Diatom Nanobiotechnology:Design Principles for Enhancing the Catalytic Activities of Enzymes and Metal Nanoparticles immobilized on Diatom Biosilica

硅藻纳米生物技术:增强硅藻生物二氧化硅固定化酶和金属纳米粒子催化活性的设计原理

基本信息

项目摘要

Diatoms are single-celled microorganisms with remarkable SiO2 (silica) forming capabilities. Diatom silica exhibits hierarchical patterns of nano- to mircoscale features, which endow the material with interesting properties that are difficult to reproduce synthetically. The project combines methods for the deposition of inorganic materials under mild reaction conditions with genetic manipulation of diatom silica biogenesis to synthesize hierarchically structured organic-inorganic hybrid materials with interesting optical, catalytic, and magnetic properties. This approach is based on generating transgenic diatom strains that expose tailored functional proteins in selected region of the silica scaffold. In case of mineral forming proteins this is expected to allow for the deposition of inorganic nanoparticles in well defined regions of the silica scaffold. The incorporation of receptor/ligand proteins is aimed at enabling the site-specific attachment of appropriately modified magnetic nanoparticles that have been isolated from magnetotactic bacteria. Through self-assembly of magnetic and receptor/ligand modified diatom silica we aim to generate for the first time ordered 2D and 3D superstructures of this unique biological material.
硅藻是单细胞微生物,具有显著的SiO2(二氧化硅)形成能力。硅藻二氧化硅表现出纳米到微米尺度特征的层次模式,这赋予材料难以合成复制的有趣特性。该项目将在温和的反应条件下沉积无机材料的方法与硅藻二氧化硅生物发生的遗传操作相结合,以合成具有有趣的光学,催化和磁性的分层结构的有机-无机杂化材料。这种方法是基于产生转基因硅藻菌株,暴露定制的功能蛋白在选定区域的二氧化硅支架。在矿物质形成蛋白的情况下,预期这允许无机纳米颗粒在二氧化硅支架的明确限定的区域中沉积。受体/配体蛋白的掺入旨在使已从趋磁细菌分离的适当修饰的磁性纳米颗粒能够位点特异性附着。通过磁性和受体/配体修饰的硅藻二氧化硅的自组装,我们的目标是首次生成这种独特生物材料的有序2D和3D超结构。

项目成果

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