磁性纳米颗粒介导分离技术筛选土壤中多氯联苯降解菌及其降解特性

【背景】磁性纳米颗粒介导分离(magnetic nanoparticle-mediated isolation,MMI)技术是近年来发展起来的一种无须底物标记就能从复杂菌群中分离活性功能微生物的方法,目前尚无研究报道该技术应用于难降解污染物3,3′,4,4′-四氯联苯(3,3′,4,4′-tetrachlorobiphenyl,PCB77)。【目的】从土壤中筛选PCB77活性降解菌并研究其污染物降解特性。【方法】利用磁性纳米颗粒(magnetic nanoparticles,MNPs)富集原位活性PCB77降解菌群,通过高通量测序分析细菌群落变化,经平板筛选得到PCB77降解菌,并研究其对多氯联苯和多溴联苯醚的降解特性。【结果】基于MMI技术获取的富集培养液能够高效地转化PCB77,与对照组相比底物降解效率从6%提升至79.3%,同时该富集培养液中细菌物种多样性显著降低,群落组成发生明显变化。从对照组和MMI处理组中分别筛选到PCB77降解菌红球菌CT2和类芽孢杆菌MT2,发现红球菌为对照组中唯一的优势物种,而MMI处理组的优势物种由红球菌和类芽孢杆菌共同组成。菌株MT2对PCB77具有优异的降解能力,唯一碳源条件下对PCB77的降解率高达65.2%,接近于富集菌群的降解效果,并显著高于菌株CT2(26.3%)。同时,菌株MT2也对多种多氯联苯和多溴联苯醚表现出相对更好的降解效果。【结论】通过MMI技术有效富集出PCB77的高效降解菌群,并从中筛选到多氯联苯高效降解菌Paenibacillus sp.MT2,为发展高效的多氯联苯污染土壤生物修复技术提供了理论参考。

磁性纳米分离技术在食源性致病菌快速检测中的应用

食源性致病菌是导致食源性疾病的重要因素,对食品安全和人类健康造成了严重危害,是全球卫生保健系统面临的一个巨大挑战。受污染的食品基质复杂且早期致病菌浓度低,干扰了现有检测手段的灵敏度。通常使用传统的增菌培养能提高致病菌的浓度以满足检测需求,但其过程耗时、费力,不能满足市场监管部门快速检测的需要。为了准确检测前期污染食品中的致病菌,保障食品安全,迫切需要食源性致病菌分离富集的有效手段。近年来磁性纳米粒子被广泛研究,通过在其表面修饰能特异性结合致病菌的识别元件,能够对复杂食品基质中的致病菌进行有效的分离富集,结合现有的高灵敏度检测手段,可快速对食源性致病菌进行早期检测。本文主要综述了磁性纳米分离技术、磁性纳米粒子与识别元件的偶联方式、识别元件的种类及结合检测手段的应用情况,以期为食源性致病菌快速检测方法的开发提供参考。

功能化硅壳磁性纳米颗粒亲和吸附介质靶向分离蛋白质研究

基于溴化氰修饰方法在硅壳磁性纳米颗粒表面修饰功能性生物分子,获得功能化硅壳磁性纳米颗粒亲和吸附介质。以胰蛋白酶-胰蛋白酶抑制剂作为模式亲和对,基于酶和抑制剂之间的特异性结合原理,首先考察了胰蛋白酶抑制剂的修饰对硅壳磁性纳米颗粒粒径和电位的影响及其修饰效率,然后利用胰蛋白酶抑制剂修饰的硅壳磁性纳米颗粒亲和吸附介质对简单模型蛋白质混合溶液以及胰脏组织中的胰蛋白酶进行靶向分离。该研究基于硅壳磁性纳米颗粒的内核磁性及表面生物修饰,为蛋白质分离提供了一种新型亲和吸附介质。

新型磁性分子印迹纳米颗粒用于蛋白质分离

由于具有构效预定性、特异识别性、广泛实用性三大特性，分子印迹技术在分析化学中发挥着越来越大的作用。磁性纳米颗粒在外加磁场下能迅速地定位、分离，在生物医学、磁分离等诸多领域受到广泛关注。将分子印迹技术与磁性纳米颗粒结合，制备具有生物分子识别能力的磁性分子印迹复合纳米颗粒，在生化、医学领域具有非常广阔的应用前景。

磁性纳米颗粒在分离膜中的应用进展

磁性纳米颗粒除了具有大比表面积和亲水性等特点外,还具有良好的超顺磁性及磁导向性等磁学性能,可赋予分离膜磁性,在分离膜制备与改性中有巨大的应用潜力。总结了近年来磁性纳米颗粒在气体分离膜、超滤膜和纳滤膜等膜材料制备与改性中的应用现状,将磁性纳米颗粒引入膜体能够调控膜的微结构,提升膜的亲水性、分离性能及抗污染能力等性能,未来的主要研究方向是合成高稳定性、易分散及表面功能化的磁性纳米颗粒,充分利用其磁学性能进一步调控膜的微结构和分离性能,拓宽膜的应用范围。

