极端物理条件下金属形态分离富集新方法的研究

依据外磁场对不同磁性的金属形态的迁移或运动状态的影响及相关差异（如对迁移速度的阻滞），借助特定载体（如微生物细胞或固定离子液体的载体）对金属离子的吸附或化学/物理结合作用，辅助金属离子的磁性分离以达到形态分析的目的；根据抗磁性、顺磁性、铁磁性离子的磁性差异，改变外磁场的强度以达到控制并改变离子迁移速度之目的，从而在迁移过程中形成不同金属形态的梯度带而对其分离分析；优化细胞培养过程以调控微生物细胞表面的官能团数量和种类，从而控制特定官能团在磁场存在下对特定金属形态的选择性结合；研究外磁场存在下活细胞对不同磁性的金属离子的表面吸附以及代谢过程的影响，探索金属形态分离的可能条件，同时研究活细胞对特定金属形态的代谢动力学及其与形态的关系；探索含顺磁性或铁磁性组分的金属蛋白质与其他金属蛋白组分的分离。

本项目系统研究了生物细胞的表面调控或改性及其与特定金属形态或蛋白质的相互作用及在相关组分萃取分离和形态分析中的应用：(1) 探索了对细胞表面进行调控的方法和技术，包括改变细胞表面的化学键合状态、在细胞表面引入可对特定形态提供特殊选择性的功能团或载体、改变或控制细胞表面的基因表达模式或状态以提供特定选择性、将细胞表达的特定蛋白固定化并实现对某一特定金属或形态的选择性等。研究了在特定物理场（如外磁场）中细胞表面的特定功能团对金属形态的作用，探讨了金属离子及其形态在磁场中与细胞表面的相互作用导致的吸附分离性能。(2)枯草芽孢杆菌表面通过Fe(III)孵化形成水合氧化铁纳米粒子，形成的复合物对无机砷形态的吸附容量大幅提高，且其对As(V)表现突出的选择性；(3) 将蓝藻金属硫蛋白固定化在氧化石墨烯表面，形成的复合物对亲硫金属镉表现突出的选择性吸附，对共存金属组分的耐受浓度提高1-80万倍；(4) 利用微生物表面展示技术，将镉结合短肽展示于酵母表面。这种表面展示酵母对镉的吸附容量提高2.5倍，对共存离子的耐受浓度提高25-1000倍；(5) 通过细胞工程手段将砷选调节结合蛋白ArsR表达在大肠杆菌细胞上，实现了对甲基砷的高选择性吸附，同时对一甲基砷和二甲基砷的吸附容量分别提高5.6倍和3.4倍；(6) 在碳纳米管表面修饰形成一层磷酸铁，功能化后对金属镉吸附的选择性提高5-100倍且吸附容量提高了近5倍；(7) 通过酯化反应对鸡蛋膜进行甲基化修饰，对无机砷As(V)的吸附容量提高200倍，同时，对As(V)具有超高选择性，As(V)/As(III)的选择性为256/1。通过在纤维素表面接枝L-半胱氨酸的功能化方法，显著提高了其对汞和甲基汞的吸附容量，且可结合原子荧光的冷-热原子化方式实现汞的形态分析。