Применение штамма anabaena sp. pcc 7120 для получения наночастиц серебра

Изобретение относится к применению штамма цианобактерий Anabaena sp. РСС 7120 для получения наночастиц серебра. При биовосстановлении серебра с получением наночастиц проводят инкубирование при постоянном освещении штамма Anabaena sp. РСС 7120 в безазотистой среде с нитратом серебра. Изобретение обеспечивает получение раствора наночастиц серебра, в котором наночастицы существуют в свободном состоянии.

 

Изобретение относится к получению серебряных наночастиц с использованием биологического процесса, в частности, изобретение относится к применению цианобактерий, а именно - нитчатой азотфиксирующей цианобактерии Anabaena sp.

В течение последних лет внимание исследователей привлекла возможность получения наночастиц биологическим методом, с использованием бактерий, грибов, растений и водорослей. Этот подход рассматривается как перспективная альтернатива имеющимся химическим методам получения наночастиц металлов. Бактерии и другие микроорганизмы обладают способностью восстанавливать ионы металлов с образованием наночастиц металлов. Процесс получения наночастиц металлов с использованием бактерий является достаточно дешевой, экологически безопасной, удобной для коммерциализации процедурой, в отличие от токсичных химических методов получения наночастиц металлов.

Эти наночастицы могут быть использованы в медицине и в различных других областях нанобиотехнологии. Наибольший интерес вызывают наночастицы серебра и их применение в медицине для борьбы с инфекциями патогенных микроорганизмов в связи с широким распространением форм патогенов, устойчивых к обычно используемым антибиотикам. Предполагается также использовать наночастицы серебра против таких социально значимых заболеваний, как малярия, для уничтожения малярийных комаров.

Известен (RU, патент 2238140, опубл. 2010.2004) способ получения коллоидных растворов серебра в присутствии органического соединения, содержащего гетероатом - кислород или азот, путем электрохимического взаимодействия, причем электрохимическое взаимодействие осуществляют при изменении скорости процесса растворения металла в условиях циклического изменения полярности электродов каждые 10 с при необходимости при постоянном снижении напряженности с 1,8 до 0,2 В, при использовании водного раствора органического соединения с концентрацией 0,1-100 ммоль в литре полученный конечный продукт - коллоидный раствор металла - имеет концентрацию 0,01-4 ммоль в литре и размер частиц 0,1-90 мкм.

Также известен (RU, патент 2456356, опубл. 20.07.2012) способ получения коллоидного раствора наносеребра, включающий электрохимическое растворение серебра в деионизированной воде, причем электрохимическому растворению подвергают серебро в виде мелкодисперсного порошка серебра с химической чистотой 99,999% и с размерами наночастиц до 100 нм и проводят его в электролизере, содержащем корпус, выполненный из химически нейтрального материала, внутри которого расположены электроды, представляющие собой выполненные из химически нейтрального материала емкости, в которые помещают от 100 до 150 г мелкодисперсного порошка серебра и посредством проводника, находящегося в химически нейтральной оболочке, подают постоянное напряжение от 30 до 45 В посредством источника питания постоянного тока, в условиях циклического изменения полярности напряжения каждые 2 ч, и механического перемешивания раствора 2 раза в сутки, до достижения в коллоидном растворе концентрации серебра от 5,0 до 100,0 мг/л, при этом доля наночастиц металлического серебра составляет от 5 до 90% от общей концентрации серебра в растворе, доля наночастиц размером от 2 до 15 нм составляет от 65 до 85% от общего объема наночастиц металлического серебра в растворе, доля наночастиц размером от 15 до 35 нм составляет соответственно от 15 до 35%, оставшуюся долю в общей концентрации серебра в растворе составляют ионы серебра.

Недостатком указанных способов следует признать их технологическую сложность.

Наиболее близким аналогом разработанного способа можно признать (RU, патент 2460797, опубл. 10.09.2012) способ получения композиции, содержащей коллоидное наносеребро. При реализации известного способа проводят стадию инкубирования пробиотических бактерий, выбранных из видов Lactobacillus fermentum, с водным раствором, содержащим, по меньшей мере, 4 мМ нитрата серебра.

