木霉菌WL-Go对硒和硒合金纳米粒子的生物合成、表征及其应用

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本文利用真菌Trichoderma sp.WL-Go合成纳米硒(Se NPs)和硒化铅纳米颗粒(PbSe NPs),与传统方法相比,该方法是一种较为简单且环境友好的合成方法。前期的研究表明菌株WL-Go具有极强的生长能力,且能在胞外分泌大量生物活性物质,例如氧化还原蛋白、多糖及诸多其它次生代谢产物等,合成的两种非金属和半导体纳米颗粒均展示出较高产率和良好的分散性。通过过滤获得菌株WL-Go的培养基上清液,并利用该上清液合成SeNPs。研究表明Se NPs合成的最佳条件是pH为8、SeO2在菌株培养24 h后接种以及SeO2浓度为2mM。紫外-可见光谱(UV-vis)表征表明合成的纳米硒溶液在550 nm处出现明显的特征吸收峰;而透射电子显微镜(TEM)图像显示合成的纳米硒颗粒呈现球形和伪球形,尺寸分布为20-220 nm;X射线衍射(XRD)分析表明Se NPs在(100)、(101)和(102)面出现特征吸收峰,表明合成的纳米颗粒为面心立方体结构;傅里叶红外光谱(FTIR)分析表明合成的纳米硒颗粒表面存在着一些官能团例如C=C、C-C以及-OH等,它们可能参与了纳米颗粒的还原或稳定过程;此外,利用去离子水清洗后,Se NPs的pH为7.22,z电位为-24.6 mV;聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)表征分析还显示在纳米颗粒表面存在质量约为19 kDa和15 kDa的两种蛋白质。此外,本研究还利用真菌WL-Go的菌丝在PBS缓冲液中合成了PbSe NPs。研究表明合成PbSe NPs的最佳条件为pH 8、0.5 g生物量和SeO2:Pb(NO32浓度比为1:1。XRD和TEM结果表明在该条件下合成的纳米颗粒尺寸为10-30 nm,主要呈现立方体结构。烷基、烯烃以及羟基可能是合成纳米颗粒的还原剂和封盖剂。PbSe NPs的带隙为1.5 eV,高于块状PbSe。拉曼光谱分析表明,在238 cm-1处存在一个较弱的谱带,该谱带与硒链断裂趋势一致。PL发射模式与电荷载流子浓度的变化以及光激发电子、空穴的结合有关。通过计算在培养基上清液中Se的还原率为84.73%,合成的SeNPs对革兰氏阳性菌节杆菌Arthrobacter sp.W1和革兰氏阴性菌大肠杆菌E.coli BL21表现出较好的生物相容性,同时也显示出较好的抗氧化活性,可清除自由基DPPH达84.20%。紧接着,利用DPPH和罗丹明B染料(10 mg/L)研究了PbSe NPs的抗氧化活性和光催化活性。结果表明,加入600μg/mL的纳米颗粒后可以消除高达88.60%的自由基,并且在30 min内可以光催化降解82%的罗丹明B染料。通过相关实验验证了生物合成的Se NPs和PbSe NPs都具有良好的抗氧化活性及光催化降解废水种有机污染物的性能,且PbSe NPs的性能更优于Se NPs。综上,本研究为未来环境友好的生物催化纳米颗粒的应用提供了新的参考和依据。且与合成的SeNPs相比,PbSe NPs的性能有所提高,但两者均能高效地清除自由基和处理废水中的持久性有机污染物。
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