Способ получения наночастиц элементного аморфного селена

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ получения наночастиц элементного аморфного селена. Способ включает внесение селенита натрия в культуру фототрофных бактерий Rhodobacter capsulatus В10 из расчета 5 мМ/л, инкубирование культуры с селенитом, отделение селена от культуральной среды и бактерий. Полученный осадок селена разбавляют лизирующим составом, инкубируют и центрифугируют. Полученный осадок дополнительно центрифугируют в градиенте водного раствора сахарозы. Градиент сформирован из последовательных слоев 80%, 60% и 40% водных растворов сахарозы. Изобретение обеспечивает ускорение способа получения однородного по размеру (280±45нм) аморфного красного селена, при более полной мягкой очистки полученных частиц от клеток бактерий и клеточных фрагментов без нарушения аллотропной модификации селена. 1 ил., 1 табл.

 

Область техники

Изобретение относится к способам получения наночастиц металлов и металлоидов из растворов и может применяться в различных отраслях промышленности (электронной), биотехнологии (биоремедиации), а также для целей фундаментальных научных исследований.

Уровень техники

Способность восстанавливать восстановленные соединения селена (селенит, селенат) с образованием элементного селена встречается среди микроорганизмов различных таксономических групп (Stolz et al., 2006). Это может быть как специфическим физиологическим процессом (например, дыханием с использованием оксианионов селена в качестве терминального акцептора электронов (Herbel et al., 2003)), так и неспецифическим процессом (обусловленным, например, сбросом избыточных электронов в процессе аноксигенного фотосинтеза (Moore & Kaplan, 1992)). В любом случае происходит переход токсичных форм селена (селенита и селената) в нетоксичную - элементный селен. Данное явление можно использовать для биоремедиации загрязненных промышленных сточных вод, а также для получения биогенного красного аморфного селена для целей научных исследований (биогенный красный аморфный селен более биодоступен, чем химически полученный (Herbel et al., 2003)).

Из уровня техники известны ряд способов получения наночастиц аморфного элементного селена при помощи гетеротрофных микроорганизмов - бацилл (Bacillus sp., патент CN 102703513), лактобактерий (Pediococcus pentosaceus SP80, патент US 20070077238; Bifidobacterium sp., Lactobacillus sp., Streptococcus sp., патент US 8003071). В общем методы сводятся к культивированию указанных микроорганизмов на жидкой среде, содержащей селенит натрия, и последующей очистке частиц селена от клеток последовательными отмываниями в буферах различной кислотности; замораживанием; высушиванием; осмотическим воздействием; воздействием ультразвуком. Основными недостатками этих методов являются: высокая стоимость (среда для культивирования содержит большое количество дорогих органических субстратов - пептона, дрожжевого экстракта, глюкозы, ацетата); грубое воздействие на частицы селена при очистке, приводящие к потере красным селеном аморфной структуры и переходу в кристаллическую серую форму; неоднородность получаемых частиц по размеру (50-500 нм).

Также известны способы получения наночастиц аморфного элементного селена при помощи фототрофных микроорганизмов - Rhodobacter sphaeroides 2.4.1, 2.4.7, 2.4.9, RS2, RS630, Si4, SWL, WS8, Rhodobacter capsulatus B10 (CA 2127976), Rhodopseudomonas palustris (патент CN 103361380). К недостаткам методов относятся: 1. высокая себестоимость среды культивирования (используются богатые среды Лурия-Бертани, пептонно-дрожжевая, SSM), 2. долгое время культивирования (3-10 суток), 3. неэффективная очистка полученного элементного селена от клеток и клеточных фрагментов.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения наночастиц элементного аморфного селена с помощью фототрофных бактерий, описанный в патенте CN 103361380 и выбранный нами в качестве прототипа. Он состоит из следующих стадий.

1. Подготовка инокулята фототрофных бактерий Rhodopseudomonas palustris. Стерильная среда (состав: MgSO4⋅7H2O 100-300 мг, CaCl2⋅2H2O 50-100 мг, EDTA 10-30 мг, дрожжевой экстракт 500-1500 мг, K2HPO4 500-1500 мг, (NH4)2SO4 1000-2000 мг, FeSO4⋅7H2O 5-15 мг, KH2PO4 400-1000 мг, раствор микроэлементов 1-5 мл, деионизованная вода 1000-2000 мл, pH 5-9; раствор микроэлементов: H3BO3 200-300 мг, MnSO4⋅4H2O 150-250 мг, Na2MoO4⋅2H2O 50-100 мг, CuSO4 2-10 мг, ZnSO4⋅7H2O 20-30 мг, деионизованная вода 100-200 мл) инокулируется фототрофными бактериями Rhodopseudomonas palustris. Культура инкубируется в течение 3-10 дней в анаэробных условиях на свету (500-3000 люкс) при температуре 15-40°С.