Недостатком известного способа следует признать использование в процессе получения наносеребра лактобактерий, а не цианобактерий, которые имеют целый ряд преимуществ по сравнению с лактобактериями для биосинтеза наночастиц серебра.

Цианобактерии - прокариотические организмы, которые являются модельными организмами для изучения фотосинтеза, фиксации атмосферного азота, клеточного деления, получения молекулярного водорода и решения других фундаментальных и прикладных задач. Они обладают следующими преимуществами:

1) легкостью их культивирования. Для роста цианобактериям нужны лишь свет, вода и простые минеральные соли. В плане выращивания - это самые экономически выгодные микроорганизмы. Они могут культивироваться в простых биореакторах, в открытых водоемах естественного и искусственного происхождения.

В отличие от гетеротрофных бактерий, к которым относятся и лактобактерии, цианобактериям для роста не нужны богатые органикой дорогостоящие среды. Они сами синтезируют органические соединения на основе биоконверсии солнечной энергии, используя для этого воду и минеральные соли.

2) цианобактерии обладают более высокой по сравнению с высшими растениями скоростью роста. Кроме того, можно получать синхронизированные культуры цианобактерий, что может привести к увеличению их производительности в процессе получения целевого продукта.

3) разработан целый арсенал разнообразных методов молекулярной генетики и микробиологии для различных штаммов цианобактерий. Эти методы позволяют глубже понять роль цианобактерий в различных экосистемах; использовать их потенциал в разнообразных прикладных проектах, таких как получение молекулярного водорода; продукция фикобилипротеинов и цианофицина; формирование наночастиц; удаление из окружающей среды тяжелых металлов; использование биодеградирующих способностей цианобактерий; изучение проблем образования цианобактериальных токсинов в пресных водоемах и морских акваториях; применение природных продуктов, получаемых из цианобактерий, в медицине и в пищевой индустрии.

4) в настоящее время доступна информация о нескольких десятках геномных последовательностей различных цианобактерий, что в сочетании с транскриптомикой, протеомикой и метагеномикой позволяет глубже понять ключевые аспекты биологии этих удивительных организмов и использовать их еще более эффективно при решении задач экологии и биотехнологии.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного способа, состоит в расширении ассортимента методов получения наночастиц серебра.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного способа, состоит в получении раствора наночастиц серебра, в котором наночастицы существуют в свободном состоянии.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ. Согласно разработанному способу проводят инкубирование штамма Anabaena sp. РСС 7120 при постоянном освещении в безазотистой среде с нитратом серебра.

Как было экспериментально установлено, наиболее перспективным штаммом для получения наночастиц серебра оказался штамм Anabaena sp. РСС 7120. Этот штамм достаточно известен и широко используется (http://www.rfbr.ru/rffi/ru/proiect_search/o_285291). При проведении экспериментов по биологическому восстановлению серебра с получением наночастиц клетки этого штамма выращивали на безазотистой среде BG11/0 (на 1 л дистиллированной воды): Na2EDTA - 0.001 г, K2HPO4 - 0.04 г, MgSO4⋅7H2O - 0.075 г, CaCl2⋅2H2O - 0.036 г, лимонная кислота - 0.006 г, FeCl3⋅6H2O - 0.003 г, Na2CO3 - 0.02 г. Раствор микроэлементов (на 1 л дистиллированной воды): H3BO3 - 2.86 г, MnCl2⋅4H2O - 1.81 г, ZnSO4⋅7H2O - 0.222 г, Na2MoO4⋅2H2O - 0.39 г, CuSO4⋅5H2O - 0.079 г, Co(NO3)2⋅6H2O - 0.0444 г. Использовали также среду с добавлением 1.5 г/л NaNO3 (BG11/N). Культуры росли в 250 мл колбах стационарно при 25°C при постоянном освещении (18 μEm-2s-1). Для поддержания штамма использовали ту же среду с 1,5% агар-агара.

Для получения наночастиц серебра жидкие культуры в стационарной фазе роста разводили в 2 раза свежей средой и подращивали в течение 3 дней. AgNO3 добавляли в среду в концентрации 10 мкг/мл. Полученные образцы растили в пенициллиновых флаконах объемом 20 мл (по 4 мл культуры) при комнатной температуре без качания в аэробных условиях роста в течение от 1 суток до 4 недель.

