一种增强破乳菌破乳性能的方法技术

本发明专利技术涉及一种增强破乳菌破乳性能的方法，包括以下几个步骤：(1)通过共沉淀法制备Fe3O4磁性纳米粒子，并对所得Fe3O4磁性纳米粒子进行修饰，得到疏水性磁性纳米粒子或带电性磁性纳米粒子；(2)培养生物破乳菌，得到菌悬液；(3)将疏水性磁性纳米粒子或带电性磁性纳米粒子中的一种与菌悬液按质量比(0.1～0.4)：1混合，得到破乳性能强的磁响应破乳菌；(4)在外磁场作用下促使磁响应破乳菌破乳。与现有技术相比，本发明专利技术实现了菌体破乳性能的强化，加快了菌体破乳速率，改善了菌体脱水质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及环境微生物
，具体涉及一种增强破乳菌破乳性能的方法。
技术介绍
微生物破乳菌由于其环境友好、对极端条件具有良好的适应性等优势，在石油开采及油田污染控制中具有极大的应用前景。菌体破乳机制的探究对于定向改善菌体破乳效果具有重要的指导意义，关于菌体破乳机制的研究也受到越来越多的关注。大部分研究认为菌体表面的疏水性和带电性是影响破乳的关键因素，由于菌体表面带电性调控手段的限制，较多的研究在于疏水性与破乳活性之间的关系。目前，调控菌体表面疏水性多通过改变菌体的培养条件来实现。研究表明培养基中碳源、pH、表面活性剂及温度都会影响菌体表面的疏水性通过改变菌体培养的碳源种类，得到疏水性差异的菌体，菌体对水的接触角范围为40～90°。通过改变培养基pH实现菌体表面疏水性的调控，菌体对水的接触角变化范围为50～114°。然而，通过改变培养条件获得的菌体疏水性成本较高、菌体的培养周期长。此外，菌体的表面疏水性仅在较窄的范围内变化(偏亲水性)，并且培养条件变化会引起菌体表面其它性质的变化。因此，需要提出一种能在较宽范围内调控菌体表面疏水性和带电性的方法，并且保证在调控一种表面性质时，另外一种表面性质不受到显著影响。磁性纳米粒子(MagneticNanoparticles,MNPs)与菌体的结合在污染物富集、微生物回收及病毒的快速检测中得到广泛应用。但是利用磁性纳米粒子特殊的表面性质定向调控微生物菌体表面的性质还未有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能快速、有效调控破乳菌表面疏水性和带电性，从而增强破乳菌破乳性能的方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种增强破乳菌破乳性能的方法，该方法包括以下几个步骤：(1)通过共沉淀法制备Fe3O4磁性纳米粒子，并对所得Fe3O4磁性纳米粒子进行修饰，得到疏水性磁性纳米粒子或带电性磁性纳米粒子；(2)培养生物破乳菌，得到菌悬液；(3)将步骤(1)所得疏水性磁性纳米粒子或带电性磁性纳米粒子中的一种与步骤(2)所得菌悬液按质量比(0.1～0.4):1混合，得到破乳性能强的磁响应破乳菌；(4)在外磁场作用下促使磁响应破乳菌破乳。通过疏水性磁性纳米粒子、带电性磁性纳米粒子对破乳菌进行修饰，使得菌体对水的接触角(疏水性表征)可以实现85～125°范围内调控或菌体表面带电性可以实现在-40～-17mV范围内调控，优选菌体对水的接触角(疏水性表征)可以实现95～115°范围内调控，菌体表面带电性可以实现在-30～-20mV范围内调控。接触角处于此范围内，磁响应破乳菌能最快地迁移到油水界面发挥作用，因而有利于破乳速率的提高；Zeta电位处于此范围内时，菌体会产生一定程度的团聚，这种团聚状态有利于菌体在界面发挥架桥作用，并且显著改善菌体的沉降性能，因而有利于脱水效果的改善。因此，菌体表面性质在此范围内时，乳菌破乳半衰期缩短，极大地加快了破乳速率；脱出水透射光从5％上升至70％，表明脱出水质量得到极大改善。所述的共沉淀法为：将FeCl3和FeSO4在氨水作用下，共沉淀得到Fe3O4磁性纳米粒子，其中，FeCl3和FeSO4的摩尔比为1：(1.5～2.5)。所述疏水性磁性纳米粒子的制备包括以下步骤：将Fe3O4磁性纳米粒子与正硅酸四乙酯按2g：(0.5～2)mL的比例混合，得到二氧化硅修饰的磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2；然后将Fe3O4@SiO2与硅烷化试剂按2g：(8～15)mL的比例进行混合，得到疏水性磁性纳米粒子。所述Fe3O4磁性纳米粒子与正硅酸四乙酯的混合温度为20～30℃，混合时间为5～10h，搅拌速率为400～800rpm；所述Fe3O4@SiO2与硅烷化试剂的混合温度为20～30℃，混合时间为5～10h，搅拌速率为400～800rpm。所述硅烷化试剂中碳链长度为1～16。所述带电性磁性纳米粒子的制备包括以下步骤：将Fe3O4磁性纳米粒子与正硅酸四乙酯按2g：(0.5～2)mL的比例进行混合，得到二氧化硅修饰的磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2；然后将Fe3O4@SiO2与四乙烯二胺按按1g：(0.5～2)mL的比例进行混合，得到带电性磁性纳米粒子。所述Fe3O4磁性纳米粒子与正硅酸四乙酯的混合温度为20～30℃，混合时间为5～10h，搅拌速率为400～800rpm；所述Fe3O4@SiO2与四乙烯二胺的混合温度为20～30℃，混合时间为5～10h，搅拌速率为400～800rpm。