Journal of Separation Science and Engineering Vol. 4, No. 2, pp. 75-82 نشريه علوم و مهندسي جداسازي دوره چهارم شماره دوم سال 1391 صفحه 75 تا 82 بررسي سينتيكي جداسازي زيستي مس از محلول سولفات مس به شكل نانوذرات سولفيد مس 2 *1 سيدمحمدري وف حسيني مهين شفيعي بخش مهندسي معدن دانشگاه شهيد باهنر كرمان( raoofsmh@yahoo.com ) 2. بخش مهندسي شيمي دانشگاه شهيد باهنر كرمان( m.schaffie@uk.ac.ir ).1 مشخصات مقاله تاريخچه مقاله: دريافت: 20 ارديبهشت 91 دريافت پس از اصلاح: 30 دي 91 پذيرش نهايي: 4 بهمن 91 كلمات كليدي: فوساريوم اوكسيسپروم سينتيك رشد پروتي ين نانوذرات سولفيد مس چكيده اخيرا ثابت شده است كه قارچ Fusarium oxysporum توانايي دارد تا نانوذرات فلزي را از طريق ترشح پروتي ينهاي خاص به داخل محيط رشد خود توليد كند. بنابراين به منظور درك بيشتر چگونگي رشد و توليد پروتي ين و همچنين فرايند بيوسنتز نانوذرات توسط اين ميكروارگانيسم كشت آن انجام و سينتيك رشد سلول مصرف پيش ماده و توليد پروتي ين به ترتيب با استفاده از معادلات لگاريتمي و Luedeking-Piret مدلسازي شد. همچنين انطباق اين مدلها بر داده هاي آزمايشگاهي بررسي و نتايج آماري آن ارايه گرديد. درنهايت دادههاي حاصل از بيوسنتز نانوذرات سولفيد مس ارايه شده و مكانيسم و سينتيك توليد آنها بررسي شد. حقوق ناشر محفوظ است. * عهده دار مكاتبات 75
سيد محمد ري وف حسيني مهين شفيعي علمي پژوهشي 1 -مقدمه فوساريوم اوكسيسپروم يكي از قارچهاي بيماريزاي گياهان است كه در خاكهاي سراسر دنيا رشد ميكند. بعلاوه برخي از سويههاي آن ممكن است به عنوان عوامل كنترل زيستي در كشاورزي مورد استفاده قرار گيرند [1]. ليكن اخيرا كاربرد تازهاي از اين قارچ در علوم و مهندسي ارايه شده است. تاكنون مقالات متعددي [2 3 4] منتشر شدهاند كه اثبات ميكنند اين ميكروارگانيسم قادر است نانوذرات فلزي را در تركيبات و اشكال گوناگون توليد نمايد. امروزه مطالعه سولفيدهاي فلزي نيمههادي به سرعت در حال رشد است. در اين ميان سولفيد مس به عنوان تركيبي با استوكيومتري متغير توجه زيادي را به سمت خود جلب نموده است[ 5 ]. اين تغيير پذيري باعث شده است كه سولفيد مس از خود ويژگيهاي غيرمعمول الكتريكي و نوري را بروز دهد كه از اين قابليتها ميتوان در ساخت سلولهاي خورشيدي كاتاليستها كاتدهاي ظرفيت بالا در باطريهاي ليتيومي حسگرهاي شيميايي و مواد خنك كننده ترمو الكتريكي بهره برد[ 6 7 ]. نانوذرات سولفيد مس با روشهاي متنوعي توليد شده است. ليكن با در نظر گرفتن علاقه روزافزون به توسعه روشهاي دوستدار محيط زيست در سنتز نانوذرات فلزي برآن شديم تا اين ذرات را براي اولين بار در جهان با استفاده از قارچ فوساريوم اكسيسپروم توليد نماييم [8]. سينتيك كند توليد نانوذرات توسط اين قارچ همواره در كارهاي انجام شده يك عامل محدود كننده بوده است و در گزارشهاي مختلفي به آن اشاره گرديده است [9 10]. از آنجايي كه فرايند سنتز تاحد بالايي وابسته به آنزيمها و پپتيدهاي ترشح شده توسط ميكروارگانيسم به محيط است [11 12] انجام يك پژوهش پايه اي بر روي سينتيك رشد توليد پروتي ين و سنتز نانوذرات جهت بدست آوردن دانش كافي