Синтез наночастиц грибами
На протяжении всей истории человечества грибы использовались в качестве источника пищи и для ферментации и консервирования продуктов и напитков. В 20-м веке люди научились использовать грибы для защиты здоровья человека ( антибиотики , антихолестериновые статины и иммунодепрессанты), в то время как промышленность использовала грибы для крупномасштабного производства ферментов , кислот и биосурфактантов . [ 1 ] С появлением современных нанотехнологий в 1980-х годах грибы сохранили свою значимость, обеспечивая более экологичную альтернативу химически синтезированным наночастицам. [ 2 ]
Фон
[ редактировать ]
Наночастица . определяется как имеющая одно измерение размером 100 нм или меньше В химическом синтезе наночастиц обычно участвуют экологически токсичные или биологически опасные восстановители. [ 2 ] поэтому начался поиск более экологически чистых альтернатив производства. [ 3 ] [ 4 ] Текущие исследования показали, что микроорганизмы, растительные экстракты и грибы могут производить наночастицы биологическими путями. [ 2 ] [ 3 ] [ 5 ] Наиболее распространенными наночастицами, синтезируемыми грибами, являются серебро и золото , однако грибы использовались в синтезе других типов наночастиц, включая оксид цинка , платину , магнетит сульфида и селенида кадмия , диоксид циркония, кремнезем, титан, а также квантовые точки .
Производство наночастиц серебра
[ редактировать ]Синтез наночастиц серебра был исследован с использованием многих распространенных видов грибов, включая Trichoderma , [ 6 ] [ 7 ] Фузариоз , [ 8 ] Пенициллиум , [ 9 ] Ризоктония , [ нужна ссылка ] Плеврот и Аспергилл . [ 10 ] Внеклеточный синтез был продемонстрирован Trichoderma virde , T. reesei , Fusarium oxysporm , F. semitectum , F. solani , Aspergillus niger , A. flavus , [ 11 ] A. fumigatus , A. clavatus , Pleurotus ostreatus , Cladosporium cladosporioides , [ 6 ] Penicillium brevicompactum , P. Fellutanum , эндофитный Rhizoctonia sp., Epicoccum nigrum , Chrysosporium tropicum и Phoma glomerata , в то время как было показано, что внутриклеточный синтез происходит у Verticillium. [ 12 ] видов и Neurospora crassa .
Производство наночастиц золота
[ редактировать ]Синтез наночастиц золота был исследован с использованием Fusarium . [ 13 ] Нейроспора , [ 14 ] Вертициллез , дрожжи, [ 15 ] [ 16 ] и Аспергилл . Внеклеточный синтез наночастиц золота был продемонстрирован Fusarium oxysporum , Aspergillus niger и цитозольными экстрактами Candida albican . Внутриклеточный синтез наночастиц золота был продемонстрирован видом Verticillum , V. luteoalbum . [ 17 ]
Разное производство наночастиц
[ редактировать ]Помимо золота и серебра, Fusarium oxysporum использовался для синтеза наноразмерных частиц диоксида циркония, титана, сульфида кадмия и селенида кадмия. Наночастицы сульфида кадмия также были синтезированы Trametes versicolor , Schizosaccharomyces pombe и Candida glabrata . [ 18 ] Также было продемонстрировано, что гриб белой гнили Phanerochaete chrysosporium способен синтезировать наночастицы элементарного селена. [ 19 ]
Техники и условия культивирования
[ редактировать ]Методы культивирования и среды различаются в зависимости от требований используемого изолята гриба, однако общая процедура состоит из следующего: гифы грибов обычно помещают в жидкую питательную среду и помещают в встряхиваемую культуру до тех пор, пока биомасса грибковой культуры не увеличится. Грибковые гифы удаляют из питательной среды, промывают дистиллированной водой для удаления питательной среды, помещают в дистиллированную воду и инкубируют на встряхиваемой культуре в течение 24-48 часов. Грибковые гифы отделяют от надосадочной жидкости и аликвоту