磁性纳米颗粒在环境生物技术领域的应用

随着社会经济的发展,工农业等过程对环境造成污染的日益严重,对人体健康也会造成危害。近年来出现了许多新兴的环境污染处理技术,这些新兴技术能够对污染物进行高效修复,对环境污染小,成为当前国内外各专家学者的研究热点。磁性纳米颗粒具有小尺寸效应、表面效应以及磁学性质等特性,对污染物的吸附具有强化作用。环境生物技术处理效率高、无二次污染,也被广泛应用到环境治理中。文章介绍了磁性纳米颗粒的制备及其在水生物处理、土壤生物修复以及环境监测技术中的研究进展和应用,分析了纳米-生物联合技术的优势和缺陷及其应用发展前景,以期为环境污染治理提供新的思路。

磁性纳米颗粒分离蛋白质的研究进展

蛋白质作为食品中的一种重要成分,其分离纯化技术受到许多科研工作者的关注。近年来,磁性纳米颗粒在蛋白质分离技术中的应用迅速发展,研究者们在磁颗粒表面上结合不同的基团,如螯合物、官能团、与模板蛋白对应的聚合物结构等,来实现对不同蛋白质的特异性分离和纯化。

基于磁性纳米颗粒和金纳米粒子构建DNA电化学生物传感技术

本文构建了一种基于纳米粒子、茎环DNA和丝网印刷电极(SPCE)的电化学生物传感技术用于乳腺癌基因的快速、灵敏检测。该传感技术中,探针DNA的两端分别标记了巯基和生物素,巯基用于与金纳米粒子(AuNPs)作用,生物素用于与磁性纳米颗粒(MNPs)表面修饰的链酶亲和素作用以达到富集的目的,之后利用SPCE进行电化学检测。无目标DNA存在时,双标记DNA保持茎环结构,使得生物素分子很难和MNPs上的亲和素接触。一旦加入目标DNA,茎环结构打开,生物素得以与MNPs上的链霉亲和素发生特异性结合,形成的复合物(MNPs-DNA-AuNPs)通过磁性富集到SPCE表面,从而获得AuNPs的电化学信号。该DNA电化学生物传感对单碱基错配有良好的分辨能力,完全互补DNA的检出限为8.0×10-13 mol/L。

基于磁性纳米颗粒微阵列技术的MT-2A基因启动子单核苷酸多态性分析

根据高通量检测手段对冶炼作业人群中金属硫蛋白MT-2A基因启动子核心区域进行单核苷酸多态性(SNP)分析。通过磁性纳米颗粒微阵列技术对冶炼作业工人(288例)的MT-2A基因启动子位点进行高通量SNP检测,并进行测序验证。结果表明:该冶炼作业人群中MT-2A基因启动子核心区域的3种基因型(AA,AG和GG)频率分别为87.4%,11.8%和0.8%,等位基因(A和G)频率分别为93.2%和6.8%。该人群MT-2A基因型与等位基因频率均符合Hardy-Weinberg遗传平衡检测(p>0.05)。最后,利用直接测序法对PCR产物进行测序,所得结果与SNP分析结果一致。

研究人员采用膜内纳米颗粒组装技术设计出新型分离膜

广东省科学院生态环境与土壤研究所研究员贺斌团队成功采用膜内纳米颗粒组装技术设计新型分离膜。作为采用压力驱动的分离体系,膜分离技术已广泛应用于污水处理、海水淡化、医药、食品等领域。为得到高性能分离膜,较为简单的方法是利用改性技术调控膜物理化学结构。改性方法中又以表面涂覆法最为简单高效,仅需负载特定功能涂层于膜表面或膜内即可实现。但涂层与膜材料之间往往存在相容性问题,大部分涂层与膜材料通过非共价键相互作用结合,在膜分离过程中高压、高剪切力的条件下无法稳定存在。

生物相容Fe_3O_4磁性纳米颗粒的合成及应用

总结了磁性Fe3O4纳米颗粒的制备方法,例如共沉淀法、高温热分解法、微乳液法、气、溶胶法及趋磁细菌合成法等,同时详细概述了生物相容磁性Fe3O4纳米微粒在生物活性物质的固定、修饰、分离、检测,靶向药物,癌症治疗及磁共振成像等生物医学方面的应用,并对前景进行了展望。

超顺磁性氧化铁纳米颗粒作为药物载体的研究进展

从20世纪70年代Freeman等第1个提出药物可在磁场下使用后．大量的研究争相改造和修饰磁性纳米颗粒，使其能更好地作为药物载体应用。近几十年研究发现，纳米技术联合药物对退行性疾病，如肿瘤、糖尿病和心血管疾病等的预防以及治疗有着不容忽视的作用。