2. Внесение селенита натрия в культуру анаэробно фототрофно растущих бактерий Rhodopseudomonas palustris из расчета 0.5 мМ/л. Культура инкубируется с селенитом в течение 3-10 дней в анаэробных условиях на свету (500-3000 люкс) при температуре 15-40°С. При этом происходит восстановление селенита до элементного красного аморфного селена, представленного наночастицами размером 60-200 нм.

3. Отделение селена от культуральной среды и бактерий. Культуральная среда, содержащая бактерии и элементный селен, подвергается центрифугированию 10 мин при 3000 g и 4°С. Далее осадок центрифугируется 60 мин. при 18000 g 4°С. Полученный осадок разбавляется 50 мМ TRIS-HCL буфером (pH 7.5), центрифугируется 60 мин при 18000 g три раза.

4. Полученный осадок дважды промывается деионизованной водой и высушивается.

Прототип обладает следующими существенными недостатками: 1. длительное время роста культуры (3-10 суток) и накопления в культуральной среде красного аморфного селена (3-10 суток); 2. получаемые наночастицы селена являются неоднородными по размеру (60-200 нм); 3. метод отделения частиц элементного селена от культуральной среды и бактерий не является эффективным, так как последовательное центрифугирование и разбавление в буфере не позволяет избавиться от значительного количества клеток и клеточных фрагментов, и как следствие, полученные частицы селена не очищены полностью.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом, на который направлено изобретение, является ускорение способа получения однородных по размеру наночастиц (280±45 нм) аморфного красного селена, более полная мягкая очистка полученных наночастиц от клеток бактерий и клеточных фрагментов без нарушения аллотропной модификации селена.

Технический результат достигается тем, что способ получения наночастиц элементного аморфного селена включает подготовку инокулята фототрофных бактерий, внесение селенита натрия в культуру фототрофных бактерий, отделение селена от культуральной среды и бактерий первичным центрифугированием, разбавлением осадка и последующим многостадийным центрифугированием, промывку наночастиц селена деионизированной водой, при этом используют фототрофные бактерии Rhodobacter capsulatus В10, осадок разбавляют лизирующим составом и инкубируют с последующим центрифугированием, после чего проводят центрифугирование осадка в градиенте водного раствора сахарозы.

При этом:

- градиент водного раствора сахарозы формируют из последовательных слоев 80%, 60% и 40% водных растворов сахарозы,

- проводят центрифугирование после промывки наночастиц селена деионизированной водой,

- осадок с лизирующим составом инкубируют в темноте 12-48 часов.

Краткое описание чертежей

На фигуре показаны однородные по размеру наночастицы элементного аморфного селена, полученного с помощью бактерий Rhodobacter capsulatus В10 предложенным способом.

Пример реализации

Способ осуществляется следующим образом.

1. Подготовка инокулята фототрофных бактерий. Стерильная среда (состав: Na2SO4 330 мг, MgCl⋅6H2O 330 мг, KCl 330 мг, KH2PO4 330 мг, NH4Cl 330 мг, Na2S2O3 500 мг, CaCl2⋅2H2O 50 мг, дрожжевой экстракт 500 мг, Na ацетат 500 мг, раствор микроэлементов (Pfennig & Lippert, 1966) 1 мл, деионизованная вода 1000 мл, pH 7-7.5) инокулируется фототрофными бактериями Rhodobacter capsulatus В10. Культура инкубируется в течение 24 часов в анаэробных условиях на свету (2000 люкс) при температуре 20-25°С.

2. Вносят селенит натрия в культуру анаэробно фототрофно растущих бактерий Rhodobacter capsulatus В10 из расчета 5 мМ/л. Культуру инкубируют с селенитом в течение 24 часов в анаэробных условиях на свету (2000 люкс) при температуре 20-25°С. При этом происходит восстановление селенита до элементного красного аморфного селена, представленного наночастицами размером 280±45 нм.

3. Отделение селена от культуральной среды и бактерий. Культуральную среду центрифугируют при 8000 g 10 мин. Полученный осадок, состоящий из бактерий и наночастиц селена, разбавляют лизирующим составом для разрушения клеток бактерий (последовательно растворить 0.4 г TRIS и 0.37 г Na2EDTA в 50 мл воды; довести pH раствора до 6.4; растворить 28.7 г гуанидин гидрохлорида; перемешать) в соотношении 1:4, тщательно перемешивают и инкубируют при комнатной температуре 12-48 часов в темноте. Раствор центрифугируют при 5000 g 20 мин. Полученный осадок центрифугируют при 6000 g 30 мин в градиенте сахарозы (в центрифужную пробирку последовательно аккуратно, чтобы не допускать перемешивания, вносились друг на друга 80%, 60%, 40% растворы сахарозы в воде, сверху вносился осадок, содержащий разрушенные клетки и наночастицы селена) для избавления от остаточных клеток и клеточных фрагментов. После центрифугирования наночастицы селена оседают вниз, в слоях сахарозы остаются клетки, клеточные фрагменты и остаточное количество наночастиц селена. Верхние слои сахарозы сливаются.