надосадочной жидкости добавляют к 1,0 мМ раствору ионов. Затем раствор ионов контролируют в течение 2–3 дней на предмет образования наночастиц. Другой распространенный метод культивирования заключается в добавлении промытых грибных гиф непосредственно в 1,0 мМ раствор ионов вместо использования грибкового фильтрата. Нитрат серебра является наиболее широко используемым источником ионов серебра, но сульфат серебра . также используется [ нужна ссылка ] Золотохлористоводородная кислота обычно используется в качестве источника ионов золота в различных концентрациях (1,0 мМ [ 13 ] и от 250 до 500 мг [ 17 ] Au на литр). Синтез наночастиц сульфида кадмия для F. oxysporum проводился с использованием Cd в соотношении 1:1. 2+ и ТАК 4 2− в концентрации 1 мМ. [ 20 ] Наночастицы золота могут различаться по форме и размеру в зависимости от pH раствора ионов. [ 17 ] Герике и Пинчес (2006) сообщили, что для V. luteoalbum небольшие (около 10 нм) сферические наночастицы золота образуются при pH 3, более крупные (сферические, треугольные, шестиугольные и стержневые) наночастицы золота образуются при pH 5 и при pH 7. до pH 9 крупные наночастицы имеют тенденцию терять определенную форму. Температурные взаимодействия для наночастиц серебра и золота были схожими; более низкая температура привела к образованию более крупных наночастиц, а более высокая температура привела к образованию более мелких наночастиц. [ 17 ]
Аналитические методы
[ редактировать ]Визуальные наблюдения
[ редактировать ]Для наночастиц серебра, синтезированных извне, раствор ионов серебра обычно приобретает коричневатый цвет. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] но эта реакция потемнения может отсутствовать. [ нужна ссылка ] У грибов, синтезирующих внутриклеточные наночастицы серебра, гифы темнеют до коричневатого цвета, а раствор остается прозрачным. В обоих случаях реакция потемнения объясняется поверхностным плазмонным резонансом металлических наночастиц. [ 6 ] [ 21 ] Для внешнего производства наночастиц золота цвет раствора может варьироваться в зависимости от размера наночастиц золота; более мелкие частицы кажутся розовыми, а крупные частицы кажутся фиолетовыми. Внутриклеточный синтез наночастиц золота обычно окрашивает гифы в фиолетовый цвет, в то время как раствор остается прозрачным. Сообщалось, что внешне синтезированные наночастицы сульфида кадмия делают цвет раствора ярко-желтым. [ 20 ]
Аналитические инструменты
[ редактировать ]Сканирующая электронная микроскопия ( SEM ), просвечивающая электронная микроскопия ( TEM ), энергодисперсионный рентгеновский анализ ( EDX ), УФ-видимая спектроскопия и дифракция рентгеновских лучей используются для характеристики различных аспектов наночастиц. И СЭМ, и ПЭМ можно использовать для визуализации местоположения, размера и морфологии наночастиц, а УФ-видимую спектроскопию можно использовать для подтверждения металлической природы, размера и уровня агрегации. Энергодисперсионный рентгеноструктурный анализ применяется для определения элементного состава, а рентгенодифракция — для определения химического состава и кристаллографической структуры. Пики поглощения УФ-Вид наночастиц серебра, золота и сульфида кадмия могут варьироваться в зависимости от размера частиц: пик частиц серебра размером 25–50 нм составляет ок. 415 нм, наночастицы золота 30-40 нм, пик ок. 450 нм, а край поглощения сульфида кадмия ок. 450 указывает на квантовый размер частиц. [ 20 ] Более крупные наночастицы каждого типа будут иметь пики или края поглощения УФ-ВИД, которые смещаются в сторону более длинных волн, тогда как меньшие наночастицы будут иметь пики или края поглощения УФ-ВИД, которые смещаются в сторону более коротких волн.