Первоначально оценку образования наночастиц проводили визуально, по изменению цвета культуральной жидкости. После этого измеряли спектры поглощения суспензий клеток с образованными наночастицами серебра и без них на спектрофотометре «Shimadzu» (Япония).

Спектры поглощения суспензии клеток с серебряными наночастицами и без них снимали в 1 мм кювете при комнатной температуре на спектрофотометре «Shimadzu». Оптические изображения клеток получали с использованием микроскопа «Leica» (Германия) с масляно-иммерсионным объективом 100х N.A. 1.4, в неполяризованном и поляризованном свете. Электронную микроскопию клеток проводили с использованием растрового электронного микроскопа высокого разрешения «JSM-7001F (JEOL)» (Франция).

Использование разработанного способа позволяет получить наночастицы серебра различных формы и размеров, в зависимости от вида биопродуцента и времени культивирования. Концентрация до 20 мкг/мл по соли азотнокислого серебра. Форма НЧС варьирует от сферической до иглообразной. Линейные размеры варьируют от 5 до 50 нм.

Важным свойством культуры биопродуцента является коэффициент конверсии серебра, находящегося в ионной форме в растворе, в восстановленное серебро наночастицы. Средняя величина коэффициента конверсии для Anabaena sp. РСС 7120 составляет 0,85 (т.е. 85% серебра переходит в форму НЧС), вариабельность в пределах 0,1. Т.е. значение коэффициента конверсии следует принять как 0,85(+/-0,1), что отражает разброс значений от 0,75 до 0,95.

Культуральную среду, содержащую наночастицы серебра с бактериями, подвергают ультразвуковому диспергированию в течение 30 мин при температуре от 60°C в ультразвуковой ванне «Сапфир» 4 л, при мощности 150 Вт. Полученную суспензию центрифугируют при 14000 оборотах в минуту в течение 7 минут, наночастицы серебра оседают, супернатант удаляют, объем удаленного супернатанта заменяют на такой же объем деионизированной воды, проводят ультразвуковое диспергирование в течение 2 мин, повторное центрифугирование 14000 оборотов в минуту в течение 7 минут, супернатант сливается. Процедура отмывки наночастиц серебра водой повторяют пятикратно. Наночастицы серебра могут быть получены в виде порошка после просушки или в виде коллоидного раствора.

Применение штамма Anabaena sp. PCC 7120 для получения наночастиц серебра при инкубировании штамма при постоянном освещении в безазотистой среде с нитратом серебра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ получения биогенного сероводорода.

Изобретение относится к области устройств, предназначенных для получения биогаза (биоводорода) из сточных вод от животных и людей. Задача изобретения - превращение работоспособной периодически действующей с ручной загрузкой-выгрузкой биогенераторной установки для получения биогаза низкого давления в промышленную непрерывно действующую установку по производству биогаза (биоводорода) высокого давления (10-12 МПа) путем размещения биореактора в Земле на глубине порядка 2000 м, что обеспечит оптимальные температурные условия реакций анаэробного преобразования биомассы, создаст условия для самотечной загрузки биореактора биомассой, газолифтной выгрузки биогаза и остаточной биопульпы. Для получения биоводорода предусмотрены системы: укисления биомассы до рН 5,49; засева биомассы водородогенными микроорганизмами; подачи биологического катализатора в зону реакции биореактора, Для устройства непрерывнодействующих подземных генераторов биогаза (биоводорода) может быть использовано штатное буровое оборудование и материалы. Предлагаемое изобретение является идеально энергосберегающим и экологически безопасным. .

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложено устройство для получения наночастиц металлов путем восстановления металлов из исходных солей в присутствии культивируемых клеток микроорганизмов.

Изобретение относится к биотехнологии. Представлены ферменты: гидрогеназа и дегидрогеназа, выделенные из Thermococcus onnurineus NA1 и имеющие последовательности, приведенные в описании, а также кодирующие их гены.

Изобретение относится к области применения возобновляемых источников энергии и к области получения электрической и тепловой энергии. .

Изобретение относится к получению композиций, содержащих коллоидные наносеребро и/или нанозолото. .

