一种可长期自产氧气的生物杂化材料及其制备方法和应用技术

一种可长期自产氧气的生物杂化材料及其制备方法和应用，其中制备方法包括：配置细长聚球藻培养基，灭菌，接入细长聚球藻藻种，静态培养，计数，浓缩，得到细长聚球藻浓缩液；六水合硝酸锌溶解在去离子水中得到六水合硝酸锌溶液；取2

【技术实现步骤摘要】
一种可长期自产氧气的生物杂化材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及生物医用材料
，具体涉及一种可长期自产氧气的生物杂化材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]蓝藻(Cyanobacteria)又名蓝绿藻、蓝细菌等，是现存于地球上最古老的光合自养原核生物，因含叶绿素a可以利用太阳光能吸收CO2和H2O合成自身生长繁殖所需要的有机物，同时释放O2。地球上在3.2亿年前因蓝藻的出现大气层中才有O2存在，直到现在因蓝藻产氧具有可持续产生、可空性高和生物相容性好的优势。因此其不仅是地球上的初级生产者，还被认为是光合作用研究的模式生物，甚至是生产可再生化学物质的光合细胞工厂。微生物为人类在农业、工业和公共卫生等领域的研究提供了成熟的基础和方法，因此蓝藻在最近几年在生物医学应用方面得到了广泛研究。
[0003]一般来说，生物分子和活细胞是脆弱的。为了开发它们的特性和生理功能，研究人员转向了封装材料，这种封装材料可以保护和保存光敏感分子或单细胞生物体。封装材料自问世以来，在不断的发展与完善中取得了瞩目的成绩，已经完成了对酶和细胞(微生物，动物，植物)的封装，也发展出了许多的封装方法,包括吸附法、结合法、交联法和无载体封装法等。但是这些方法都存在一些普遍性的缺陷，例如封装的稳定性较差、固定技术给予微生物的提供的保护不够、重复利用性较差和器件化难等。因此，如何实现对蓝藻的可靠封装，通过保护蓝藻细胞的生物活性，从而延长其保存时间，使其在光照下可继续产生氧气，以满足长时间重复供氧的要求，在医疗等领域具有潜在的应用价值，是目前研究的重要课题。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术提供了一种可长期自产氧气的生物杂化材料及其制备方法和应用，以解决现有技术中对微生物封装的稳定性较差、固定技术给予微生物的提供的保护不够、重复利用性较差和器件化难等技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种可长期自产氧气的生物杂化材料，其包括ZIF
‑
8外壳和PCC内核，所述PCC内核为具有生物活性的细长聚球藻，所述ZIF
‑
8外壳通过静电作用结合在所述细长聚球藻表面。
[0006]根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种上述的可长期自产氧气的生物杂化材料的制备方法，其方法包括以下步骤：
[0007]1)配置细长聚球藻培养基，灭菌，接入细长聚球藻藻种，静态培养，计数，浓缩，得到细长聚球藻浓缩液；
[0008]2)取六水合硝酸锌溶解在去离子水中，得到六水合硝酸锌溶液；
[0009]3)取2
‑
甲基咪唑溶解在去离子水中，并加入甘油，得到2
‑
甲基咪唑溶液；
[0010]4)在搅拌下，将步骤1)得到的细长聚球藻浓缩液和步骤2)得到的六水合硝酸锌溶
液依次滴入步骤3)得到的2
‑
甲基咪唑溶液中，然后在室温下孵化3～5个小时，经离心后并采用PBS缓冲液洗涤，制得生物杂化材料，记作PCC@ZIF
‑
8。
[0011]作为本专利技术的进一步优选技术方案，步骤1)中，细长聚球藻培养基的溶液浓度为1.7g/L，其中溶剂为去离子水。
[0012]作为本专利技术的进一步优选技术方案，步骤1)中，静态培养5～10天，每天给予12小时的光照和12小时的暗处理。
[0013]作为本专利技术的进一步优选技术方案，步骤1)中，灭菌温度为121℃，灭菌时间为30分钟。
[0014]作为本专利技术的进一步优选技术方案，步骤4)中，细长聚球藻浓缩液、六水合硝酸锌溶液和2
‑
甲基咪唑溶液混合时，采用在常温下搅拌进行反应。
[0015]作为本专利技术的进一步优选技术方案，步骤2)中，每0.224g的六水合硝酸锌，去离子水的用量为1.6mL；步骤3)中，每4.56g的2
‑
甲基咪唑，去离子水的用量为16mL，甘油的用量为100～200μL。
[0016]作为本专利技术的进一步优选技术方案，步骤4)中，细长聚球藻浓缩液、六水合硝酸锌溶液和2
