能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料及制备和应用制造技术

本发明专利技术提供了一种能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料及制备和应用。所述的能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料，其特征在于，包括硅片以及形成于硅片表面的能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的硅纳米线阵列结构。本发明专利技术能够实现利用机械应力诱导细菌形貌伸长。

Materials, preparation and application of mechanical stress inducing bacteria to elongate the morphology of bacteria

The invention provides a material, preparation and application that can use mechanical stress to induce the elongated morphology of bacteria. The material that can induce bacterial morphology and elongation by mechanical stress is characterized by silicon wafer and silicon nanowire array structure formed on the surface of silicon, which can induce bacterial morphology and elongation by mechanical stress. The invention can make use of mechanical stress to induce the elongated morphology of bacteria.

【技术实现步骤摘要】
能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料及制备和应用
本专利技术属于纳米材料科学领域，具体涉及一类特殊形貌的硅纳米线阵列结构。
技术介绍
微生物的发酵以及生成生物质的分离是工业生物工程技术的重要组成部分。微生物的极小尺寸形貌(1-2μm)严重阻碍了微生物从发酵介质中的高效分离。传统的分离方法包括高耗能和低效率的未过滤和持续离心以及低效率的重力沉降。细菌形貌工程可以将短小的细胞转化为超长的丝状细菌，并且已成为简化下游分离的高效手段，且有利于体内物质的积累。绝大多数的细胞具有细胞壁结构，用以维持细胞形状并保护细胞免于渗透压裂解和外界压力。肽聚糖是细胞壁中主要的压力承载成分，提供机械强度以对抗渗透压和机械力。在不同的压力下，细胞分裂受信号通路的调节，表现出球状，长条状等不同细胞形貌。在分裂过程中，有多个蛋白参与，包括PBP3，FtsZ，RodZ，MinCD等。通过转基因生物工程，例如抑制PBP3活性，RodZ蛋白的过度表达，以及通过SulA的过度表达和MinCD激活来下调FtsZde的表达，可有效调控细胞形貌。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的纳米材料及方法，以解决细菌伸长技术单一的缺点，从而促进细菌形貌工程技术发展，提高下游生物工程的高效性。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料，其特征在于，包括硅片以及形成于硅片表面的能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的硅纳米线阵列结构。优选地，所述的硅纳米线的长度为5-8μm、直径为80-110nm，其长度方向垂直于硅片表面，相邻纳米线顶端之间相互依偎，形成团簇，纳米线的团簇之间相隔500-2500nm。本专利技术还提供了上述的能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料的制备方法，其特征在于，包括：清洗硅片、去除表面的氧化层、通过金属辅助化学刻蚀在硅片表面形成能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的硅纳米线阵列结构。优选地，所述的清洗硅片的具体步骤包括：将硅片浸泡于95％-98％以上的H2SO4和30wt％-40wt％H2O2以4∶1-3∶1体积比混合的溶液中，10-15分钟后取出并用去离子水清洗3-5次，然后将硅片依次用丙酮、酒精和去离子水超声清洗10-15分钟。更优选地，所述的硅片为提拉法制备的单晶晶圆片。优选地，所述的去除表面的氧化层的具体步骤包括将清洗干净的硅片浸泡于5％-10％HF中3-5min。优选地，所述的金属辅助化学刻蚀的具体步骤包括：将硅片用去离子水清洗后浸泡于镀银溶液55s-60s，取出后用去离子水冲洗，后放入含有4.8M-5MHF和0.3M-0.4MH2O2的溶液中18-20min，得到刻蚀后的硅片；将刻蚀后的硅片浸泡于浓硝酸中5-20min，以去除硅表面残留的Ag纳米颗粒，最后用去离子水清洗并用氮气吹干，在硅片表面形成能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的硅纳米线阵列结构，即得能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料。更优选地，所述的镀银溶液含有4.8M-5MHF和0.01M-0.015MAgNO3。本专利技术还提供了能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料的应用方法，其特征在于，包括：将转移质粒的大肠杆菌细胞置于能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料的表面，在室温下培养18-24小时。优选地，所述的转移质粒的大肠杆菌细胞为含pET-28a质粒的大肠杆菌或含pGEX-6p-1质粒的大肠杆菌。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术对制备的硅纳米线阵列材料进行表面形貌和致细菌伸长性能检测。SEM对其表面形貌表征，观测到无序的密集纳米线阵列，尺寸在7μm长，直径在80-110nm，相邻纳米线顶端之间相互依偎，形成团簇，纳米线的团簇之间相隔500-2500nm。表明这是一种新型的纳米线阵列结构。细菌培养完成之后，对纳米阵列表面的细菌形貌SEM表征显示，p-28a和6p-1大肠杆菌的形貌由常规的1-3μm转变成为50-200μm的超长丝状细胞，并且相互交织堆叠。细菌培养液的荧光染色分析观测到纳米结构表面的两种细菌表现超长的丝状细胞形貌，并且内部出现大量的隔膜，表明在外界的物理刺激作用下细胞的分裂受到抑制。附图说明图1蚀刻的硅晶片的表面的SEM图像：(a)蚀刻表面45°俯视图；(b)纳米线结构的45°角外侧面视图；图2经纳米Si表面培养后的细菌SEM不同放大倍数显微图像。(a)p-28a型放大倍数×1700；(b)6p-1型放大倍数×1700；(c)p-28a型放大倍数×15500；(d)6p-1型放大倍数×7200；图3在各种硅衬底上培养的细菌的Hoechst和FM4-64染色(a)在硅纳米线阵列上培养的p-28a；(b)在硅纳米线阵列上培养6p-1；图4为细菌培养装置使用状态图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术中所述的各浓度，如无特殊说明，均为重量浓度。实施例1一种能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料，包括硅片以及形成于硅片表面的能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的硅纳米线阵列结构。所述的能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料的制备方法包括：(1)清洗硅片：将40ml浓硫酸溶液(99％)和10ml30wt％过氧化氢溶液的混合溶液加入到250ml的玻璃器皿中，立即将4英寸提拉法制备的单晶Si晶圆片浸泡于混合溶液中，10min后取出，用大量去离子水清洗Si片表面3次去除残留混合液，将得到的硅片浸泡于50ml的丙酮中，并置于超声仪超声清洗10min，取出并用大量去离子水清洗后浸泡于50ml无水乙醇中，并超声清洗10min，最后置于50ml去离子水中超声清洗10min，后取出在高纯氮气下吹干。(2)去除表面的氧化层：将100ml5％HF加入300ml聚四氟乙烯器皿中，将步骤(1)中的清洗干净的硅片浸泡于5％HF中3min以去除表面氧化物；(3)金属辅助化学刻蚀：将硅片取出后用大量去离子水快速冲洗，并加入盛有含有5MHF和0.01MAgNO3的混合溶液的聚四氟乙烯器皿中反应浸泡1min，取出后去离子水快速冲洗以除去表面残留AgNO3溶液，并立即加入盛有含有4.8MHF和0.3MH2O2的混合溶液的聚四氟乙烯器皿中，浸泡20min后取出，得到刻蚀后的硅片，将刻蚀后的硅片浸泡于40ml(68％)浓HNO3中10min以去除样品表面残留的Ag纳米颗粒，最后用大量去离子水清洗并用高纯氮气吹干，在硅片表面形成能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的硅纳米线阵列结构，即得能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料。其表面显微结构如附图1所示，可知该结构为无序的密集纳米线阵列，硅纳米线的尺寸在7μm长，直径在80-110nm，其长度方向垂直于硅片表面，相邻纳米线顶端之间相互依偎，形成团簇，纳米线的团簇之间相隔500-2500nm。表明这是一种新型的纳米线阵列结构。上述能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料的应用方法，具体步骤为：将100ml无水乙醇加入200ml玻璃器皿中，将能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料浸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料，其特征在于，包括硅片以及形成于硅片表面的能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的硅纳米线阵列结构。

