纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(0.1-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料,这大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度。纳米材料的特殊结构决定了纳米材料具有一系列的特异效应(如:小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等),因而出现常规材料所没有的一些特别性能,从而使纳米材料已获得和正在获得广泛的应用。随着技术的发展,越来越多的纳米材料被广泛应用于物理、化学以及生命科学领域。目前已有大量报道纳米材料的制备方法,从反应机理看,分为化学法和物理法。利用物理方法制备的纳米材料纯度高、活性高,但是产物粒度分布比较宽,有些方法获得的纳米材料容易发生团聚。同时,往往需要较大的设备、成本较高。利用化学方法制备的纳米材料具有较好的分散性,粒径分布窄,形貌比较均匀,但是材料的表面可能会有杂质。化学制备方法中如液相沉淀法虽然操作简单、成本低,但易引入杂质,难以获得粒径小的纳米粉体,水热/溶剂热法大多需要在特殊反应器(高压釜)内在高压环境下进行,且产物生物相容性差。最近几年来,生物方法制备纳米材料方面得到了一定的发展。生物方法制备纳米材料往往具有条件温和、对环境无污染、成本低廉等优点磁性纳米颗粒与生物有着良好的相容性。同时,小粒径的纳米材料具有高比表面积、高偶联容量等特性,更适合在生物医学领域的应用。应用于生物技术的纳米颗粒需要苛刻的物理、化学以及药物学特性,包括化学组成、颗粒的均匀性、晶体结构、磁性能、表面结构、吸附性能、溶解性能及较低毒性合成这种超精细颗粒的。主要困难是控制颗粒的纳米级尺寸。因此,研究纳米颗粒的简洁合成方法,并得到预计的尺寸、合适的粒径分布且分散性良好,是研究的重点。基于此原因,纳米技术研究重点就是寻找一种环境友好型的、绿色的、经济的、简便的纳米粒子合成方法,而能够达到这一目标的一个有效途径就是开发自然界的生物资源,利用生物介导纳米粒子的合成。生物法相比于物理、化学法有以下优势:经济、简便,反应条件温和,在常温常压下就可进行反应,合成的金属纳米粒子具有良好的生物相容性,有特定形状和形态,包括球形、六边形、三角形、杆状、扁平状、树枝状、十面体、二十面体和一些不规则形状,还能够控制粒子尺寸组成、结晶度,而且合成材料可选择范围广。细菌生物合成纳米粒子具有培育周期短、操作简单等优点,被广泛应用于生物合成纳米晶中。常用来合成的细菌有大肠杆菌、乳酸菌、枯草芽孢杆菌、放线菌等。现在细菌已经可以合成的纳米粒子包括Au、Ag、Fe3O4、ZnS、CdS、CdTe,TiO2等。自然界中常见的细菌代谢活动例如生物矿化等,已经被广泛应用于土壤、水体等环境中重金属离子的吸附与固定。生物矿化过程中产生的碳酸盐、磷酸盐或硅酸盐沉淀能有效将游离态重金属还原成单质形态或碳酸盐结合态,从而使得重金属固定或共沉淀于矿化产物中,使其迁移率和生物可利用率得到降低,最终从环境中去除。近几年,已有研究者陆续利用碳酸盐矿物作为载体成功合成了银纳米及金纳米颗粒,研究过程中发现化学合成的多孔碳酸具有较大比表面积,化学性质稳定,不易团聚等化学特性,在纳米材料合成体系中可起到良好的分散、稳定作用,从而诱导纳米颗粒在其周围成核聚集或者作为模板诱导纳米颗粒生长,同时其诱导产生的纳米颗粒相比较于传统方法制备的纳米颗粒而言,具有无毒无害、可被生物体吸收利用,可被环境降解等特有性质,为纳米颗粒应用于生物医学领域提供了技术支撑。然而,过去人们所利用的大多是化学合成制备的碳酸盐,任未有人通过微生物代谢作用所产生的生物矿物类物质合成纳米颗粒。本研究在常温常压条件下,以较为廉价的镉和硫前驱体,利用微生物诱导碳酸钙技术,成功合成了尺寸单一,分散性好,具有荧光特性的方解石-硫化镉纳米颗粒。