專利名稱：嗜鹽菌光敏蛋白-二氧化鈦納米管復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種嗜鹽菌光敏蛋白-二氧化鈦納米管復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
菌紫質(zhì)是一種具有光功能的蛋白質(zhì)，是迄今為止所知道的最簡(jiǎn)單的光驅(qū)動(dòng)質(zhì)子泵。菌紫質(zhì)吸收光子后，迅速?gòu)陌颠m應(yīng)狀態(tài)變?yōu)楣膺m應(yīng)狀態(tài)，發(fā)生反式視黃醛分子的異構(gòu)變化和質(zhì)子化、去質(zhì)子化，光循環(huán)過(guò)程中出現(xiàn)了一系列光學(xué)可分辨的中間態(tài)K、L、M、N、 0，最后回到初始態(tài)。在此循環(huán)過(guò)程中，菌紫質(zhì)在胞外釋放質(zhì)子，又從胞內(nèi)攝取質(zhì)子，建立膜兩側(cè)的電勢(shì)差，即光電壓，在電流計(jì)上可以測(cè)量到光電流信號(hào)。細(xì)菌視紫紅質(zhì)既可以利用光能合成腺苷三磷酸(ATP)，類似于光合作用的功能，也可以在無(wú)光情況下進(jìn)行氧化磷酸化，進(jìn)行細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖。由于菌視紫紅質(zhì)在紫膜中有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和功能，所以無(wú)論在光能轉(zhuǎn)換機(jī)理研究方面，還是作為納米生物材料的應(yīng)用方面都具有十分重要的意義。紫膜的結(jié)構(gòu)和功能的特點(diǎn)，決定了紫膜材料可作為優(yōu)良的納米生物材料之一。它結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性是一般的生物材料不可能達(dá)到的。也許由于二維六角型晶格結(jié)構(gòu)的緣故， 在器件所要求的干膜狀態(tài)下，紫膜可以在一 30°C到140°C的狀態(tài)下不失去活性，此時(shí)一般的蛋白質(zhì)早已變性。紫膜作為納米生物材料可用于構(gòu)造生物分子器件的內(nèi)在原因在于第一，光驅(qū)動(dòng)質(zhì)子泵的功能可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能和電能；第二，光照產(chǎn)生的分子內(nèi)的電荷分離產(chǎn)生的光電特性可制成光電子器件；第三，細(xì)菌視紫紅質(zhì)光循環(huán)中間體之間產(chǎn)生的光致變色特性可用于光子器件。紫膜在嗜鹽菌原生質(zhì)膜上以碎片形式存在，直徑大約為0. 5微米，厚度5納米，它與原生質(zhì)膜上其余部分紅膜共面。碎片中的唯一蛋白質(zhì)細(xì)菌視紫紅質(zhì)以三體形。當(dāng)細(xì)菌視紫紅質(zhì)在大腸桿菌中異元表達(dá)時(shí)，視紫紅質(zhì)也是位于膜上，在通常的研究方法中是通過(guò)加去垢劑的方法使膜上的蛋白溶解下來(lái)，但去垢劑往往十分昂貴，難以用于實(shí)際的工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)中。半導(dǎo)體光催化技術(shù)在利用太陽(yáng)能方面有著廣泛的應(yīng)用前景。在眾多的氧化物半導(dǎo)體光催化材料中，Τ 02以其光誘導(dǎo)下的強(qiáng)氧化性、無(wú)毒和長(zhǎng)期穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)在凈化環(huán)境方面表現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景。