【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物技术和材料交叉领域，涉及一种细菌-导电高分子共聚物杂合体及其制备方法与应用。
技术介绍
1、能源与环境问题是人类社会发展到今天，全球所面临的两大主要课题。化石能源储量有限，不可再生，随着其被开采使用，能源紧张和环境污染问题日益突出。清洁能源的开发与利用有助于解决上述问题，因此具有重要意义。微生物燃料电池(mfcs)是一种以微生物为电催化剂，将有机物中的化学能转化为电能的新型燃料电池技术，可广泛应用于清洁能源生产、电化学传感、污水处理，高附加值产物电合成等领域，并具备清洁环保、成本低、可持续等优势。
2、然而，当前微生物燃料电池系统的电催化性能远比化学燃料电池系统低，主要原因有两方面：其一，由于许多电活性微生物在电极材料表面形成生物膜的能力差，不易在电极附着生长，导致微生物电催化剂，在电极表面的负载量低；其二，由于微生物外膜不导电，导致电子从生物膜向电极的传递过程电阻损失大，微生物与电极之间的电子传递效率低下。
3、针对上述问题，过去大量研究集中在电极材料修饰改性上，但这种方法并不能解决微生物细胞膜不导电的问题，当电极上所富集的生物量大时劣势尤为明显，大量生长在细胞团(生物膜)内部的细胞产生的电子无法有效传递到外部抵达电极。因此，亟需开发新方法能同时解决上述微生物在电极表面负载量低和生物膜不导电两个问题。
4、活细胞表面工程是指采用物理或化学的方法将具有生物相容性的材料生长在细胞表面，在不影响细胞生存的情况下，赋予细胞新功能的新兴技术。目前主要被应用在生物医疗、生物催化、生物电
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种细菌-导电高分子共聚物杂合体及其制备方法与应用。本专利技术细菌-导电高分子共聚物杂合体基于活细胞表面工程技术制备方法简单，细菌-导电高分子共聚物杂合体兼具粘性和高导电性，能作为具有粘性和高导电性的生物电催化剂，在微生物燃料电池系统中的应用。
2、本专利技术提供的一种细菌-导电高分子共聚物杂合体的制备方法，包括如下步骤：
3、1)将细菌接种到lb培养液中培养，所得菌液离心收集菌体并用去离子水洗涤、离心，得到菌体；
4、2)将步骤1)得到的所述菌体重悬于三价铁盐水溶液，震荡，然后离心、洗涤得到表面吸附有三价铁离子的菌体；
5、3)将步骤2)得到的所述表面吸附有三价铁离子的菌体，在含导电聚合物单体和盐酸多巴胺的反应体系中重悬并反应，再加入氧化剂并调节反应体系ph至碱性以进行氧化反应，反应后离心、用去离子水洗涤、再离心，即得到细菌-导电高分子共聚物杂合体。
6、上述的方法中，步骤1)中，所述细菌选自腐败希瓦氏菌(shewanellaputrefaciens)、奥奈达希瓦氏菌(shewanellaoneidensis)和罗伊希瓦氏菌(shewanellaloihica)中的至少一种；具体可为腐败希瓦氏菌(shewanellaputrefaciens)cn-32、奥奈达希瓦氏菌(shewanellaoneidensis)mr-1和罗伊希瓦氏菌(shewanellaloihica)pv-4中的至少一种。
7、上述的方法中，步骤2)中，所述三价铁盐为硝酸铁、氯化铁、柠檬酸铁中的任一种；
8、所述菌体重悬于三价铁盐水溶液中，所述三价铁盐终浓度可为1～20mm，具体可为15mm、1～15mm、15～20mm或10～20mm。
9、上述的方法中，步骤2)中，所述震荡的时间可为20～60min，具体可为40min，转速可为60～200rpm，具体可为100rpm、60～100rpm、100～200rpm。
10、上述的方法中，步骤3)中，所述导电聚合物的单体选自吡咯、苯胺和噻吩中的至少一种；
11、所述导电聚合物的单体在反应体系中浓度可为3.15～12.68mm，具体可为12.68mm；
12、所述盐酸多巴胺在所述反应体系中的浓度可为0.4032～0.8064mm，具体可为0.4032mm；
13、在所述含导电聚合物单体和盐酸多巴胺的反应体系中反应的时间可为1.5～5min，具体可为2min、1.5～2min、2～5min或1.5～3min。
14、上述的方法中，步骤3)中，所述氧化剂选自过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中至少一种；
15、所述氧化剂在反应体系中的浓度可为1.45～2.9mg/ml，具体可为1.45mg/ml；
16、所述调节反应体系ph采用ph调节剂调节，所述ph调节剂为三羟甲基氨基甲烷(tris)缓冲液和/或氢氧化钠；所述调节反应体系ph至碱性的ph可为8.5～13.5，具体可为8.5。