Механизмы формирования
[ редактировать ]Золото и серебро
[ редактировать ]
Было высказано предположение, что нитратредуктаза инициирует образование наночастиц многими грибами, включая виды Penicillium , в то время как несколько ферментов, α-НАДФН-зависимые редуктазы, нитрат-зависимые редуктазы и внеклеточный челночный хинон, участвуют в синтезе наночастиц серебра у Fusarium oxysporum . Джайн и др. (2011) указали, что синтез наночастиц серебра для A. flavus белка (цистеина и свободных аминогрупп), первоначально происходит с помощью белка «33 кДа», за которым следует электростатическое притяжение которое стабилизирует наночастицу путем образования блокирующего агента. [ 11 ] Внутриклеточный синтез наночастиц серебра и золота до конца не изучен, но было предложено подобное электростатическое притяжение, восстановление и накопление поверхности клеточной стенки грибов. [ 20 ] Внешний синтез наночастиц золота P. chrysosporium был приписан лакказе , тогда как внутриклеточный синтез наночастиц золота был приписан лигниназе . [ 20 ]
Сульфид кадмия
[ редактировать ]Синтез наночастиц сульфида кадмия дрожжами включает секвестрацию Cd. 2+ пептидами, родственными глутатиону, с последующим восстановлением внутри клетки. Ахмад и др. (2002) сообщили, что синтез наночастиц сульфида кадмия Fusarium oxysporum основан на сульфатредуктазном (ферментном) процессе.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Барредо Дж.Л., изд. (2005). «Микробные клетки и ферменты». Микробные ферменты и биотрансформации . Хумана Пресс. стр. 1–10. ISBN 978-1-58829-253-7 .
- ^ Перейти обратно: а б с Горбани, HR; Сафекорди А.А.; Аттар Х; Резаят Сорхабади С.М. (2011). «Биологические и небиологические методы синтеза наночастиц серебра». Ежеквартальный журнал химической и биохимической инженерии . 25 : 317–326.
- ^ Перейти обратно: а б Абу Эль-Нур, ММ; Эфтаиха А; Аль-Вартан А; Аммар РАА (2010). «Синтез и применение наночастиц серебра» . Арабский химический журнал . 3 (3): 135–140. дои : 10.1016/j.arabjc.2010.04.008 .
- ^ Попеску, М; Веля А; Лоринци А (2010). «Биогенное производство наночастиц». Дайджест J наноматериалов и биоструктур . 5 : 1035–1040.
- ^ Састри, М; Ахмад А; Хан М.И.; Кумар Р. (2003). «Биосинтез наночастиц металлов с использованием грибов и актиномицетов». Современная наука . 85 : 162–170.
- ^ Перейти обратно: а б с Вахаби, К; Мансури Г.А.; Карими С (2011). «Биосинтез наночастиц серебра грибом Trichoderma reesei : путь крупномасштабного производства AgNP» . Журнал наук . 1 : 65–79. дои : 10.5640/insc.010165 .
- ^ Перейти обратно: а б Басавараджа, С; Баладжи С.Д.; Лагашетти А; Раджасаб АХ; Венкатараман А (2008). «Внеклеточный биосинтез наночастиц серебра с использованием гриба Fusarium semitectum ». Бюллетень исследования материалов . 45 (5): 1164–1170. doi : 10.1016/j.materresbull.2007.06.020 .
- ^ Перейти обратно: а б Дуран, Н.; Маркато П.Д.; Алвес О.Л.; IH де Соуза Дж; Эспозито Э (2005). «Механистические аспекты биосинтеза наночастиц серебра несколькими штаммами Fusarium oxysporum » . Журнал нанобиотехнологий . 3 :8. дои : 10.1186/1477-3155-3-8 . ПМЦ 1180851 . ПМИД 16014167 .
- ^ Перейти обратно: а б Навин, Х; Кумар Дж; Картик Л; Роа Б (2010). «Внеклеточный биосинтез наночастиц серебра с использованием нитчатого гриба Penicillium sp». Архивы прикладных научных исследований . 2 : 161–167.
- ^ Бхайнса, Канзас; Д'Суза СФ (2006). «Внеклеточный биосинтез наночастиц серебра с использованием гриба Aspergillus fumigatas ». Коллоиды и поверхности B: Биоинтерфейсы . 47 (2): 160–164. дои : 10.1016/j.colsurfb.2005.11.026 . ПМИД 16420977 .
- ^ Перейти обратно: а б Джайн, Н.; Джайн Н., Бхаргава А., Маджумдар С., Тарафдар Дж., Панвар Дж.; Маджумдар, Сонали; Тарафдар, JC; Панвар, Джитендра (2011). «Внеклеточный биосинтез и характеристика наночастиц серебра с использованием Aspergillus flavus NJP08: взгляд на механизм». Наномасштаб . 3 (2): 635–641. Бибкод : 2011Nanos...3..635J . дои : 10.1039/c0nr00656d . ПМИД 21088776 .