در مورد فرايند و بهبود آن در آينده ضروري است. به طور كلي مدلهاي سينتيكي روابط رياضي هستند كه به صورت تجربي بدست ميآيند و به خوبي ميتوانند بر دادههاي آزمايشگاهي منطبق شوند [13]. بسياري از سامانههاي زيستي از مدلهاي بيوسينتيكي براي نرخ مصرف پيشماده توليد زيست توده و محصول استفاده ميكنند تا فهم پايهاي از مكانيسم فرايندها بدست آيد [14]. دو نوع مدل فرمنتاسيون وجود دارد. 1) مدلهاي ساختاري كه برخي جنبههاي پايهاي ساختار سلول عملكرد و تركيب آنرا در نظر ميگيرد و 2) مدلهاي غير ساختاري كه در آنها سامانههاي زيستي تنها با توجه به زيست توده بيان ميشوند و [15] سادهترين روش براي مدلسازي سينتيكي استفاده از مدلهاي سينتيكي غيرساختاري ميباشد. بنابراين از آنجاكه پيش از اين در مقالهاي بطور جداگانه به خواص نانوذرات توليد شده پرداخته شد اين مقاله [8] در براي اولين بار مدل سينتيكي توليد زيستي نانوذرات فلزي با بهرهگيري از سينتيك واكنشهاي آنزيمي ارايه ميشود. همچنين توليد زيست توده و مصرف گلوكز توليد پروتي ين توسط.F oxysporum اندازهگيري و مدلسازي شده است. - 2 مواد و روشها 1-2- ميكروارگانيسم و شرايط رشد قارچ مورد استفاده در اين آزمايشها Fusarium oxysporium بود كه از موسسه فدرال علوم زمين و منابع طبيعي آلمان PDA تهيه شد. اين قارچ بر روي اسلنت (BGR) در دماي 30 o C رشد داده شد و براي شروع دوره فرمنتاسيون اسپورها از يك اسلنت 4 روزه در ارلنهاي 300 ميليليتري حاوي 100 ميليليتر محيط كشت MGYP با غلظت 10 4 6 اسپور در ميليليتر تلقيح شدند. سپس فلاسكها درون شيكر انكوباتور در دماي 30 o C و دور 200 rpm به مدت 120 ساعت قرار گرفتند. اين آزمايشها با دو بار تكرار انجام شدند. 2-2- بيوسنتز نانوذرات سولفيد مس پس از اتمام دوره فرمنتاسيون به مدت سلولها با استفاده از يك سانتريفيوژ (سيگما ساعت 72 با (3-16PK سرعت 5000 g به مدت 5 دقيقه جدا و در شرايط استريل -3 شسته شدند. سپس سلولها به 100 ml محلول 10 M سولفات مس انتقال يافته و فلاسكها به مدت 12 ساعت در شيكر-انكوباتور با دماي شدند. و دور 30 o C 200 rpm قرار داده 3-2- روشهاي اندازهگيري به منظور اندازهگيري توليد زيست توده پروتي ين و مصرف قند نمونههايي با فواصل ميكروتيوپهاي 12 2 ميليليتري برداشت شد. ساعت با استفاده از سپس سلولهاي قارچ با استفاده از سانتريفيوژ جدا شده و وزن آنها پس از قرار گرفتن در دماي 70 به مدت 24 ساعت اندازهگيري شد. o C همچنين محلول باقيمانده براي اندازهگيريهاي بعدي در 76
بررسي سينتيكي جداسازي زيستي مس از محلول سولفات مس به شكل نانوذرات سولفيد مس (2) فريزر نگهداري شد. غلظت گلوكز با استفاده از روش رنگ سنجي نلسون و سوموگاي [16 17] و پروتي ين با استفاده از روش بردفورد [18] و توسط يك دستگاه اسپكتروفتومتر (Varian-Carry) تعيين شدند. بعلاوه به منظور تعيين سينتيك توليد نانوذرات نمونههايي در فواصل معين از فلاسكهاي حاوي سولفات مس برداشته شده و سلولها توسط سانتريفيوژ جدا شدند. سپس به منظور توقف فعاليت آنزيمها نمونهها به مدت پنج دقيقه در آب جوش قرار داده شد و تا لحظه آناليز در فريزر نگهداري شدند. نمونهها با استفاده از يك