17、上述的方法中，步骤3)中，所述氧化反应的条件如下：温度8～30℃，转速60～200rpm，时间5～23h。
18、本专利技术还提供了上述的方法制备得到的所述细菌-导电高分子共聚物杂合体。
19、本专利技术所述细菌-导电高分子共聚物杂合体应用于制备微生物燃料电池中。
20、本专利技术中，所述细菌-导电高分子共聚物杂合体作为具有粘性和高导电性的生物电催化剂应用于制备微生物燃料电池中。
21、本专利技术具有如下有益效果：
22、1、本专利技术制备方法，操作简单，绿色经济，反应过程具备生物相容性，反应体系无毒，对微生物细胞活性无显著影响，无需复杂昂贵设备，即可实验室小规模制备，也可工厂放大。
23、2、该方法对微生物种类没有限制，构建的细菌-导电高分子共聚物杂合体在不影响微生物原有自带功能的情况下，赋予微生物新的功能：粘性和高导电性。
24、3、本专利技术构建的细菌-导电高分子共聚物杂合体应用于微生物燃料电池系统后，电极负载量大，胞外电子传递效率高，对外输出的功率密度高达5.02瓦/平方米，相较于未修饰细菌输出功率密度0.51瓦/平方米提升高达一个数量级，最大电流密度高达14.18安培/平方米，相较于未修饰细菌输出最大电流密度3.58安培/平方米提升3.96倍。该细菌-导电高分子共聚物杂合体可以作为优越的微生物电催化剂，极大的提升微生物燃料电池的产电性能。
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1.一种细菌-导电高分子共聚物杂合体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述细菌选自腐败希瓦氏菌(Shewanellaputrefaciens)、奥奈达希瓦氏菌(Shewanellaoneidensis)和罗伊希瓦氏菌(Shewanellaloihica)中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述三价铁盐为硝酸铁、氯化铁、柠檬酸铁中的任一种；
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述震荡的时间为20～60分钟，转速为60～200rpm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述导电聚合物的单体选自吡咯、苯胺和噻吩中的至少一种；
6.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述氧化剂选自过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中至少一种；
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述氧化反应的条件如下：温度8～30℃，转速6
8.权利要求1-7中任一项所述的方法制备得到的所述细菌-导电高分子共聚物杂合体。
9.权利要求8所述细菌-导电高分子共聚物杂合体在制备微生物燃料电池中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述细菌-导电高分子共聚物杂合体在制备微生物燃料电池中，作为生物电催化剂。
...【技术特征摘要】
1.一种细菌-导电高分子共聚物杂合体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述细菌选自腐败希瓦氏菌(shewanellaputrefaciens)、奥奈达希瓦氏菌(shewanellaoneidensis)和罗伊希瓦氏菌(shewanellaloihica)中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述三价铁盐为硝酸铁、氯化铁、柠檬酸铁中的任一种；
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述震荡的时间为20～60分钟，转速为60～200rpm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，步骤...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶乐，宋茂勇，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：
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