一种以微生物细胞分泌液为还原剂制备硅纳米空心球的方法

摘要

本发明公开了一种以微生物细胞分泌液为还原剂制备硅纳米空心球的方法，包括以下步骤：（1）将酿酒酵母菌、黄色短杆菌、大肠杆菌、黄曲霉菌、绿脓杆菌或烟曲霉菌接种于YPD培养基、LB培养基、CA培养基或马铃薯葡萄糖琼脂培养基中培养12h-14d，离心除去细胞得到上层清液细胞分泌液；（2）取细胞分泌液并加入K

说明书

技术领域

本发明属于硅纳米材料的合成技术领域，具体涉及一种以微生物细胞分泌液为还原剂制备硅纳米空心球的方法。

背景技术

纳米材料是指因几何尺寸达到了纳米尺度（1-100nm）而具有强烈的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，在光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面显示出许多奇异特性的材料，被誉为21世纪的新材料。因此纳米材料的制备、性质等的研究成为近20年来国内外的研究热点之一。硅是地壳中除氧外含量最多的元素，是人体必需的微量元素之一，它还是调节植物与其他生物之间相互关系所必需的化学元素。高纯的单晶硅是重要的半导体材料，是太阳能电池、二极管、各种集成电路的原材料。由于硅的耐高温性，它还是金属陶瓷、宇宙航天的重要材料。有机硅由于兼备了无机材料与有机材料的性能，并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性，广泛应用于航空航天、电子电气、建筑、运输、化工、纺织、食品、轻工、医疗等行业。硅量子点由于其性质不活泼、丰富、经济、无毒等优点，被广泛应用于生物医学领域。但是目前用化学法合成硅的方法主要有：实验室可用镁粉在赤热条件下还原粉状二氧化硅，但是这种方法制得的是不够纯净的无定形硅棕黑色粉末。工业生产中在电弧炉中以石油焦和木炭为还原剂还原硅石可得到晶体硅。高纯的半导体硅可在1200℃的热硅棒上用氢气还原高纯的三氯氢硅SiHCl或SiCl₄制得。超纯的单晶硅可通过直拉法或区域熔炼法等制备。然而这些制备方法普遍存在成本较高，危险性大，易造成环境污染等缺点。

研究操作简单、经济实用、重现性好及绿色可控的无机纳米材料合成方法一直是纳米科技领域追求的目标。随着纳米生物合成的发展，利用微生物细胞分泌液为反应基质合成无机纳米材料已经渐渐受到人们的广泛关注。微生物细胞分泌液由于富含丰富的酶，可用作一种天然的还原剂，但是相关报道大多是还原贵金属，至今未见以微生物细胞分泌液为还原剂制备半导体非金属空心球的相关报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种以微生物细胞分泌液为还原剂制备硅纳米空心球的方法，该方法运用一步还原法，制得的硅纳米球粒径均一，分散性好，具有很好的生物相容性，并且制备过程简单，经济环保，有效，安全，符合大规模生产和绿色化学的要求。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种以微生物细胞分泌液为还原剂制备硅纳米空心球的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将酿酒酵母菌、黄色短杆菌、大肠杆菌、黄曲霉菌、绿脓杆菌或烟曲霉菌接种于YPD培养基、LB培养基、CA培养基或马铃薯葡萄糖琼脂培养基中培养12h-14d，离心除去细胞得到上层清液细胞分泌液；（2）取细胞分泌液并加入K₂SiF₆或Na₂SiO₃，其中K₂SiF₆或Na₂SiO₃的摩尔浓度为0.011mol/L，置于摇床中于20-37℃恒温震荡16-72h，震荡速率为100-300r/min，离心收集底部沉淀，洗涤，干燥后得到平均粒径为200nm的硅纳米空心球。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、反应还原剂为微生物细胞分泌液，操作简单，条件温和，环境友好；

2、合成的硅纳米空心球粒径均一，分散性好；

3、合成的硅纳米颗粒产率高，纯度相对较高；

4、对生物合成的发展起到了一定的推动与促进作用，为以后此类合成提供理论指导和方法借鉴。

总之，本发明具有绿色环保，操作简单，经济，生物相容性好等一系列优点。

附图说明

图1是本发明实施例1制得的硅纳米空心球的XRD图，图2是本发明实施例1制得的硅纳米空心球的HRTEM图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

将酿酒酵母菌菌落接种于YPD培养基中培养24h，离心除去细胞，得到上层清液细胞分泌液；取细胞分泌液200mL，加入0.0022mol的K₂SiF₆，置于摇床中于30℃恒温震荡48h，震荡速率为150r/min，离心收集底部沉淀，洗涤，干燥得到硅纳米空心球。图1是本实施例制得的硅纳米空心球的XRD图谱，由图可知制得的产品与硅单质的XRD图谱一致，图2是本实施例制得的硅纳米空心球的HRTEM图，由图可知制得的单质硅是平均粒径为200nm的空心球。

实施例2

将黄色短杆菌菌落接种于YPD培养基中培养24h，离心除去细胞，得到上层清液细胞分泌液；取细胞分泌液200mL，加入0.0022mol的K₂SiF₆，置于摇床中于20℃恒温震荡60h，震荡速率为100r/min，离心收集底部沉淀，洗涤，干燥得到平均粒径为200nm的硅纳米空心球。

实施例3

将大肠杆菌菌落接种于LB培养基中培养72h，离心除去细胞，得到上层清液细胞分泌液；取细胞分泌液200mL，加入0.0022mol的Na₂SiO₃，置于摇床中于25℃恒温震荡24h，震荡速率为200r/min，离心收集底部沉淀，洗涤，干燥得到平均粒径为200nm的硅纳米空心球。

实施例4

将黄曲霉菌菌落接种于CA培养基中培养60h，离心除去细胞，得到上层清液细胞分泌液；取细胞分泌液200mL，加入0.0022mol的Na₂SiO₃，置于摇床中于25℃恒温震荡40h，震荡速率为200r/min，离心收集底部沉淀，洗涤，干燥得到平均粒径为200nm的硅纳米空心球。

实施例5

将绿脓杆菌菌落接种于LB培养基中培养12h，离心除去细胞，得到上层清液细胞分泌液；取细胞分泌液200mL，加入0.0022mol的K₂SiF₆，置于摇床中于37℃恒温震荡72h，震荡速率为120r/min，离心收集底部沉淀，洗涤，干燥得到平均粒径为200nm的硅纳米空心球。

实施例6

将烟曲霉菌菌落接种于马铃薯葡萄糖琼脂培养基中培养14天，离心除去细胞，得到上层清液细胞分泌液；取细胞分泌液200mL，加入0.0022mol的Na₂SiO₃，置于摇床中于35℃恒温震荡16h，震荡速率为300r/min，离心收集底部沉淀，洗涤，干燥得到平均粒径为200nm的硅纳米空心球。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。