دستگاه ICP غلظت مس (Varian 715-ES) ثبت گرديد. همچنين phفلاسكها با استفاده از يك دستگاه ph متر Jenway ثبت شد. تصوير نانوذرات توليد شده با استفاده از دستگاه TEM مدل PhilipsCM20 تهيه شد. - 3 ارايه نتايج و تحليل يافتهها 1-3- رشد ميكروبي رشد ميكروبي بلافاصله پس از تلقيح سلولها به محيط كشت تازه آغاز شده و وزن سلولها به تدريج افزايش مييابد. وزن خشك سلول نشاندهنده غلظت سلولهاست كه نشانگر نسبتا مناسبي از رشد ميكروارگانيسمها در محيط كشت است و ميتوان آنرا با استفاده از مدل غيرساختاري تشريح نمود. در اين مدل نرخ رشد متناسب است با غلظت اوليه سلول در محيط. از آنجاكه سيستم بسته است عمر ميكروارگانيسم محدود به مقدار پيشماده موجود در محيط كشت است. بنابراين چرخه رشد به تدريج از فازي وارد فاز ديگر ميشود. معادله لگاريتمي يك روند رشد كلاسيك را نشان ميدهد كه در آن پس از يك فاز تاخير سلولها وارد فاز نمايي شده و سپس به فاز ثابت ميرسند كه در آن نرخ تولد و مرگ يكسان است. درنهايت با تمام شدن منبع كربن و غلبه نرخ مرگ بر تولد جمعيت سلولي كاهش يافته و فاز مرگ آغاز ميگردد.[19] معادله لگاريتمي مستقل از ميزان پيشماده است و ميتوان آنرا به صورت زير بيان نمود: 1 (1) كه در آن µ m (h -1 ) نرخ ماكزيمم رشد و X m (g l -1 ) غلظت بيشينه زيست توده است. با انتگرال گيري از معادله 1 مقدار زيست توده بعنوان تابعي از زمان حاصل ميشود (معادله 2). 2 اشكال رابطه اين است كه فاز مرگ را پيشبيني نميكند. به منظور پيشبيني فاز مرگ ميكروارگانيسم علاوه بر فاز رشد بايد از رابطه 3 استفاده كنيم [19]. (3) در اين رابطه k مقدار ثابتي است كه با ازدياد يا كاهش سلولها در ارتباط است. در واقع مقدار مثبت آن نشاندهنده كاهش و مقدار منفي آن نشاندهنده افزايش در جمعيت سلولهاست. با انطباق نتايج حاصل از فرمنتاسيون بر رابطه 2 نشان داده شد كه رشد قارچ تقريبا يك روند كلاسيك را دنبال كرده و بيشترين زيستتوده پس از 84 ساعت به ميزان X m =10/25g l - 1 حاصل شد. با انطباق داده هاي آزمايشگاهي بر معادله 2 مقادير پارامترهاي غلظت بيومس اوليه و نرخ بيشينه رشد بترتيب به صورت X 0 =0/613g l -1 و 1-0/076h µ تعيين شدند. شكل 1 نشاندهنده يك دياگرام m = مقايسهاي بين مقادير حاصل از آزمايش و مدل است. مقدار و R-square Adjusted R-square كه هردو آمدند گوياي انطباق عالي مدل بر دادههاي حاصل از رشد اين قارچ است [20]. بدست 0/97 آزمايشگاهي همانطوركه در شكل 1 قابل مشاهده است دادههايي كه مقادير زيست توده را در ساعات پاياني آزمايش نشان ميدهند اختلاف قابل توجهي با مدل ارايه شده دارند. علت اين پديده ناتواني مدل بدست آمده از معادله 2 براي پيشبيني فاز مرگ است. بنابراين مدل جديدي را بر مبناي معادله 3 آزمايش ميكنيم. شكل (1) مقايسه دادههاي آزمايشگاهي ( ) رشد سلول و مدل لگاريتمي ( ) 77
