微生物控制合成不同形貌与尺寸铂钯纳米材料及其分子机制

Microbe-mediated synthesis of metal nanomaterials has the advantage of biocompatibility when compared with physical and chemical methods, and becomes a research hotspot. However, low efficiency in microbe-mediated synthesis and difficulty in controlling morphology and size are the key problems for this technology. In addition, researches have paid far more attention on Au/Ag nanoparticles than Pd/Pt. Therefore, it is of great significance to systematically study the molecular mechanism in microbe-mediated synthesis of metal nanoparticles, and then synthesis nanoparticles precisely by controlling microbe. This study focuses on Pd/Pt nanoparticles synthesis, and aims to: 1) analyze the important genes and functional groups in microbe that related to Pd/Pt adsorption, transportation and reduction by using high-throughput sequencing, molecular biology methods and modern instrumental analyses; 2) reveal the molecular mechanisms of microbe-mediated Pd/Pt nanomaterials; 3) synthesize Pd/Pt nanomaterials precisely and efficiently by genetic engineering methods. In summary, this study will provide a solid theoretical foundation for the green and efficient synthesis of Pd/Pt and other metallic nanomaterials.

微生物合成金属纳米材料具有物理、化学合成法无法比拟的优势，即无需表面改性就具有良好的生物相容性，因而近年来成为金属纳米材料制备的新方法而备受关注。但是，目前微生物合成金属纳米材料技术存在着合成效率低及难以精确控制金属纳米材料形貌与尺寸等问题，而且，研究主要围绕金、银纳米材料，有关铂、钯等金属纳米材料微生物合成的研究较少。因此，系统地揭示微生物控制合成金属纳米材料的分子机制，通过基因调控精确控制微生物“绿色高效”合成纳米材料意义重大。本研究以铂、钯等金属纳米材料的微生物合成为切入点，利用高通量测序技术以及其他分子生物学手段、现代仪器分析手段对微生物吸附、转运和还原铂、钯等金属离子一系列过程关键基因与相关生物大分子进行分析，揭示微生物合成铂、钯等金属纳米材料的分子机制，通过基因工程手段改造微生物，使其能够高效、精确控制地合成铂、钯等金属纳米材料，为铂、钯及其他金属纳米材料的绿色高效合成提供坚实的理论基础。

微生物纳米合成技术是近年发展起来的一项纳米材料“绿色合成”新技术，该技术通过微生物与金属离子发生一系列复杂的氧化还原反应，合成生物相容性良好的新型金属纳米材料。相较于传统的金属纳米材料合成方法，采用微生物合成纳米材料具有清洁、无毒、环境友好、反应条件温和、生物相容性较好等优势，因而，具有广阔的应用前景。本项目首先通过微生物表面展示及表面化学枝接的方法，制备了基因工程改造大肠杆菌及高效特异性微生物吸附剂。其次，进行微生物高效可控吸附金属离子的行为研究，以揭示微生物吸附剂对金属离子的吸附机理。随后，制备微生物基金属纳米材料，并发掘其在污染物降解和痕量物质检测方面的应用研究，最后，进行微生物炭载金属纳米材料制备及在废水处理及消杀病原微生物方面应用研究。通过以上研究，本项目构建了一种基于微生物“吸附—还原一体化”及“吸附—碳化一体化”的绿色温和地合成金属纳米材料技术原型，该方法的突破及其机制的揭示同时为微生物控制合成其他金属纳米材料提供了坚实的理论依据，为金属纳米材料的合成及发展新型金属纳米材料提供一种全新的思路。