Wat is de biosynthese van nanodeeltjes?
Nanodeeltjes zijn aan het begin van de 21e eeuw aanzienlijk toegenomen als gevolg van de uitbreiding van de nanotechnologie-industrie, en er is veel onderzoek gedaan naar het vinden van goedkope, gemakkelijke en veilige productiemethoden. De biosynthese van nanodeeltjes - productie van nanodeeltjes door levende organismen of materiaal van biologische oorsprong - is een route die veel belofte toont. Er zijn een aantal soorten biosynthese die kunnen worden gebruikt - nanodeeltjes kunnen bijvoorbeeld worden gesynthetiseerd met behulp van levende bacteriën of schimmels, of met plantenextracten. Deze technieken kunnen voordelen bieden ten opzichte van meer traditionele methoden voor het synthetiseren van nanodeeltjes omdat ze milieuvriendelijk zijn, kunnen plaatsvinden rond kamertemperatuur of lager en vereisen weinig interventie of input van energie. De betrokken organismen worden over het algemeen gemakkelijk gekweekt in eenvoudige organische media, zijn een hernieuwbare hulpbron en kunnen meestal gewoon worden achtergelaten om hun werk te doen.
Het is al lang bekend dat verschillende organismen anorganische deeltjes kunnen synthetiseren, waaronder silica en calciumcarbonaat of krijt. Veel micro-organismen kunnen metaalionen tot metaal reduceren. Sommige bacteriën kunnen magnetisch materiaal produceren door de reductie van ijzerverbindingen, door magnetische nanodeeltjes op te nemen in lichamen die magnetosomen in hun cellen worden genoemd. Interesse in deze microbiële activiteiten heeft geleid tot de ontwikkeling van technologieën die zijn ontworpen om de biosynthese van nanodeeltjes mogelijk te maken.
Zilver en goud nanodeeltjes zijn van bijzonder belang, omdat ze een breed scala van mogelijke toepassingen hebben, en de belangrijkste focus van onderzoek naar de biosynthese van nanodeeltjes was op deze metalen. Hoewel de metalen in hun meer bekende vormen niet erg reactief zijn, zijn ze - zoals veel stoffen - veel reactiever in nanodeeltjesvorm. Dit is grotendeels te wijten aan de veel hogere verhouding tussen oppervlakte en volume. Zilver en goud nanodeeltjes kunnen worden gebruikt als katalysatoren, antibacteriële middelen, medicijnafgiftesystemen, behandelingen tegen kanker en bij de monitoring van verschillende biochemicaliën.
Een aantal soorten bacteriën is met succes toegepast bij de biosynthese van nanodeeltjes. Dit kan zowel intracellulair - in levende cellen - als extracellulair - buiten de cellen plaatsvinden. Een stam van de gemakkelijk verkrijgbare bacterie Escherichia coli bleek intracellulaire en extracellulaire zilveren nanodeeltjes te produceren wanneer een oplossing van zilvernitraat (AgN03) aan zijn groeimedium wordt toegevoegd. Een aantal andere bacteriën, waaronder cyanobacteriën, kunnen ook zilveren nanodeeltjes produceren uit zilvernitraat. Er wordt gedacht dat de bacteriën het nitraatanion (NO 3 - ) gebruiken als stikstofbron, waardoor metaalzilver achterblijft.
Gouden nanodeeltjes zijn gesynthetiseerd door bacteriën uit in water oplosbare goud-chloorverbindingen bekend als chloorauraten, die een AuCl 4 - anion hebben. Een aantal verschillende bacteriën is met succes voor dit doel gebruikt en nanodeeltjes kunnen binnen en buiten de bacteriecellen worden geproduceerd. In sommige gevallen kan de vorm van de geproduceerde gouden nanodeeltjes worden geregeld door de pH van het medium aan te passen.
Schimmels en bloeiende planten zijn ook experimenteel gebruikt om nanodeeltjes te synthetiseren. Van preparaten van verschillende soorten Aspergillus en andere schimmels, evenals van ten minste één soort eetbare paddestoel, is gevonden dat ze extracellulaire nanodeeltjes van zowel zilver als goud produceren. Uit extracten van een aantal bloeiende planten, waaronder Aloë vera en Pelargonium graveolens , een soort geranium, is waargenomen dat ze zilveren en gouden nanodeeltjes vormen bij het mengen met geschikte oplosbare verbindingen van deze metalen.