سيد محمد ري وف حسيني مهين شفيعي در مدل جديد كه در شكل علمي پژوهشي 2 آورده شده است ديده ميشود كه با رسيدن به انتهاي زمان رشد مقدار زيست توده كاهش مييابد. مقادير پارامترهاي غلظت بيومس اوليه و نرخ بيشينه رشد در اين مدل بترتيب X 0 =1/713g l -1 و 1-0/031h µ تعيين شدند. شكل 2 نشاندهنده يك دياگرام m = مقايسهاي بين مقادير حاصل از آزمايش و مدل است. مقدار R-square و Adjusted R-square كه به ترتيب 0/96 و 0/95 بدست آمدند گوياي انطباق عالي مدل بر دادههاي آزمايشگاهي حاصل از رشد اين قارچ است. اگرچه اين مدل تمامي مراحل رشد را به خوبي نمايش ميدهد ليكن مقداري كه اين مدل براي غلظت زيست توده در زمان صفر پيشبيني مينمايد از مقدار واقعي كه بايد كمتر از 1- l 1g باشد انحراف دارد. شكل (2) مقايسه دادههاي آزمايشگاهي ( ) رشد سلول و مدل لگاريتمي با در نظر گرفتن مرگ سلولها ( ) 2-3- تشكيل پروتي ين همانطور كه پيش از اين اشاره شد فرايند زيستي توليد نانوذرات يك فرايند وابسته به آنزيمهاست. بنابراين اندازهگيري مقدار پروتي ينهاي ترشح شده به محيط توسط ميكروارگانيسم اهميت مييابد. رابطه بين زيست توده و تشكيل محصول را ميتوان با استفاده از معادله Luedeking-Piret شبيهسازي كرد كه براي اولين بار به منظور تشريح توليد لاكتيك اسيد توسط Lactobacillus ارايه شده است [21]. طبق اين رابطه (معادله 4) توليد محصول وابسته به غلظت زيست توده و نرخ رشد است: (4) در اين معادله α و β ثابت هاي تشكيل محصول ميباشند كه با توجه با شرايط فرمنتاسيون تغيير ميكنند. اولين عبارت در معادله 4 بعنوان نرخ وابسته به رشد شناخته ميشود و بيان ميكند كه تشكيل محصول توسط قارچ متناسب است با نرخ رشد. عبارت مستقل از رشد (βx) نشان ميدهد كه تمام ميكروارگانيسمها محصول را به صورت كسري از غلظت سلول و بدون در نظر گرفتن فاز رشد توليد ميكنند. معادله 4 را به صورت زير نيز ميتوان نوشت: (5) اگر معادله 2 را بجاي X در معادله 5 قرار دهيم و از آن انتگرال بگيريم نرخ توليد محصول ( P )را مي توان به شكل زير بدست آورد: 1 1 1 (6) در اينجا محصول همان آنزيمهايي است كه قارچ به محيط كشت خود ترشح ميكند. رابطه بين توليد 3 شكل پروتي ين و زمان را كه از داده هاي آزمايشگاهي و انطباق معادله 6 بر آنها بدست آمده نمايش ميدهد. مقادير ضريب مدل براي همچنين α و β به ترتيب عبارتند از.0/039 و 8/229 و R-square Adjusted R-square هردو براي اين مدل 0/98 محاسبه شدند كه بيانگر انطباق عالي مدل ارايه شده بر نتايج آزمايشگاهي است [20]. ناهماهنگي كمي كه بين غلظت پروتي ين در ساعات اوليه رشد و مدل در شكل 3 ديده ميشود احتمالا به علت خطا در اندازهگيري غلظتهاي بسيار كم پروتي ين ايجاد شده است. شكل (3) مقايسه دادههاي آزمايشگاهي ( ) توليد پروتي ين و مدل ( )Luedeking-Piret 78
بررسي سينتيكي جداسازي زيستي مس از محلول سولفات مس به شكل نانوذرات سولفيد مس = 0 Sبدست ميآيند. 9/186 g l و -1 m s = -0/0005 g g -1 h -1 3-3- مصرف گلوكز گلوكز به عنوان پيشماده (منبع كربن) براي توليد محصول متابوليكي و توليد سلول بكار ميرود. پيشماده را ميتوان با معادله معادله Luedeking-Piret مصرف 7 شبيهسازي كرد كه يك است و در آن مقدار پيش ماده مورد استفاده براي توليد محصول قابل چشم پوشي در نظر گرفته ميشود. 