Изобретение относится к синергическому эффекту комбинации фитаз в отношении гидролиза фитиновой кислоты. .

Изобретение относится к экологии, а именно к процессам подготовки газов для вдыхания, и может быть использовано при ферментативно-каталитическом получении кислорода в устройствах автономного жизнеобеспечения, применяемых в медицине.

Изобретение относится к биотехнологии, пищевой и медицинской промышленности и может быть использовано в получении пробиотиков, предназначенных для непосредственного потребления или в качестве биологически активной добавки к продуктам питания, при производстве кисломолочных продуктов профилактического назначения, предназначенных в частности для нормализации уровня холестерина и полезной микрофлоры желудочно-кишечного тракта человека и повышения общей резистентности организма.

Группа изобретений относится к биотехнологии и касается штаммов бактерий B.adolescentis 150 и B.angulatum GT 102. Штаммы бактерий B.adolescentis и B.angulatum депонированы во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов под регистрационными номерами ВКПМ Ас-1974 и ВКПМ Ас-1973 и обладают способностью синтезировать гамма- аминомасляную кислоту (ГАМК).
Изобретение относится к биотехнологии. Способ предусматривает следующее.
Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для получения микробной белковой массы. Штамм метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ГБС-15, обладающий высокой скоростью роста в условиях непрерывного культивирования, устойчивостью к гомологам метана в природном газе, способностью к гетеротрофной фиксации углекислого газа и к росту при повышенном давлении (до 16 атм), депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов под номером ВКПМ В-12549.

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложена система культивирования клеток, система для оценки эффекторных агентов кишечника, содержащая систему культивирования клеток, также предложены способы культивирования клеток, получения кишечного органоида и оценки лечения эффекторных агентов кишечника.

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано при переработке свежего куриного помета. Способ предусматривает смешивание птичьего помета с влагопоглощающими материалами и стимулятором компостирования на основе микроорганизмов и внесение его в субстрат.

Группа изобретений относится к биотехнологии. Предложен штамм непатогенной грамотрицательной бактерии, депонированный в CNCM 8 апреля 2010 г.

Группа изобретений относится к композиции для применения в качестве активатора брожения, способу ее получения и активатору брожения типа стартера. Предложенная композиция содержит равномерно покрытую биомассой штамма бактерии Lactobacillus casei CNCM MA43/6V подложку, представляющую собой дрожжи Saf-Instant с содержанием 95,5% сухого вещества.
Изобретение относится к биотехнологии. Способ получения молочной кислоты на ферментационных средах предусматривает приготовление посевной, ферментационной и дополнительной сред с углеводной, белковой и солевой, содержащей соли калия, магния, марганца, аммония, частями, культивирование в посевных колбах и ферментере на основной ферментационной среде штамма-продуцента с внесением дополнительной ферментационной среды в ходе процесса культивирования, при поддержании величины pH, температуры культивирования, перемешивания.

Изобретение относится к области медицинской микробиологии и биотехнологии. Штамм микромицета Penicillium vulpinum, обладающий антибактериальной активностью в отношении возбудителя сибирской язвы Bacillus anthracis, депонирован в Государственной коллекции патогенных микроорганизмов и клеточных культур (ГКПМ-Оболенск) под регистрационным номером F-1523.
Изобретение относится в области нанотехнологии, ветеринарной и пищевой промышленности. Способ получения нанокапсул сухого экстракта шиповника, при этом в качестве оболочки нанокапсул используется конжаковая камедь, сухой экстракт шиповника диспергируют в суспензию конжаковой камеди в бутаноле в присутствии 0,01 г Е472с в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1300 об/мин, затем приливают 5 мл хлороформа, после чего выпавший осадок отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом соотношение сухого экстракта шиповника к конжаковой камеди составляет 1:1, 1:3 или 5:1.

Изобретение относится к применению штамма цианобактерий Anabaena sp. РСС 7120 для получения наночастиц серебра. При биовосстановлении серебра с получением наночастиц проводят инкубирование при постоянном освещении штамма Anabaena sp. РСС 7120 в безазотистой среде с нитратом серебра. Изобретение обеспечивает получение раствора наночастиц серебра, в котором наночастицы существуют в свободном состоянии.

Наверх