4. Осажденные наночастицы селена промывают 3 раза деионизированной водой, центрифугируют при 5000 g 15 мин и высушивают для последующего использования.

Предлагаемый способ позволяет получить наночастицы красного аморфного селена в короткие сроки (24 часа вместо нескольких суток, как в аналогичных работах), при этом достигается большая размерная однородность частиц (в среднем размер составляет 280 нм, при этом разброс значений не превышает 45 нм) (см. фигуру), а метод очистки наночастиц позволяет практически полностью избавиться от клеток бактерий и клеточных фрагментов без нарушения аллотропной модификации полученного селена (таблица).

Способ получения наночастиц элементного аморфного селена, содержащий подготовку инокулята фототрофных бактерий, внесение селенита натрия в культуру фототрофных бактерий, отделение селена от культуральной среды и бактерий первичным центрифугированием, разбавлением осадка и последующим многостадийным центрифугированием, промывку наночастиц селена деионизированной водой, отличающийся тем, что используют фототрофные бактерии Rhodobacter capsulatus В10, селенит натрия вносят в культуру фототрофных бактерий из расчета 5 мМ/л, культуру инкубируют с селенитом в течение 24 часов в анаэробных условиях при 2000 люкс и температуре 20-25°С с последующим первичным центрифугированием, где полученный осадок разбавляют лизирующим составом и инкубируют 12-48 часов в темноте с последующим центрифугированием, где полученный осадок дополнительно центрифугируют в градиенте водного раствора сахарозы, сформированного из последовательных слоев 80%, 60%, и 40% водных растворов сахарозы, причем после промывки наночастиц селена деионизированной водой осуществляют их центрифугирование и высушивание.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к применению штамма цианобактерий Anabaena sp. РСС 7120 для получения наночастиц серебра.

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. .

Предложен бактериальный макромолекулярный комплекс для профилактики или лечения воспалительного ревматизма и остеоартрита. Комплекс продуцирован штаммом бактерий Bifidobacterium longum CNCM I-3994.

Группа изобретений относится к области производства низина. Предложен способ и технологическая линия микробиологического производства низина.

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ получения биогенного сероводорода.
Биоклей // 2574631
Изобретение относится к области клеящих веществ на основе культуральной жидкости микробиологического производства ксантана и может быть использовано в различных областях науки и техники, предпочтительно в деревообрабатывающей промышленности.
Изобретения касаются штамма бактерий Escherichia coli-продуцента белка теплового шока (БТШ70) и способа получения такого белка. Охарактеризованный штамм депонирован 28.11.2012 во Всероссийскую коллекцию промышленных микроорганизмов (ВКПМ) ФГУП Гос-НИИГенетика под №В-11388.

Изобретение относится к микробиологии и биотехнологии и может быть использовано в производстве физиологически активных соединений. Способ получения бактериородопсина предусматривает выращивание в ферментере в течение шести суток штамма Halobacterium salinarum ВКПМ В-11953 с последующим отделением биомассы центрифугированием и разрушением ее при инкубации в дистиллированной воде в течение ночи при постоянном перемешивании.
Изобретение относится к микробиологии и биотехнологии. Описан способ получения бактериородопсина.
Изобретение относится к биотехнологии. Описан штамм бактерий Halobacterium salinarum ВКПМ В-11850 - продуцент бактериородопсина.
Получен штамм бактерий Halobacterium salinarum D96N ВКПМ В-11953 - продуцент бактериородопсина, значительно превосходящий по продуктивности (биомассы и бактериородопсина) как ближайший аналог, так и другие, выбранные в качестве контролей штаммы в различных условиях культивирования.

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к ферментационной среде и способу получения рекомбинатных белков с использованием данной среды. Ферментационная среда для получения рекомбинантных белков, выбранных из группы, включающей Г-КСФ, стрептокиназу и липазу, с использованием микроорганизмов, выбранных из группы, включающей: E.

Группа изобретений относится к неорганической химии. Оксид титана представлен в форме однородных сферических частиц с размером от 20 нм до 100 нм.

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ получения наночастиц элементного аморфного селена. Способ включает внесение селенита натрия в культуру фототрофных бактерий Rhodobacter capsulatus В10 из расчета 5 мМл, инкубирование культуры с селенитом, отделение селена от культуральной среды и бактерий. Полученный осадок селена разбавляют лизирующим составом, инкубируют и центрифугируют. Полученный осадок дополнительно центрифугируют в градиенте водного раствора сахарозы. Градиент сформирован из последовательных слоев 80, 60 и 40 водных растворов сахарозы. Изобретение обеспечивает ускорение способа получения однородного по размеру аморфного красного селена, при более полной мягкой очистки полученных частиц от клеток бактерий и клеточных фрагментов без нарушения аллотропной модификации селена. 1 ил., 1 табл.

Наверх