1 (7) مقدار زيستتوده حاصل بر اساس پيش ماده مصرفي از معادله 8 محاسبه ميشود: كه (8) X 0 غلظت تلقيح و S 0 غلظت اوليه گلوكز (g l -1 ) ميباشد. با جايگزيني معادله 7 با معادله 2 و انتگرال گيري داريم: همچنين با درنظر گرفتن هردو در R-square و adjusted R-square كه 0/92 هستند ميتوان گفت كه مدل و دادههاي آزمايشگاهي انطباق مناسبي باهم دارند [20]. با مراجعه به شكل 4 واضح است كه مدل بدست آمده روند مشاهده شده مينمايد. دادههاي بدست آمده از آزمايش را به خوبي توصيف 4-3- توليد نانوذرات سولفيد مس همانطوركه پيش از اين گفته شد واكنش توليد ذرات نانو توسط ميكروارگانيسمها يك فرايند آنزيمي است. در اين واكنش كه در واقع يك سيستم دفاعي در برابر اثرات سمي يونهاي فلزات در محيط ميباشد آنزيمهاي احيا كننده (ريداكتاز) با انتقال الكترون به يون فلزي حاضر در محيط آنرا احيا نموده و به شكل ذرات با اندازه نانو رسوب ميدهند [22]. بنابراين براي مدل كردن اين فرايند ميتوان از مدلهاي واكنشهاي آنزيمي استفاده نمود. روشي كه معمولا در بررسي سينتيك واكنشهاي آنزيمي-كاتاليزوري استفاده ميشود اندازهگيري مقدار واكنش دهنده باقي مانده يا محصول توليد شده در طول زمان است. بنابراين غلظت مس باقي مانده در محلول اندازهگيري شد كه در شكل 5 مشاهده ميكنيد. 1 1 (9) شكل (4) مقايسه دادههاي آزمايشگاهي ( ) مصرف گلوكز و مدل ( )Luedeking-Piret شكل 4 نشان دهنده مصرف گلوكز در طول زمان به مدت 120 ساعت است. در اين مدت ابتدا با شروع فاز نمايي مصرف گلوكز به طور ناگهاني افزايش يافته و بعد از 48 ساعت غلظت آن به 1- l 1g ميرسد. سپس با ورود به فاز ثابت رشد مصرف پيشماده نيز كاهش يافته و تا پايان آزمايش با سرعت بسيار كمي كاهش مييابد. با تطبيق داده هاي آزمايش به معادله 9 مقادير پارامترهاي مدل به صورت: 1- g Y X/S 0/970g= شكل (5) تغييرات غلظت مس در حضور سلولهاي قارچ [23] تغييرات غلظت مس در حضور سلولهاي مرده و زنده در شكل 5 به تصوير كشيده شده است. اين نمودار نشان ميدهد كه در كشت زنده قارچ.F oxysporum غلظت مس به تدريج كاهش يافته تا به نصف غلظت اوليه خود رسيده است. در مقابل هنگامي كه سلولها قبل از اضافه شدن به پيشماده اتوكلاو شدند هيچ تغييري در غلظت يونهاي مس ديده نشد. اگرچه ممكن است در نگاه اول از اين مشاهده نتيجه گيري شود كه فعاليت سلولهاي زنده و احياي يونهاي 79
سيد محمد ري وف حسيني مهين شفيعي علمي پژوهشي 80 مس و توليد نانوذرات باعث كاهش غلظت مس شده است دقت در مقدار ph آزمايشها دليل ديگري را براي اين پديده پيشنهاد ميكند. وقتي كه سلولهاي قارچ به محلول حاوي پيش ماده افزوده شدند ph اوليه برابر با 4/3 بود و اين مقدار با گذشت زمان به 5/5 رسيد. ليكن در مورد سلولهاي مرده ph اوليه تا پايان آزمايش بدون تغيير باقي ماند. در آزمايشي ديگر ph اوليه فلاسك حاوي سلولهاي مرده روي 5/5 تنظيم شد و مشاهده شد كه غلظت مس در محلول حدود 70 درصد كاهش يافت ليكن تغييري در رنگ محلول و جذب UV ديده نشد. همچنين در مورد سلولهاي زنده ملاحظه شد كه با وجود اينكه پس از ساعت ششم غلظت مس باقيمانده در محلول بدون تغيير باقي ماند افزايش دانسيته جذب UVمحلول حتي با گذشت 48 ساعت متوقف نشد. بنابراين ميتوان نتيجه گرفت كه كاهش غلظت مس به دليل جذب يونها بر روي سطح سلولهاي قارچ ميباشد. در واقع ميتوان فرض كرد كه