纳米金的量明显减少；当在生成的纳米金溶液中加入Cu(Ⅱ)时,通过Cu(Ⅱ)与不同纳米金颗粒上的mb的硫酰咪唑基团的配位作用,导致生成的纳米金团聚在一起,形成大粒径的纳米金。 【关键词】：mb 碳源 HQ 纳米金 介导合成 机理
【学位授予单位】：哈尔滨商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ131.23;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 绪论12-21
• 1.1 mb概述12-15
• 1.1.1 甲烷氧化菌12
• 1.1.2 mb的发现12-13
• 1.1.3 mb的结构13-15
• 1.2 纳米金15-18
• 1.2.1 纳米金的合成15-16
• 1.2.2 纳米金的表征16-17
• 1.2.3 纳米金的应用17-18
• 1.3 mb介导纳米金合成在国内外的研究现状及分析18-19
• 1.4 本课题来源及研究的目的和意义19-20
• 1.4.1 课题来源19
• 1.4.2 mb介导纳米金合成的目的和意义19-20
• 1.5 论文的研究内容20-21
• 2 不同碳源培养发酵合成mb的研究21-30
• 2.1 引言21
• 2.2 实验仪器与材料21-22
• 2.2.1 实验仪器21-22
• 2.2.2 实验材料22
• 2.3 实验方法22-24
• 2.3.1 甲烷为碳源的甲基弯菌IMV 3011培养22
• 2.3.2 铬天青分光光度法测mb22-23
• 2.3.3 甲烷作为唯一碳源培养发酵合成mb23
• 2.3.4 石蜡油增溶的甲烷作为碳源培养发酵合成mb23
• 2.3.5 甲醇作为唯一碳源培养发酵合成mb23-24
• 2.3.6 甲烷和甲醇联合作为碳源培养发酵合成mb24
• 2.4 结果与分析24-29
• 2.4.1 铬天青分光光度法测mb24-25
• 2.4.2 甲烷作为唯一碳源时甲烷氧化菌发酵合成mb情况25
• 2.4.3 石蜡油增溶的甲烷作为碳源时甲烷氧化菌发酵合成mb的情况25-27
• 2.4.4 甲醇为唯一碳源时甲烷氧化菌发酵合成mb情况27-28
• 2.4.5 甲烷和甲醇联合作为碳源时甲烷氧化菌发酵合成mb情况28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 mb介导纳米金合成条件研究30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 实验仪器与材料30-31
• 3.2.1 实验仪器30
• 3.2.2 实验材料30-31
• 3.3 实验方法31-34
• 3.3.1 甲烷加甲醇为碳源的甲基弯菌IMV 3011培养31
• 3.3.2 mb的制备31
• 3.3.3 透射电子显微镜(TEM)分析31
• 3.3.4 配制反应所需其他溶液31-32
• 3.3.5 mb介导纳米金合成条件研究32-34
• 3.4 结果与分析34-41
• 3.4.1 mb和HAuCl_4摩尔比例对mb介导纳米金合成的影响34-35
• 3.4.2 HQ添加量对mb介导纳米金合成的影响35-36
• 3.4.3 反应时间对mb介导纳米金合成的影响36-37
• 3.4.4 反应温度对mb介导纳米金合成的影响37-38
• 3.4.5 反应pH值对mb介导纳米金合成的影响38-39
• 3.4.6 合成条件对纳米金粒径的影响39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 4 mb介导纳米金合成机理研究42-53
• 4.1 引言42
• 4.2 实验仪器与材料42-43
• 4.2.1 实验仪器42
• 4.2.2 实验材料42-43
• 4.3 实验方法43-44
• 4.3.1 mb的发酵合成和分离纯化43
• 4.3.2 mb+HAuCl_4和mb+HAuCl_4+HQ的对比实验43
• 4.3.3 HAuCl_4+HQ和HAuCl_4+HQ+mb的对比实验43
• 4.3.4 mb失活前后介导合成纳米金的对比实验43-44
• 4.3.5 mb与Cu(Ⅱ)配位前后介导合成纳米金的对比实验44
• 4.3.6 Cu(Ⅱ)对mb介导合成的纳米金粒径的影响44
• 4.4 结果与分析44-52
• 4.4.1 mb催化还原Au(Ⅲ)活性44-45
• 4.4.2 mb对HQ还原Au(Ⅲ)的介导作用45-46
• 4.4.3 mb失活前后介导合成纳米金的比较46-47
• 4.4.4 mb与Cu(Ⅱ)配位前后介导合成纳米金47-48
• 4.4.5 Cu(Ⅱ)对mb介导合成的纳米金粒径的影响48-49
• 4.4.6 mb介导纳米金合成机理推测49-52
• 4.5 本章小结52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-59
• 攻读学位期间发表的学术论文59-60
• 致谢60

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