‑
甲基咪唑溶液的浓度比为8.0x 108～1.0x 109个/mL：0.14g/mL：0.285g/mL，体积比为0.8mL：1.6mL：16mL。
[0017]作为本专利技术的进一步优选技术方案，步骤4)中，离心的转速为3000rpm，时间为5min。
[0018]根据本专利技术的另一方面，本专利技术还提供了一种上述的可长期自产氧气的生物杂化材料在预防和/或治疗缺氧性疾病的药物中的应用。
[0019]本专利技术的可长期自产氧气的生物杂化材料及其制备方法和应用，通过采用上述技术方案，可以达到如下有益效果：
[0020]1)本专利技术的PCC@ZIF
‑
8生物杂化材料，利用ZIF
‑
8外壳所具有的高孔隙率为细长聚球藻提供了良好的固载环境，其ZIF
‑
8外壳使用的锌离子和2
‑
甲基咪唑具有低的细胞毒性，而且ZIF
‑
8外壳可以在非常温和的条件下合成，即在水溶液中和室温下合成，解决了PCC容易被有机溶剂和高温破坏的问题，因此，本专利技术制备得到的PCC@ZIF
‑
8生物杂化材料不仅具有保持ZIF
‑
8多孔结构的外壳，而且在内部很好地保持了PCC的生物活性；
[0021]2)本专利技术制得的PCC@ZIF
‑
8生物杂化材料表面的多孔ZIF
‑
8外壳起到了保护的作用，允许细长聚球藻与环境之间的质量和能量交换，并保护PCC免受微生物降解，显著延长了PCC的体外寿命，使其在光照下可继续产生氧气，不仅满足了长时间重复供氧的要求，还有效提高了光动力杀菌效果，可应用于缺氧性相关疾病的控制及治疗的药物中。
附图说明
[0022]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0023]图1为本专利技术实施例1制得的PCC@ZIF
‑
8生物杂化材料的扫描电子显微镜图；
[0024]图2为本专利技术实施例1制得的PCC@ZIF
‑
8生物杂化材料与未处理PCC在室温下放置的稳定性对比测试图；
[0025]图3为本专利技术实施例1制得的PCC@ZIF
‑
8生物杂化材料与未处理PCC的在不同时间内光合作用产生O2的曲线图；
[0026]图4为本专利技术实施例1制得的PCC@ZIF
‑
8生物杂化材料与未处理PCC在室温下的光合作用活性随时间的变化曲线图。
[0027]图5为本专利技术实施例1制得的PCC@ZIF
‑
8生物杂化材料放置第0天和第60天后的抗菌图。
[0028]本专利技术目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0029]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可长期自产氧气的生物杂化材料，其特征在于，包括ZIF
‑
8外壳和PCC内核，所述PCC内核为具有生物活性的细长聚球藻，所述ZIF
‑
8外壳通过静电作用结合在所述细长聚球藻表面。2.一种权利要求1所述的可长期自产氧气的生物杂化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)配置聚球藻培养基，灭菌，接入细长聚球藻藻种，静态培养，计数，浓缩，得到细长聚球藻浓缩液；2)取六水合硝酸锌溶解在去离子水中，得到六水合硝酸锌溶液；3)取2
‑
甲基咪唑溶解在去离子水中，并加入甘油，得到2
‑
甲基咪唑溶液；4)在搅拌下，将步骤1)得到的细长聚球藻浓缩液和步骤2)得到的六水合硝酸锌溶液依次滴入步骤3)得到的2
‑
甲基咪唑溶液中，然后在室温下孵化3～5个小时，经离心后并采用PBS缓冲液洗涤，制得生物杂化材料，记作PCC@ZIF
‑
8。3.根据权利要求2所述的可长期自产氧气的生物杂化材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，细长聚球藻培养基的溶液浓度为1.7g/L，其中溶剂为去离子水。4.根据权利要求2所述的可长期自产氧气的生物杂化材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，静态培养5～10天，每天给予12小时的光照和12小时的暗处理。5.根据权利要求2所述的可长期自产氧气的...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯建文，陈水玲，刘永健，周袭深，周绍兵，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：