[发明专利]一种基于硅基多肽的生物纳米磁珠制备及其应用

说明书

本发明公开了一种基于硅基多肽的生物纳米磁珠的制备方法，包括以下步骤：S10，构建细菌磁颗粒膜蛋白基因mamC或mamF的缺失突变体菌株，即一级重组菌株；S20，构建硅基多肽和细菌磁颗粒膜蛋白MamC或者MamF的基因融合表达载体；得到的表达载体导入到一级重组菌株中，筛选表达硅基多肽的二级重组菌株；S30，通过对二级重组菌株的培养发酵，生产表达展示硅基多肽的生物纳米磁珠；S40，以展示硅基多肽的生物纳米磁珠作为种子原料，在生物纳米磁珠表面进行硅基化修饰和氧化硅沉淀，得到具有氧化硅外壳和表面多肽的新型生物纳米磁珠；所述硅基多肽为silaffins多肽。

技术领域

本发明属于纳米材料和生物技术领域，具体是涉及一种基于硅基多肽的生物纳米磁珠制备及其应用。

背景技术

生物纳米磁珠是微生物细菌生产的一种磁性纳米材料，也称为细菌磁颗粒，内核是Fe₃O₄晶体，外面覆盖有一层磷脂生物膜包被，粒径在30～120nm之间。同一种微生物细菌生产的生物纳米磁珠，它们的粒径大小和晶体晶型非常均一，磁学性质相同，有天然生物膜包被，同时还具有很好的水溶性质和胶体性质。此外，细菌磁颗粒是微生物制备来源，因此具有较好的生物相容性。生物纳米磁珠表面膜上带有大量的功能基团，可通过化学修饰和双功能偶联剂连接不同的功能大分子，如抗体、蛋白、有机大分子等，从而具有不同的特殊功能。细菌磁颗粒最独特的地方在于它可以通过基因工程的方法在表面膜上表达特殊的蛋白质及多肽分子，直接获得具有特殊生物活性的功能性生物纳米磁珠。

生物矿化是生物体在特定部位和一定理化条件下，依靠生物系统反应控制或影响，将周围无机矿物离子转变成固相矿物的过程，这个过程是动态和受控的，生物纳米磁珠就是一个非常明显的例子。有关纳米二氧化硅的研究是当前纳米材料研究的热点之一，采用纯化学合成法制备纳米SiO₂硅基材料是要严格控制反应条件，需要一定温度、压力和pH等条件；而在自然界中，藻类、喜硅植物等在常温常压下就能合成精致的硅纳米结构，其中机理就是仿生硅化的研究重点。例如，在硅藻细胞壁中有一种小分子硅亲和蛋白(Silaffins)与硅沉积密切相关，体外实验证明Silaffin的多肽片段在磷酸盐存在下能够在常温常压下调控合成球状的纳米SiO₂。磁珠的硅基化修饰和氧化硅层的沉积是对磁珠的一种非常重要的修饰和处理，是磁珠应用价值的延伸。传统的氧化硅包被和硅基化修饰大都是通过化学共沉淀的方法，对于氧化硅纳米材料最终形态控制较为困难。

发明内容

针对上述问题，本发明利用基于生物分子为模版的仿生合成应用在纳米材料设计制造中，用多肽分子介导的仿生合成氧化硅纳米材料。通过在体外的仿生硅矿化作用，在生物纳米磁珠表面进行硅基化修饰和氧化硅壳沉积，得到具有良好硅化性质的生物纳米磁珠。

本发明第一方面在于提供一种基于硅基多肽的生物纳米磁珠的制备方法，包括以下步骤：

S10，构建细菌磁颗粒膜蛋白基因mamC或mamF的缺失突变体菌株，即一级重组菌株；

S20，构建硅基多肽和细菌磁颗粒膜蛋白MamC或者MamF的基因融合表达载体；得到的表达载体导入到一级重组菌株中，筛选表达硅基多肽的二级重组菌株；

S30，通过对二级重组菌株的培养发酵，生产表达展示硅基多肽的生物纳米磁珠；

S40，以展示硅基多肽的生物纳米磁珠作为种子原料，在生物纳米磁珠表面进行硅基化修饰和氧化硅沉淀，得到硅沉积或硅基化修饰的生物纳米磁珠；

所述硅基多肽为silaffins多肽；

优选的，所述silaffins多肽为YR-SiP1、YR-SiP2、YR-SiP3中的一种或多种。

YR-SiP1的序列为：GAGAGSGAGA GSKKKKRHKK KKRHKKKKRH KKKKK；