در فرايند بيوسنتز يونهاي فلزي ابتدا بر روي سطح سلولها جذب شده و سپس به شكل ذرات نانو احيا ميگردند. همچنين سياه شدن رنگ زيست توده جمع آوري شده در پايان آزمايش اين ادعا را تاييد ميكند. بنابراين تصميم گرفته شد كه براي تعيين مقدار نانوذرات توليدي از ميزان جذب UV محلول حاوي نانوذرات استفاده شود. از آنجاكه پس از توليد نانوذرات سولفيد مس جذب UV محلول زير طول موج 400 nm بشدت افزايش پيدا ميكند با ثبت دانسيته جذب پيك منحني كه در 295 nm قرار دارد ميتوان به معياري براي تعيين سينتيك محصول دست يافت. نمودار حاصل در شكل 6 نشان داده شده است. ملاحظه ميشود كه توليد نانوذرات تقريبا از سينتيك مرتبه اول پيروي ميكند. ضرايب مدل به صورت =3/286 0 C و k=0/01927 همراه با R-square و adjusted R-square برابر 0/95 بدست آمدند. شكل (6) مقايسه دادههاي آزمايشگاهي ( ) بيوسنتز نانوذرات سولفيد مس و مدل سينتيك مرتبه يك( ) شكل 7 تصوير نانوذرات سنتز شده را كه داراي اندازه حدود 2 تا 5 نانومتر است در پوششي از پپتيد نشان ميدهد. اين پوشش بلافاصله پس از ايجاد هسته اوليه ذره حول آن شكل گرفته و از رشد بيشتر اندازه آنها جلوگيري ميكند. شكل( 7 ) تصوير TEM نانوذرات سولفيد مس توليد شده توسط قارچ.F. oxysporum ذرات به صورت نقطههاي تيره به اندازه 2 تا 3 نانومتر در پوششي از پروتي ين قابل مشاهده هستند. 4- نتيجهگيري باتوجه به نتايج فرمنتاسيون F.oxysporum از مدلهاي غيرساختاري براي تشريح مصرف سوبسترا توليد زيست توده و توليد لگاريتمي و پروتي ين طي فرايند بهره برداري شد و معادلات Luedeking-Piret توانستند به خوبي سينتيك رشد قارچ مصرف گلوكز و توليد پروتي ين را تشريح كنند. همچنين نشان داده شد كه در بيوسنتز نانوذرات سولفيد مس كه از سينتيك مرتبه اول پيروي مينمايد يونهاي مس ابتدا بر روي سطح سلولهاي قارچ جذب شده و سپس به صورت ذرات سولفيد مس احيا ميشوند. تشكر و قدرداني نويسندگان مقاله از رهنمودها و حمايتهاي ارزنده آقاي دكتر محمد پازوكي دانشيار پژوهشگاه مواد و انرژي و آقاي دكتر محمد رنجبر همقاوندي استاد دانشگاه شهيد باهنر كرمان تشكر و قدرداني مي نمايند. علايم اختصاري و نمادها ثابت ماندگاري h)) (g substrate/(g cells غلظت محصول ) -1 l (mg غلظت پيش ماده ) -1 l (g غلظت اوليه پيش ماده ) 1- l g) m S P S S 0
بررسي سينتيكي جداسازي زيستي مس از محلول سولفات مس به شكل نانوذرات سولفيد مس [10] A. Ahmad, S. Senapati, M. Islam Khan, R. Kumar and M. Sastry (2003) Extracellular biosynthesis of monodispersed gold nanoparticles by anovel extremophilic Actinomycete, Langmuir, 19, 3550-3553. [11] A. Ahmad, P. Mukherjee, S. Senapati, D. Mandal, M. Islam Khan, R. Kumar and M. Sastry (2003) Extracellular biosynthesis of silver nanoparticles using the fungus Fusarium oxysporum, Colloid Surface B- Biointerfaces, 28, 313-318. [12] V. Bansal, D. Rautaray, A. Ahmad and M. Sastry (2004) Biosynthesis of zirconia nanoparticles using the fungus Fusarium oxysporum,journal of Materials Engineering, 14, 3303 