但是，Ti02光催化材料的光生電子-空穴對(duì)復(fù)合幾率較高；另一方面，銳鈦礦型Ti02對(duì)太陽(yáng)光的利用率低，這嚴(yán)重阻礙了 Ti02光催化材料的工業(yè)化推廣和應(yīng)用。近十幾年來(lái)，世界各國(guó)的科技工作者一直在努力地探索多種制備方法和改性手段以求提高Ti02光催化效率和對(duì)太陽(yáng)光的利用率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種嗜鹽菌光敏蛋白_ 二氧化鈦納米管復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明中的嗜鹽菌光敏蛋白-二氧化鈦納米管復(fù)合材料結(jié) 構(gòu)為在鈦金屬基體表面生長(zhǎng)有一層Ti02納米管陣列，在所述的Ti02納米管陣列中Ti02納米管內(nèi)存在嗜鹽菌光敏蛋白，所制備的Ti02納米管陣列膜層厚度約4微米，納米管的管徑大小在20-70nm之間。嗜鹽菌光敏蛋白-二氧化鈦納米管復(fù)合材料制備方法通過(guò)轉(zhuǎn)化質(zhì)粒的方法改造大腸桿菌，使其大量表達(dá)視紫紅質(zhì)蛋白。超聲破碎菌體后用β-巰基乙醇和肌氨酰將膜蛋白提取出，之后用TritonX-IOO處理。復(fù)合材料的制備方法是將二氧化鈦納米材料放入蛋白溶液中，抽真空處理一段時(shí)間，之后低溫脫水處理，得到嗜鹽菌光敏蛋白_ 二氧化鈦納米管復(fù)合材料。在本發(fā)明中通過(guò)加入0. 01%β -巰基乙醇和10%的肌氨酰的方法，在破碎并離心后的上清中也看到了紫紅色，說(shuō)明有視紫紅質(zhì)蛋白從膜上溶解下來(lái)，這與不加0.01%β-巰基乙醇和10%的肌氨酰而直接破碎并離心后的上清顏色有明顯的不同。0. 01%β -巰基乙醇和 10%的肌氨酰價(jià)格低廉，有大規(guī)模使用于生產(chǎn)中的前景。通過(guò)在Ti02納米管陣列中嵌入嗜鹽菌光敏蛋白來(lái)實(shí)現(xiàn)材料的光電轉(zhuǎn)換特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在10°C條件下進(jìn)行脫水處理后，該材料具有良好的可見(jiàn)光響應(yīng)能力，能有效地減少光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合幾率，提高Ti02納米管陣列的光電響應(yīng)。
圖1為掃描電子顯微鏡下的TiO2納米管陣列圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述 實(shí)施例1
將含有PET28aJ56質(zhì)粒的大腸桿菌Rossetta菌株用劃線法接種于含卡納抗生素的滅過(guò)菌的LB固體培養(yǎng)基中。24小時(shí)后挑單克隆，接種于5ml含卡納抗生素的LB液體培養(yǎng)液中，200rpm，37°C培養(yǎng)24小時(shí)進(jìn)行活化。將Iml活化培養(yǎng)好的大腸桿菌轉(zhuǎn)接到250ml的LB 液體培養(yǎng)基中進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。將擴(kuò)大培養(yǎng)好的大腸桿菌按照20ml的接種量轉(zhuǎn)接到2L的 LB液體培養(yǎng)基中，37°C、200rpm培養(yǎng)2_3個(gè)小時(shí)，期間經(jīng)常測(cè)菌液在600nm處的吸光度OD 值，直至OD值達(dá)0. 6時(shí)在菌液中加入IPTG至終濃度ImM，加0. 5%的視黃醛，37°C誘導(dǎo)4個(gè)小時(shí)。