本发明专利技术属于仿生合成领域，具体涉及一种利用表面展示外源蛋白合成的二氧化钛粉体及其制备方法和应用。所述二氧化钛粉体由内层的二氧化钛和包覆在其外层的碳化物组成；所述碳化物为表面展示有外源蛋白INP-nR5的细菌经高温热处理后的碳化产物。本发明专利技术利用细菌表面展示外源蛋白INP-nR5合成二氧化钛粉体，通过改变外源蛋白INP-nR5的重复序列片段，可以获得外层包覆有碳的棒状二氧化钛粉体；所述棒状二氧化钛粉体具有介孔结构、颗粒粒径小、外层包覆有碳，将其应用于制备锂离子电池负极材料，显示出了良好的储锂性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于仿生合成领域，具体涉及一种利用表面展示外源蛋白合成的二氧化钛 粉体及其制备方法和应用。
技术介绍
生物矿化是指生物体合成高度精细的有机-无机杂化结构的过程，其实质是生物 体内矿物生长的过程。在矿物生长的过程中，生物体内蛋白质起着至关重要的作用，例如骨 骼中的非胶原蛋白、贝壳中蛋白聚糖、硅藻中硅蛋白等。这些蛋白质不仅在生物体内的矿物 形成过程中起到作用，而且还能用于体外合成其它非生物体无机材料。将蛋白质用于指导 无机材料的合成，利用蛋白质来指导无机材料的合成具有以下几个优势：第一，相比于传统 的材料合成工艺技术，其反应条件更加温和；第二，对材料的合成精细可控，因为蛋白质可 影响产物的尺寸、形貌、化学性质等；第三，可赋予材料高度特异性或多功能性。 将蛋白质用于合成非生物体材料研究最多的是生物体海绵中的硅蛋白（silica protein，silicatein)和娃藻细胞壁中的亲娃蛋白（silica affinity，silaffin)。亲 硅蛋白，在硅藻细胞壁中含量丰富，含有大量的赖氨酸和精氨酸。Nils Kroger等人 首次使用亲硅蛋白的碳端（rSilC)在室温下获得了二氧化钛金红石相。随后，他们将 rSilC蛋白质通过层层自组装技术吸附在膜上，而rSilC分子本身聚集在一起形成纳 米畴，这样就可以作为模板来形成以及稳定纳米尺度的Ti02颗粒，还能有效阻止颗粒 间的聚集(Bioenabled Surface-Mediated Growth of Titania Nanoparticles, Adv. Mater. 2008, 20, 3274 - 3279)。亲硅蛋白本身还有很多重复片段，单个片段含有19个氨基 酸，称为R5。 若直接从生物体提取蛋白质的步骤繁琐，产量少，纯度也不高。分子生物的发展解 决了这一问题，因为采用该技术可以合理的设计所需要的蛋白质，再通过表达纯化来获得 高纯度的目的蛋白质。不过表达纯化也有缺点，可能目的蛋白质具有疏水性，在纯化后易于 团聚形成包涵体。表面展示技术能有效的克服这一困难，将目的蛋白质展示在生物体表面 后，生物体本身也可以作为模板，这样获得的产物不再是单一的颗粒，而是具有多尺度的空 间结构。 表面展示分为噬菌体表面展示和细菌表面展示。研究工作大多通过基因工程改 造，使得目的蛋白质展示在噬菌体衣壳蛋白上，或者大肠杆菌外膜上。细菌表面展示相比于 噬菌体表面展示，具有以下优势：第一，更准确的控制蛋白质在表面的分布密度，这样更利 于控制材料在表面的形成；第二，可以随意选择有模板活性的目的蛋白质展示；第三，具有 更加宽泛的温度适应性，更有利于化学反应；第四，可宏量制备。目前，还没有专利或研究论 文报道使用表面展示的方法来制备二氧化钛，并将其应用于锂离子电池。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，目的在于提供一种利用表面展示外源蛋白合成的二 氧化钛粉体及其制备方法和应用。 为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为： -种细菌表面展示外源蛋白INP-nR5,包括冰核蛋白域INP和功能蛋白域nR5,其 中η为5、3、2、1;所述外源蛋白INP-5R5的氨基酸序列如SEQ ID N0. 2所示；所述外源蛋白 INP-3R5的氨基酸序列如SEQ ID N0. 4所示；所述外源蛋白INP-2R5的氨基酸序列如SEQ ID N0. 6所示；所述外源蛋白INP-R5的氨基酸序列如SEQ ID N0. 8所示。 -种利用上述细菌表面展示外源蛋白INP_nR5合成的二氧化钛粉体，由内层的二 氧化钛和包覆在其外层的碳化物组成；所述碳化物为表面展示有外源蛋白INP-nR5的细菌 经高温热处理后的碳化产物。 