酵母细胞内腔调控的无机纳米材料的生物合成及其应用

物理与化学合成是运用最广泛，也是传统的合成化学物质的方法，它们在纳米颗粒合成领域中做出了很重要的贡献，但是随着人们对环境的要求越来越高，人们逐渐寻求一种环境友好、低成本、温和及无毒性的合成方法来合成纳米颗粒，生物合成方法满足这样一种绿色合成方法的要求，它利用生物体内部基质及特有的生命活性来指导纳米颗粒的合成，可以通过改变培养条件，如pH、温度、反应物浓度、微生物用量等，来得到形态各异、大小不同的纳米颗粒。到现在为止，科学家们已经利用类似植物、细菌、真菌等一系列宏观及微观的生命体成功的制备了纳米级的金属单质、金属氧化物、金属属硫化物、金属硒化物等。采用生物体合成的纳米物质还具有良好的生物相容性、尺寸可控性，已经在医学、电子器件、生物工程学等方面有了很大的应用。目前为止，生物体合成过程中，大部分是用生物体外部的官能团作为模板，纳米物质的种类也是主要局限于金属单质、金属氧化物及金属硫化物。在本篇文章中，主要将生物体-酵母细胞作为研究的主体，在其内部合成得到了碳酸钡及羟基磷灰石纳米颗粒。在本篇文章的主题选择上，我们把酵母细胞作为一个发生化学反应的容器，以麦芽糖作为细胞的能量来源，然后加入一定浓度的氢氧化钡溶液，在室温条件下搅拌反应，最终得到了含碳酸钡的酵母细胞。运用磷酸盐与钙盐作为反应物，在室温条件下得到了含羟基磷灰石（HA）的酵母细胞，并用激光共聚焦显微镜，傅里叶红外变换，高倍透射电镜，X射线光谱等测试方法对所得到的无机物进行了表征，由于含HA的酵母细胞对环境没有污染作用，我们将样品在作为药物载体及样品对重金属离子的吸附方面做了一些测试与研究，用原子吸收光谱(AAS)及紫外可见分光光度仪(UV-VIS)对所得含HA的酵母细胞在药物负载运输和废水处理中的潜在应用的过程及结果进行了表征。实验测试分析所得到的结果为：通过生物合成方法在细胞内部制备得到了碳酸钡纳米颗粒，它们的颗粒大小大概为5nm。纳米级的碳酸钡进入酵母细胞内部之后，细胞大多数还保持着活性，与纯酵母细胞繁殖速率基本上一致；在酵母细胞内部同时也得到了羟基磷灰石颗粒，它们的颗粒大小大概为5nm。纳米级的羟基磷灰石进入酵母细胞内部之后，不会使细胞死亡，与纯酵母细胞繁殖速率相比延迟。含有HA的酵母细胞在作为药物载体应用方面的结果显示：对抗癌药物盐酸阿霉素的负载量上，含有羟基磷灰石的细胞要多于纯酵母，而且整个体系还具有随着pH值的增加而降低的pH敏感性；含HA的细胞作为生物吸附剂在对重金属铅、镉等吸附方面的应用结果显示：含HA的细胞对金属离子的吸附效果好于纯酵母细胞，表明细胞内部的羟基磷灰石颗粒提高了酵母细胞在重金属吸附方面的性能。本论文以酵母细胞作为微反应器，采用常温震荡或者搅拌的方法首次得到了细胞内的纳米级碳酸钡及羟基磷灰石颗粒，对利用生物体合成其他无机物提供了新的实验及机理研究依据。另外合成的羟基磷灰石可以被用作重金属吸附剂及药物载体，也为其它类似的应用提供一个参考及借鉴的作用。