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Мукерджи, П; Ахмад А., Мандал Д., Сенапати С., Сайнкар С., Хан М., Паришча Р., Аджайкумар П., Алам М., Кумар Р., Састри М.; Мандал, Диндаял; Сенапати, Сатьяджьоти; Сайнкар, Судхакар Р.; Хан, Мохаммед И.; Парища, Рену; Аджайкумар, ПВ; Алам, Мансур; Кумар, Раджив; Састри, Мурали (2001). «Грибково-опосредованный синтез наночастиц серебра и их иммобилизация в мицелиальном матриксе; новый биологический подход к синтезу наночастиц». Нано-буквы . 1 (10): 515–519. Бибкод : 2001NanoL...1..515M . дои : 10.1021/nl0155274 .
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б Мукерджи, П; Сенапати С; Мандал Д; Ахмад А; Хан М; Кумар Р; Састри М (2002). «Внеклеточный синтез наночастиц золота грибом Fusarium oxysporum ». ХимБиоХим . 3 (5): 461–463. doi : 10.1002/1439-7633(20020503)3:5<461::AID-CBIC461>3.0.CO;2-X . ПМИД 12007181 . S2CID 34520744 .
- ^ Кастро-Лонгория, Э; Вильчис-Нестор А и Авалес-Борха М; Авалос-Борха, М. (2011). «Биосинтез серебра, золота и биметаллических наночастиц с использованием нитчатого гриба Neurospora crassa ». Коллоиды и поверхности B: Биоинтерфейсы . 83 (1): 42–48. дои : 10.1016/j.colsurfb.2010.10.035 . ПМИД 21087843 .
- ^ Агнихотри, М; Джоши С; Кумар А; Зиньярде С; Кулкарни С (2009). «Биосинтез наночастиц золота тропическими морскими дрожжами Yarrowia lipolytica NCIM 3589». Материалы писем . 63 (15): 1231–1234. Бибкод : 2009MatL...63.1231A . дои : 10.1016/j.matlet.2009.02.042 .
- ^ Чаухан, А; Зубайр С; Туфаил С; Шервани А; Саджид М; Раман С; Азам А; Овайс М (2011). «Биологический синтез наночастиц золота, опосредованный грибами: потенциал обнаружения рака печени» . Международный журнал наномедицины . 6 : 2305–2319. дои : 10.2147/ijn.s23195 . ПМК 3205127 . ПМИД 22072868 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Герике, М; Пинчес А (2006). «Биологический синтез наночастиц металлов». Гидрометаллургия . 83 (1–4): 132–140. Бибкод : 2006HydMe..83..132G . doi : 10.1016/j.гидромет.2006.03.019 .
- ^ Ли, Х; Сюй Х; Чэнь З; Чен Г (2011). «Биосинтез наночастиц микроорганизмами и их применение» . Журнал наноматериалов . 2011 : 1–16. дои : 10.1155/2011/270974 .
- ^ Эспиноза-Ортис, Э.Дж.; Гонсалес-Хил Дж; Сайкалы ЧП; ван Халлебуш ЭД; Объектив ПНЛ (2014). «Влияние оксианионов селена на гриб белой гнили Phanerochaete chrysosporium ». Appl Microbiol Biotechnol . 99 (5): 2405–2418. дои : 10.1007/s00253-014-6127-3 . ПМИД 25341399 . S2CID 253768254 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Ахмад, А; Мукерджи П; Мандал Д; Сенапати С; Хан М; Кумар Р; Састри М (2002). «Фермент-опосредованный внеклеточный синтез наночастиц CdS грибом Fusarium oxysporum ». Журнал Американского химического общества . 124 (41): 12108–12109. дои : 10.1021/ja027296o . ПМИД 12371846 .
- ^ Шанкар, С; Ахмад А; Састри М (2003). «Биосинтез наночастиц серебра с помощью листьев герани». Биотехнология. Прог . 19 (6): 1627–1631. дои : 10.1021/bp034070w . ПМИД 14656132 . S2CID 10120705 .