上述方案中，所述二氧化钛粉体为棒状结构的二氧化钛粉体，具有介孔结构，所述 介孔的孔径为3~5nm。 上述方案中，所述二氧化钛粉体的粒径为5nm~20nm。 上述利用细菌表面展示外源蛋白INP_nR5合成二氧化钛粉体的制备方法，包括如 下步骤： (1)采用PCR扩增方法获得外源蛋白INP-5R5的编码基因，并通过限制性内切酶作 用，使编码基因和pET-28a质粒环暴露出相同的粘性末端，再在DNA连接酶的作用下将两者 连接，构建得到含外源蛋白INP-5R5的重组质粒pET(INP-5R5);采用反向PCR技术在已经 构建好的重组质粒pET(INP-5R5)上删除其中的R5片段，分别获得含外源蛋白INP-R5的重 组质粒pET(INP-R5)、含外源蛋白INP-2R5的重组质粒pET(INP-2R5)、含外源蛋白INP-3R5 的重组质粒pET(INP-3R5); (2)将重组质粒 pET (INP-5R5)、pET (INP-3R5)、pET (INP-2R5)或 pET (INP-R5)转 入感受态细胞大肠杆菌中，并使外源蛋白5R5、3R5、2R5或R5在大肠杆菌外膜展示表达； (3)将外源蛋白表达后的大肠杆菌加入到二（2-羟基丙酸）二氢氧化二铵合钛溶 液中，在磁力搅拌条件下反应，反应完成后的产物离心、洗涤后冷冻干燥，冷冻干燥后的产 物通过高温热处理后得到二氧化钛粉体。 上述方案中，步骤（3)所述磁力搅拌条件反应为：首先在30°C~37°C条件下反应 20h~24h，再升温至80°C继续反应20h~24h。 上述方案中，步骤（3)所述高温热处理为：将冷冻干燥后的产物置于空气气氛或 Ar气氛中，550°C~650°C条件下处理4~8h。 上述利用细菌表面展示外源蛋白INP_nR5合成的二氧化钛粉体在锂离子电池中 的应用。 本专利技术所述的二氧化钛粉体与超级导电碳、PVDF以质量比7 :2 :1混合均匀后，可 以作为锂离子电池负极材料使用。 本专利技术中采用分子生物技术将跨膜蛋白（INP)与功能蛋白（5R5)结合起来得到重 组蛋白INP-5R5,该蛋白质包含冰核蛋白域（INP)和功能蛋白域（5R5)，冰核蛋白域能实现 跨膜运动，并锚定在细菌外膜上，功能蛋白域（5R5)可以与外界环境接触；功能蛋白域能与 环境中的钛源相互作用（主要是静电作用）可吸引二氧化钛前驱体沉积在细菌表面；再通 过热处理方法，获得粒径小、分布均匀的二氧化钛粉体。同时，本专利技术通过改变与环境接触 的功能蛋白域的重复片段数目（31?5、21?5、1?5)，还可获得不同粒径的二氧化钛粉体。 本专利技术的有益效果：本专利技术利用细菌表面展示外源蛋白INP_nR5合成二氧化钛粉 体，通过改变外源蛋白INP-nR5的重复序列片段，可以获得外层包覆有碳的棒状二氧化钛 粉体；所述棒状二氧化钛粉体具有介孔结构、颗粒粒径小、外层包覆有碳，将其应用于制备 锂离子电池负极材料，显示出了良好的储锂性能。【附图说明】 图1为本专利技术实施例1中外源蛋白INP-5R5在大肠杆菌表面展示后SDS-PAGE图 谱，泳道1为marker，泳道2为对照组，泳道3为外源蛋白INP-5R5。 图2为本专利技术实施例2中外源蛋白INP-R5、外源蛋白INP-2R5、外源蛋白INP-3R5 在大肠杆菌表面展示后SDS-PAGE图谱，泳道1为marker，泳道2、4、6为对照组，泳道3、5、7 分别为外源蛋白INP-R5、外源蛋白INP-2R5、外源蛋白INP-本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种细菌表面展示外源蛋白INP‑nR5，其特征在于，包括冰核蛋白域INP和功能蛋白域nR5，其中n为5、3、2、1；所述外源蛋白INP‑5R5的氨基酸序列如SEQ ID NO. 2所示；所述外源蛋白INP‑3R5的氨基酸序列如SEQ ID NO. 4所示；所述外源蛋白INP‑2R5的氨基酸序列如SEQ ID NO.6所示；所述外源蛋白INP‑R5的氨基酸序列如SEQ ID NO. 8所示。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：傅正义，平航，谢浩，王为民，王皓，王玉成，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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