3305. [13] K. Kiviharju, K. Salonen, M. Leisola and T. Eerikäinen (2007) Kinetics of Bifidobacterium longum ATCC15707 growth, Process Biochemistry, 42, 1140-1145. [14] H. Ahn, S. Lee and S. Hwang (2005) Growth kinetic parameter estimation of Klebsiella sp. utilizing thiocyanate, Process Biochemistry, 40, 1363-1366. [15] H. Zand, M. Blažej, V. Báleš and J. Markoš (2004) A kinetic model for gluconicacid production by Aspergillus niger, Chemical Papers, 58, 23-28. [16] N. Nelson (1944) A photometric adaptation of the Somogyi method for the determination of glucose, Journal of Biological Chemistry, 153, 375-380. [17] Somogyi (1952) Notes on sugar determination, Journal of Biological Chemistry, 195, 19-23. [18] M. Bradford (1976) A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein dye binding, Analytical Biochemistry, 72, 248-254. [19] G. D. Najafpour (2007) Biochemical Engineering and Biotechnology, Elsevier Science, Amsterdam. [20] M. R. Hosseini, M. Schaffie, M. Pazouki, and M. Ranjbar (2013) Direct electric current stimulation of protein production by Fusarium oxysporum, Chemical Engineering Communications, accepted. [21] R. Luedeking and E. L.Piret (1959) A kinetic study of the lactic acid fermentation: Batch process at controlled ph, Journal of Biochemical and Microbiological Technology and Engineering, 1, 636-644. [22] S. He, Z. Guo, Y. Zhang, S. Zhang, J. Wang and N. Gu (2007) Biosynthesis of gold nanoparticles using the bacteria Rhodopseudomonas capsulate, Materials Letters, 61, 3984-3987. [23] M.R. Hosseini, M. Schaffie, M. Pazouki, A. Schippers, and M. Ranjbar (2013) A novel electrically enhanced biosynthesis of copper sulfide nanoparticles, Materials Science in Semiconductor Processing, In press. زمان فرمنتاسيون (h) غلظت سلول ) -1 l (g غلظت بيشينه سلول ) -1 l (g غلظت اوليه سلول ) -1 l (g سلول بدست آمده به ازاي پيش ماده(( substrate g) cells/(g ضريب تشكيل محصول وابسته به رشد ) 1- g g) ضريب تشكيل محصول مستقل از رشد ) 1- h g) g 1- نرخ رشد ماكزيمم ) 1- h) ثابت سينتيك مرتبه يك دانسيته جذب UV نهايي t X X m X 0 Y X/S α β μ m k C 0 مراجع [1] D. R.Fravel,B.C.Moravec, R. W.Jones and S.Costanzo (2008) Characterization of two ABC transporters from biocontrol and phytopathogeni Fusarium oxysporum, Physiology and Molecular Biology of Plants, 73, 2-8. [2] P. Mukherjee, S. Senapati, D. Mandal, A. Ahmad, M. Islam Khan, R. Kumar and M. Sastry (2002) Extracellular synthesis of gold nanoparticles by the fungus Fusarium oxysporum,chembiochem, 5. [3] A. Ahmad, P. Mukherjee, D. Mandal, S. Senapati, M. Islam Khan, R. Kumar and M. Sastry (2002) Enzyme mediated extracellular synthesis of CdS nanoparticles by the fungus,fusarium oxysporum, Journal