不同碳链长度的硅烷化试剂会表现不同程度的疏水性，将这些硅烷化试剂嫁接到磁性纳米粒子表面能实现具有梯度疏水性的磁性纳米粒子。由于硅烷化试剂不能直接与Fe3O4磁性纳米粒子结合，而硅烷化试剂与二氧化硅能进行特异性化学反应，因而先把二氧化硅通过-OH间的反应覆盖到Fe3O4表面，然后与硅烷化试剂反应，就可以合成稳定的具有梯度疏水性的磁性纳米粒子。分子中氨基的含量越高，其具有的正电效应会越显著，为了合成带较高正电荷的磁性纳米粒子，需要将带有多个氨基官能团的分子结合到磁性纳米粒子表面。四乙烯二胺分子具有四个氨基，并且能与缩水甘油醚之间发生特异性反应。利用这种反应原理，及缩水甘油醚与二氧化硅之间的特异性化学反应，先包裹二氧化硅，然后进行四乙烯二胺的覆盖，就能实现对磁性纳米粒子表面带电性的调控。这两种合成方法操作较简单，制备过程中磁性纳米粒子的损失较少，并且能实现磁性纳米粒子疏水性和带电性在较大范围的变化。所述破乳菌为细胞具有破乳活性的产碱杆菌。步骤(3)所述混合的条件为：在1500～3000rpm的条件下漩涡振荡80～100s。破乳菌表面带有丰富的基团，表现出一定程度的疏水性，并且带有较大的负点性。疏水性的磁性纳米粒子与疏水性的磁性纳米粒子在疏水性作用力下进行较稳定的结合；带正电荷的磁性纳米粒子与带负电荷的磁性纳米粒子在静电引力的作用下进行较稳定的结合。步骤(4)所述破乳的条件为：磁场强度为0.5～2T，破乳时间为10～15h，磁响应破乳菌的浓度为500～1000mg/L。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在以下几方面：(1)实现了菌体破乳性能的强化，加快了菌体破乳速率，改善了菌体脱水质量；(2)能够实现对破乳菌关键表面性质疏水性和带电性的单一调控，从而快速、有效调控菌体表面疏水性和带电性。附图说明图1为疏水性磁性纳米粒子对破乳菌破乳效果的影响结果；图2为带电性磁性纳米粒子对破乳菌破乳效果的影响结果；图3为单纯破乳菌的半衰期检测结果。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。高效生物破乳菌产碱杆菌筛选于克拉玛依油田长期受石油污染的土壤，保存在斜面培养基上，将保藏菌种活化后接种至100mL肉汤培养基富集培养72h，再将10mL培养液接入100mL发酵培养基中培养7d，培养后将菌株的全培养液在12000rpm下高速离心10min，获得湿菌，使用正己烷洗提离心三次，冷冻干燥24h得到菌体干粉。磁性纳米粒子的制备：分别称取5.56gFeSO4·7H2O和11.6gFeCl3·6H2O在N2吹脱下于500rpm条件下溶于350mL超纯水中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强破乳菌破乳性能的方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：(1)通过共沉淀法制备Fe3O4磁性纳米粒子，并对所得Fe3O4磁性纳米粒子进行修饰，得到疏水性磁性纳米粒子或带电性磁性纳米粒子；(2)培养生物破乳菌，得到菌悬液；(3)将步骤(1)所得疏水性磁性纳米粒子或带电性磁性纳米粒子中的一种与步骤(2)所得菌悬液按质量比(0.1～0.4):1混合，得到破乳性能强的磁响应破乳菌；(4)在外磁场作用下促使磁响应破乳菌破乳。

【技术特征摘要】
1.一种增强破乳菌破乳性能的方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：(1)通过共沉淀法制备Fe3O4磁性纳米粒子，并对所得Fe3O4磁性纳米粒子进行修饰，得到疏水性磁性纳米粒子或带电性磁性纳米粒子；(2)培养生物破乳菌，得到菌悬液；(3)将步骤(1)所得疏水性磁性纳米粒子或带电性磁性纳米粒子中的一种与步骤(2)所得菌悬液按质量比(0.1～0.4):1混合，得到破乳性能强的磁响应破乳菌；(4)在外磁场作用下促使磁响应破乳菌破乳。2.根据权利要求1所述的一种增强破乳菌破乳性能的方法，其特征在于，所述的共沉淀法为：将FeCl3和FeSO4在氨水作用下，共沉淀得到Fe3O4磁性纳米粒子，其中，FeCl3和FeSO4的摩尔比为1：(1.5～2.5)。3.根据权利要求1所述的一种增强破乳菌破乳性能的方法，其特征在于，所述疏水性磁性纳米粒子的制备包括以下步骤：将Fe3O4磁性纳米粒子与正硅酸四乙酯按2g：(0.5～2)mL的比例混合，得到二氧化硅修饰的磁性纳米粒子Fe3O4@SiO2；然后将Fe3O4@SiO2与硅烷化试剂按2g：(8～15)mL的比例进行混合，得到疏水性磁性纳米粒子。4.根据权利要求3所述的一种增强破乳菌破乳性能的方法，其特征在于，所述Fe3O4磁性纳米粒子与正硅酸四乙酯的混合温度为20～30℃，混合时间为5～10h，搅拌速率为400～800rpm；所述Fe3O4@SiO2与硅烷化试剂的混合温度为20～30℃，混合时间为...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭开铭，熊永娇，黄翔峰，刘佳，陆丽君，林兰娜，王旭慧，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31