[发明专利]一种细菌芽胞功能微球的制备方法与应用

说明书

本发明属于生物材料制备领域，涉及一种细菌芽孢功能微球的制备方法与应用。利用新的生化方法处理细菌芽孢，制备高分散性的功能微球，然后将纳米材料固定在处理后的芽孢表面，将其应用于不同的领域。发明的要点在于，收集培养3～10天浓度为10⁸～10¹¹cfu的细菌芽孢，经离心洗涤和超声处理，用胰蛋白酶液和去芽孢衣处理液处理，最后得到除去孢外壁和芽孢衣的表面光滑的细菌芽孢微球，用此微球负载金属纳米颗粒。本发明制备的功能微球机械刚性结构更加稳定，负载的纳米材料不易脱落，作为载体的性能更加稳定可靠。本发明还公开了所制备的芽孢微球在动物免疫检测材料中的应用。

技术领域

本发明属于生物材料制备技术领域，具体涉及一种细菌芽胞功能微球的制备方法与应用。

背景技术

功能性单分散微球在微机电系统、光电元件、生物传感器、环境分析和催化剂载体等方面具有极其广泛的应用前景^[1]。聚苯乙烯(polystyrene)是最常用的微球制备材料，通常采用化学法合成，如：乳胶聚合和沉淀聚合法等^[2]。但是，采用传统的搅拌和挤出技术想要制备外型、尺寸、表面和光学性质均一的微球却不是一件容易的事情^[3]。此外，化学合成方法不可避免地使用到对人体和环境有害的有机试剂等。

在微球表面修饰不同的活性基团如–NH2^[4]、–SH^[5]、–COOH^[6]、–CN^[7]及-OH等是制备功能性微球的关键：只有表面接有活性基团的功能性微球才能通过装载不同分子或材料发挥其独特功能，并最终应用到不同领域。目前，聚苯乙烯微球表面的修饰主要是通过化学反应(如嫁接和共聚反应)将特定功能基团键合到微球表面^[8]，其缺点是：往往需要多个复杂的处理步骤；在锚定过程中采用的化学试剂往往会对微粒的表面结构等性质等损伤，对人体和环境也存在潜在的危害等^[3]。。因此，发展一种环境友好、操作简单、低成本的方法，用以大量制备高度均一性功能化单分散微球具有重要的应用价值和研究意义^[9]。

农业微生物中有一类环境友好型芽胞杆菌如枯草芽胞杆菌、解淀粉芽胞杆菌、球形芽胞杆菌、巨大芽胞杆菌等，他们被广泛被用于制备饲料、肥料及水处理试剂等^[10]。由于芽胞杆菌产生的芽胞表面有弹性，具有厚、坚硬而含水量低的多层结构，因此对热、干燥、辐射、化学试剂和其他理化因素有较强的抗性，可以保持生命力达数十年之久。研究结果表明芽胞可以看成是天然的具有Core@shell结构的高分子微球，采用“芽胞”微球装载纳米材料有以下优点：(1)其表面富带有内生的各种活性基团(无需要复杂繁琐的表面活化程序和复杂的化学组装程序)；(2)可以采用发酵的方式大量生产，生产方式绿色环保、成本低；生命是一个高度有序的化学反应过程，可确保产生的“微球”的外形、光学特性以及表面性能上能保持高度统一；(3)芽胞坚硬的外壳可以确保微球性质稳定、不容易崩塌。

金属纳米颗粒由于其优良特性成为当前基础科学和应用研究的研究热点。但是，纳米颗粒大的比表面积和高的碰撞频率，使其具有很大的表面能，出现自发聚集倾向，从而影响纳米颗粒的稳定性，并最终失去固有的活性^[11]。此外，纳米颗粒的使用过程会导致意外的泄露和污染，且成本高，不便操作。将纳米材料固定到功能化单分散微球表面形成纳米复合材料不仅可以克服上述局限，并有可能由于协同效应产生新的性质和潜在应用前景。基于芽胞的独有特性，本发明探索出一种基于生物发酵的方法制备功能性单分散微球的新方法，分别在芽胞微球表面装载不同金属纳米材料，并成功用于催化有机化学反应及免疫分析测定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种新的生化方法处理细菌芽胞，制备高分散性的功能微球，然后将纳米材料固定在处理后的芽胞表面，将其应用于不同的研究领域。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：