Protein A磁性纳米颗粒载体的制备及应用

采用合成的表面氨基化磁性纳米颗粒,通过化学共价交联制备了葡萄球菌ProteinA磁性纳米颗粒载体(SPA-MP),探讨了载体制备的优化条件,根据生物分子特异性亲合作用原理,在外加磁场的定向控制下,通过亲和吸附、清洗和解吸附等操作,探讨了SPA-MP载体在抗体分离纯化领域的应用可行性。载体制备优化实验结果显示,通过改变蛋白质浓度、交联剂浓度和交联剂活化时间可以制备不同表面密度的SPA-MP载体。300μgSPA,2.5%(V/V)戊二醛浓度和3h的活化时间可以获取表面密度高达35mgSPA/g磁性纳米颗粒的载体。此外,应用结果显示每克SPA-MP磁性微球载体可以结合约15～18mg的CD25抗体,同时可有效地分离纯化人抗血清样品中的IgG抗体。

磁性纳米颗粒及其在生物医学领域中的应用

磁性纳米颗粒因其独特的超顺磁性质和纳米特性,在生物医学领域得到了日益广泛的应用。本文系统评述了磁性纳米颗粒的制备方法、表面改性及其在生物分离、靶向热疗、靶向给药以及核磁共振成像等生物医学领域中的应用,并对其应用前景进行了展望。

表面改性的纳米Fe3O4颗粒用于抗血清快速分离纯化

采用硅烷化试剂Si(OC_2H_5)_3C_3H_6NH_2(APTES)对纳米Fe_3O_4颗粒表面进行氨基化改性后,考察了不同浓度偶联剂戊二醛对于颗粒表面固定牛血清白蛋白(BSA)量的影响。此超顺磁性免疫铁颗粒(SPIO)加入兔抗BSA血清中特异性结合BSA抗体后,用Gly-HCl缓冲液洗脱得到IgG。结果表明当戊二醛浓度大于10%时,单位颗粒固定蛋白的量达到最大值约140μg/mg,10 min,15 mg的SPIO即可将1 mL抗血清完全分离,经过两次快速洗脱,颗粒表面吸附的抗体即可得到纯化;琼脂扩散实验表明分离后的抗体仍保持较高活性,SDS-PAGE电泳结果表明用此方法纯化后的兔抗BSA IgG纯度大于99%,比传统的(NH_4)_2SO_4法有了较大提高,但纯化量并没有减少;SPIO在经过五次重复利用后仍能保持78%以上的分离效果。

氨基化磁性纳米Fe_3O_4颗粒处理废水中重金属的应用

随着工业生产的快速发展,水体的重金属污染现象愈发严重。氨基功能化磁性纳米Fe_3O_4颗粒由于具有比表面积大,吸附效率高,易于磁分离和再生等特性,克服了传统吸附剂的局限性,已被广泛的应用于处理废水中的重金属。介绍了国内外针对去除不同重金属的氨基功能化磁性纳米Fe_3O_4的表面改性材料、功能化方法及其应用;简述并分析总结了氨基功能化磁性纳米Fe_3O_4颗粒去除水中重金属离子的影响因素及机理;对磁性纳米材料在去除废水中重金属领域应用发展进行了展望。

利用Fe_(3)O_(4)纳米颗粒磁分离去除水中小粒径微塑料

建立了微塑料(Microplastics, MPs)荧光定量分析方法,系统研究了Fe_(3)O_(4)纳米颗粒对水中聚苯乙烯MPs的磁性去除效果.结果表明,MPs浓度在本实验范围内(0.2~10.0mg/L)与荧光强度线性关系良好,相关系数均>0.9990,能准确测定不同粒径(100~1000nm)MPs的浓度.MPs初始浓度与Fe_(3)O_(4)纳米颗粒投加量对MPs去除效果具有影响.增加Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的投加量能够有效提升水中MPs的去除率,当Fe_(3)O_(4)投加量为12mg/L时,去除率可达90.8%.在低Fe_(3)O_(4)投加量时,MPs去除率随着MPs初始浓度增加而显著增加,显著性水平为0.015;但在中、高Fe_(3)O_(4)投加量时,初始浓度对去除效果影响很小,显著性水平分别为0.073和0.060.Fe_(3)O_(4)纳米颗粒对MPs的附着过程能够在180min内趋于平衡,整个动力学可通过拟一级或拟二级模型进行拟合.

基于Stoner-Wohlfarth模型磁性纳米颗粒的磁化反转

纳米磁性材料由于其特殊的磁学性能,近年来,在许多领域受到了广泛的应用。在基础理论研究中,人们提出了各种描述纳米磁性材料的理论;另一方面,计算机计算能力以及实验手段的提高,使得应用计算机进行材料设计以及探测单个纳米颗粒的磁学特性成为可能。这使得人们对纳米磁性材料的理解更加深入。本篇论文介绍了磁性纳米颗粒的磁化反转机制的基本理论与实验研究的最新进展。本文首先从磁性材料中基本的相互作用入手说明这些相互作用在纳米尺度下的表现形式,随后详细介绍了基于Stoner-Wohlfarth模型计算机模拟方法,最后简单介绍两种可以用来研究单个纳米颗粒磁化反转实验手段以及相关的实验结果。