M13噬菌体对表面原位合成金属纳米颗粒的氧化还原加速效应

本项目属于生物学、材料科学、化学化工技术和环境科学的前沿交叉领域，致力于以丝状纳米级M13噬菌体病毒（880×8 nm）为生物模板，介导合成均匀分散且抗氧化的单/双金属纳米颗粒（NPs），并创造性地将金属NPs@M13复合体用于重金属离子还原和对氯硝基苯降解的还原，建立了六价铬Cr(VI)、二价镉Cd(II)离子以及对氯硝基苯（p-CNB）还原反应的新方法。进一步拓展研究了M13噬菌体展示多肽在固定化酶和肿瘤标志物－癌胚抗原（CEA）检测中的应用以及环脂肽微生物合成、分析与结构鉴定方法。首先研究了M13对不同金属离子的特异性吸附规律，发现了野生型M13周身pVIII衣壳蛋白对Fe元素的特异性吸附现象，着重研究了了野生型及pVIII改造型M13对Fe（II）和Ni（II）离子的饱和吸附动力学。建立了M13末端5拷贝的pIII蛋白随机肽库特异性肽段的淘选方法，分别获得了对Fe、Ni、Cd、Si和SiO2具有吸附特异性的多肽序列。建立了M13周身pVIII蛋白N-末端肽段的基因工程改造方法，成功构建了2种Cd特异性pVIII改造噬菌体和3种强负电pVIII改造噬菌体。研究了以M13为介导模板，制备均匀分散的纳米Fe、Ni和Cu颗粒的方法，建立了以强负电pVIII末端重组噬菌体为模板，在M13表面原位可控合成Fe-Ag、Fe-Ni等双金属NPs的方法。创新性地将单/双金属NPs@M13复合体用于Cr(VI)、Cd(II)和p-CNB的还原反应，发现了M13对金属NPs的均匀分散功能及在氧化还原反应中的加速效应。尤其是，M13还具有传递电子的“导线”功能，与表面分散的双金属NPs一起，构成大量Fe-Ni@M13微电解系统，显著提高p-CNB的还原率。最后，将M13淘选获得的Si特异性多肽基因，插入D-氨基酸氧化酶末端，构建了融合酶并用于SiO2分子筛载体的固定化研究。采用M13淘选获得了特异性识别肿瘤标志物CEA的多肽，并利用M13周身2700个拷贝的pVIII衣壳蛋白对Fe的特异性吸附，探索了CEA新型检测方法。还拓展研究了微生物强化合成环脂肽及其结构鉴定方法，为M13展示多肽的分析提供了借鉴。本研究的成功实施，不仅获得了原创性的新发现，还对有毒有害金属离子和有机物的污染治理、稀有金属的回收等，都具有重要的科学意义和社会价值。