此种方法首次将微生物诱导碳酸钙技术应用到生物合成硫化镉纳米颗粒中,是一种新颖,简易且高效的纳米颗粒生物合成方法,具有广阔的应用前景。研究从鲍鱼体内分离提取了一株镉耐受性高且具有高效生物矿化性能的细菌菌株,经过16s rDNA基因鉴定,确定其属于变形菌门,丙型变形菌纲,柠檬酸杆菌属,布氏柠檬酸杆菌。合成过程由布氏柠檬酸杆菌在微生物诱导碳酸钙指定培养基——UCa矿化培养基中完成。研究将此种方法合成的纳米颗粒与传统水热合成法形成的纳米颗粒相比较,利用紫外-可见光及荧光光谱(Uv-vis和FL)、荧光电子显微镜、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SME-EDX)以及透射电子显微镜(HRTEM)等表征手段,对产物特性进行了全面分析,并从微生物作用条件出发,选取了孵育pH,脲酶活性等参数,对方解石-硫化镉纳米颗粒的形成条件进行调控,制备出具有不同尺寸以及荧光产率的产物。在研究的最后一部分,为了探究新型合成的硫化镉纳米颗粒所具备的应用前景,合成产物被应用于水体中大肠杆菌的催化消毒实验中,以探究合成产物的抗菌性能,同时将产物应用于工业土壤中重金属镍的吸附实验中,分析其重金属降解性能。实验得到的主要结论如下:(1)从细菌生长曲线看,布氏柠檬酸杆菌在含有高镉浓度的UCa培养基中能够持续生长,并且在24小时后出现了指数生长期,表明该菌株具有良好的镉耐受性,最大的脲酶活性为1.9U/L,出现在72小时之后,符合正常条件下脲酶激活时间规律,表明该细菌在高镉浓度环境中仍然具备生物诱导碳酸钙的生物矿化性能,能够应用于后续实验。(2)根据紫外-可见光光谱和荧光光谱分析,与传统水热合成法制备的纳米颗粒比较而言,方解石-硫化镉纳米颗粒具有较窄的发射光谱,吸收峰分布在400 nm到600 nm之间以及较宽的吸收光谱,吸收峰分布在398 nm到480 nm之间。较窄的荧光发射光谱表明合成产物具有较高的荧光产率,而较宽的紫外吸收光谱则表明其具备较小尺寸。(3)从荧光显微镜分析中可以看出,在紫外灯场激发下,方解石-硫化镉纳米颗粒显示出较强的蓝色荧光信号,且信号分布均匀,这表明硫化镉纳米在方解石结构中成核,且被均匀的吸附和分散在方解石表面。而在纯粹的方解石影像中没有出现任何荧光信号,可排除方解石干扰。荧光图像表明此种方法合成的硫化镉纳米颗粒具有代替普通有机染料,应用于生物标记的可能。(4)X射线衍射图谱进一步证实了方解石和硫化镉纳米的晶型结构。根据JCPDS标准晶体卡片,产物图谱中具有7条特征峰,分别位于2 θ=23.0°,29.4°,35.9°,39.4°,43.1°,47.1°和48.5°处,分别属于碳酸钙晶型中的(012),(104),(110),(113),(202),(024)和(116)晶面。另外一组特征峰位于 2 θ=26.4°,43.8°和51.9°处,则符合硫化镉纳米晶型的(111),(220)和(311)晶面。图谱分析结果显示,产物中同时具备碳酸钙和硫化镉纳米晶型,碳酸钙表面的多孔结构为硫化镉纳米提供了良好的成核位点,增加了纳米颗粒在其表面的分散性。(5)傅里叶红外光谱分析确认了产物的化学组成。方解石-硫化镉纳米样品图谱中具有一组位于1400 cm-Ⅱ,1000 cm-1和800 cm-1处的特征峰,属于碳酸钙中典型的C-O和C-C弹性振动,从化学构成方面说明产物中含有碳酸钙沉淀。另外一组小而宽的特征峰被发现位于2365cm-1处,属于-SH弹性振动特征峰,此特征峰表明在碳酸钙沉淀中具有硫化镉纳米成核位点,并最终诱导硫化镉纳米生成。(6)根据扫描电子显微镜和透射电子显微镜对合成产物的形貌及尺寸分析,发现生物诱导碳酸钙产物为典型的六方晶形,表面具有成核过程中形成的天然孔洞和细菌印记,其表面吸附生长了大量球形硫化镉纳米颗粒,具有均一尺寸和良好的分散性。透射电子显微镜的结果表明合成产物的粒径尺寸在10nm左右,且其晶格间距(3.36 A,2.06 A and 1.75 A)与X射线衍射图谱中的检测出晶面相对应。