of the American Chemical Society, 124, 12108-12109. [4] T. L. Riddin, M. Gericke and C. G. Whiteley (2006) Analysis of the inter- and extracellular formation of platinum nanoparticles by Fusarium oxysporum f. sp. Lycopersici Using Response Surface Methodology, Nanotechnology, 17, 3482-3489. [5] P. Roy and S. K. Srivastava (2007) Low-temperature synthesis of CuS nanorods by simple wet chemical method, Materials Letters, 61, 1693 1697. [6] F. Li, J. Wu, Q. Qin, Z. Li and X. Huang (2010) Controllable synthesis, optical and photocatalytic properties of CuS nanomaterials with hierarchical structures, Powder Technology, 198, 267-274. [7] K. Iwahori, R. Takagi, N. Kishimoto and I. Yamashita (2011) A size controlled synthesis of CuS nano-particles in the protein cage, apoferritin, Materials Letters, 65, 3245 3247. [8] M. R. Hosseini, M. Schaffie, M. Pazouki, E. Darezereshki and M. Ranjbar (2012) Biologically synthesized copper sulfide nanoparticles: Production and characterization, Materials Science in Semiconductor Processing, 15, 222-225. [9] A. R. Shahverdi, S. Minaeian, H. R. Shahverdi, H. Jamalifar and A. Nohi (2007) Rapid synthesis of silver nanoparticles using culture supernatants of Enterobacteria: A novel biological approach, Process Biochemistry, 42, 919-923. 81.
سيد محمد ري وف حسيني مهين شفيعي علمي پژوهشي Kinetic Study of the Biological Copper Removal from a Copper Sulfate Solution in the Form of Copper Sulfide Nanoparticles M. R. Hosseini 1,*, M. Schaffie 2 1. Department of Mining Engineering, Shahid Bahonar University, Kerman. 2. Department of Chemical Engineering, Shahid Bahonar University, Kerman. ABSTRACT Recently, it is proved that Fusarium oxysporum is capable of synthesizing metallic nano particles by secreting special enzymes and peptides into its environment. Therefore, in order to improve the knowledge of the cell growth, protein production, and nano particle synthesis, batch cultivation of Fusarium oxysporum was studied, and the kinetics of the cell growth, substrate utilization, protein generation, and CuS nano particle biosynthesis were modeled using a logistic, Luedeking-Piret, and first order kinetic equations, respectively. Also, the fitness of the models on the experimental data was examined, and their statistical specifications were presented. Finally, it was proved that the presented models were perfectly match the data and could well explain all the culture parameters. ARTICLE INFO Article history: Received: 9 May 2012 Received in revised form: 19 Jan 2013 Accepted: 23 Jan 2013 Key words: Fusarium oxysporum Kinetic Growth Protein Nano particles Copper All right reserved. * Corresponding author 82