將已誘導(dǎo)表達(dá)視紫紅質(zhì)蛋白的菌液4000rpm離心20分鐘，收菌體。向沉淀中加入 0. 01% β -巰基乙醇和10%的肌氨酰，重懸菌體，200W超聲破碎約30分鐘。12000rpm離心 20min,回收上清液。上清液加入0. 5%TritonX-100,混勻，終止β -巰基乙醇和肌氨酰的作用，最終得到視紫紅質(zhì)蛋白溶液。將二氧化鈦納米材料放入蛋白溶液中，抽真空處理30min， 之后10°C脫水處理，得到嗜鹽菌光敏蛋白-二氧化鈦納米管復(fù)合材料，參見(jiàn)圖1。上述LB培養(yǎng)基PH為7.0，固體培養(yǎng)基加6%瓊脂；滅菌條件為121°C，0. IMPa， 20min ；卡納濃度為千分之一。上述二氧化鈦納米材料是在鈦金屬基體表面制備一層TiO2納米管陣列，所制備的 TiO2納米管陣列膜層厚度約4微米，納米管的管徑大小在20-70 nm之間。實(shí)施例2將含有PET28aJ56質(zhì)粒的大腸桿菌Ro ssetta菌株用劃線法接種于含卡納抗生素的滅過(guò)菌的LB固體培養(yǎng)基中。24小時(shí)后挑單克隆，接種于IOml含卡納抗生素的LB液體培養(yǎng)液中，200rpm，37°C培養(yǎng)24小時(shí)進(jìn)行活化。將2ml活化培養(yǎng)好的大腸桿菌轉(zhuǎn)接到250ml的 LB液體培養(yǎng)基中進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)。將擴(kuò)大培養(yǎng)好的大腸桿菌按照IOml的接種量轉(zhuǎn)接到2L 的LB液體培養(yǎng)基中，37°C、200rpm培養(yǎng)2_3個(gè)小時(shí)，期間經(jīng)常測(cè)菌液在600nm處的吸光度 OD值，直至OD值達(dá)0. 5時(shí)在菌液中加入IPTG至終濃度ImM，加0. 5%的視黃醛，37°C誘導(dǎo)4 個(gè)小時(shí)。將已誘導(dǎo)表達(dá)視紫紅質(zhì)蛋白的菌液4000rpm離心20分鐘，收菌體。向沉淀中加入 0. 01% β -巰基乙醇和10%的肌氨酰，重懸菌體，250W超聲破碎約20分鐘。12000rpm離心 20min,回收上清液。上清液加入0. 5%TritonX-100,混勻，終止β -巰基乙醇和肌氨酰的作用，最終得到視紫紅質(zhì)蛋白溶液。將二氧化鈦納米材料放入蛋白溶液中，抽真空處理40min， 之后10°C脫水處理，得到嗜鹽菌光敏蛋白-二氧化鈦納米管復(fù)合材料。上述LB培養(yǎng)基PH為7.0，固體培養(yǎng)基加6%瓊脂；滅菌條件為121°C，0. IMPa， 20min ；卡納濃度為千分之一。上述二氧化鈦納米材料是在鈦金屬基體表面制備一層TiO2納米管陣列，所制備的 TiO2納米管陣列膜層厚度約4微米，納米管的管徑大小在20-70 nm之間。實(shí)施例3
將含有PET28aJ56質(zhì)粒的大腸桿菌Rossetta菌株用劃線法接種于含卡納抗生素的滅過(guò)菌的LB固體培養(yǎng)基中。24小時(shí)后挑單克隆，接種于5ml含卡納抗生素的LB液體培養(yǎng)液中，200rpm, 37°C培養(yǎng)24小時(shí)進(jìn)行活化。將5ml活化培養(yǎng)好的大腸桿菌轉(zhuǎn)接到2L的LB液體培養(yǎng)基中，37°C、200rpm培養(yǎng)6_8個(gè)小時(shí)，期間經(jīng)常測(cè)菌液在600nm處的吸光度OD值，直至 OD值達(dá)0. 4時(shí)在菌液中加入IPTG至終濃度ImM，加0. 5%的視黃醛，37°C誘導(dǎo)4個(gè)小時(shí)。將已誘導(dǎo)表達(dá)視紫紅質(zhì)蛋白的菌液4000rpm離心20分鐘，收菌體。向沉淀中加入0. 01%β -巰基乙醇和10%的肌氨酰，重懸菌體，200W超聲破碎約30分鐘。