【技术特征摘要】
1.一种能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料，其特征在于，包括硅片以及形成于硅片表面的能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的硅纳米线阵列结构。2.如权利要求1所述的能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料，其特征在于，所述的硅纳米线的长度为5-8μm、直径为80-110nm，其长度方向垂直于硅片表面，相邻纳米线顶端之间相互依偎，形成团簇，纳米线的团簇之间相隔500-2500nm。3.权利要求1所述的能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料的制备方法，其特征在于，包括：清洗硅片、去除表面的氧化层、通过金属辅助化学刻蚀在硅片表面形成能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的硅纳米线阵列结构。4.如权利要求3所述的能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料的制备方法，其特征在于，所述的清洗硅片的具体步骤包括：将硅片浸泡于95％-98％以上的H2SO4和30wt％-40wt％H2O2以4∶1-3∶1体积比混合的溶液中，10-15分钟后取出并用去离子水清洗3-5次，然后将硅片依次用丙酮、酒精和去离子水超声清洗10-15分钟。5.如权利要求4所述的能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料的制备方法，其特征在于，所述的硅片为提拉法制备的单晶晶圆片。6.如权利要求3所述的能够利用机械应力诱导细菌形貌伸长的材料的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：林柏霖，郭东亮，龚晋慷，姚远，颜杉杉，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：上海,31