12000rpm離心20min，回收上清液。上清液加入0. 5%TritOnX-100，混勻，最終得到視紫紅質(zhì)蛋白溶液。將二氧化鈦納米材料放入蛋白溶液中，抽真空處理50min，之后10°C脫水處理，得到嗜鹽菌光敏蛋白-二氧化鈦納米管復(fù)合材料。上述LB培養(yǎng)基PH為7. 0，固體培養(yǎng)基加6%瓊脂；滅菌條件為121°C，0. IMPa, 20min ；卡納濃度為千分之一。上述二氧化鈦納米材料是在鈦金屬基體表面制備一層TiO2納米管陣列，所制備的 TiO2納米管陣列膜層厚度約4微米，納米管的管徑大小在20-70 nm之間。
權(quán)利要求
1.嗜鹽菌光敏蛋白-二氧化鈦納米管復(fù)合材料，其特征在于在鈦金屬基體表面生長(zhǎng)有一層TiO2納米管陣列，在所述的TiO2納米管陣列中TiO2納米管內(nèi)存在嗜鹽菌光敏蛋白。
2.嗜鹽菌光敏蛋白-二氧化鈦納米管復(fù)合材料制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟步驟1)將含有PET28aJ56質(zhì)粒的大腸桿菌Rossetta菌株接種于LB液體培養(yǎng)基中進(jìn)行活化培養(yǎng)；步驟2)將活化培養(yǎng)好的大腸桿菌按照1-10%(ν/ν)的接種量轉(zhuǎn)接到250ml的LB液體培養(yǎng)基中進(jìn)行擴(kuò)大培步驟3)將擴(kuò)大培養(yǎng)好的大腸桿菌按照1-10%(ν/ν)的接種量轉(zhuǎn)接到2L的LB液體培養(yǎng)基中，37°C、200rpm培養(yǎng)2-3個(gè)小時(shí)，至0D600nm達(dá)0. 6步驟4)在菌液中加入IPTG至終濃度ImM，加0. 5%的視黃醛，37°C誘導(dǎo)4個(gè)小時(shí)； 步驟5) 4000rpm離心20分鐘，收菌體；步驟6)在離心后的沉淀中加入0. 01%β -巰基乙醇和10%的肌氨酰，重懸菌體，200W超聲破碎越30分鐘；12000rpm離心20分鐘，回收上清液；步驟7)上清液加入0. 5%TritOnX-100，得到視紫紅質(zhì)蛋白溶液； 步驟8)將二氧化鈦納米材料放入蛋白溶液中，抽真空處理一段時(shí)間，之后低溫脫水處理，得到嗜鹽菌光敏蛋白_ 二氧化鈦納米管復(fù)合材料；所述的二氧化鈦納米材料是在鈦金屬基體表面制備一層TiO2納米管陣列。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種嗜鹽菌光敏蛋白-二氧化鈦納米管復(fù)合材料及其制備方法。光敏蛋白為嗜鹽古菌視紫紅質(zhì)蛋白，通過(guò)改造大腸桿菌，使其大量表達(dá)視紫紅質(zhì)蛋白。超聲破碎菌體后用β-巰基乙醇和肌氨酰將膜蛋白提取出，之后用TritonX-100處理。復(fù)合材料的制備方法是將二氧化鈦納米材料放入蛋白溶液中，抽真空處理一段時(shí)間，之后低溫脫水處理，得到嗜鹽菌光敏蛋白-二氧化鈦納米管復(fù)合材料。本發(fā)明所涉及的工藝流程簡(jiǎn)單，所用試劑價(jià)格低廉，該材料具有良好的可見(jiàn)光響應(yīng)能力，能有效地減少光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合幾率，提高TiO2納米管陣列的光電響應(yīng)，在光電器件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C12P21/00GK102332532SQ20111028706
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者吳敏, 朱旭芬, 李宇波, 楊麗娜, 楊杭生 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)