Co to jest biosynteza nanocząstek?
Nanocząsteczki zyskały na znaczeniu na początku XXI wieku dzięki rozwojowi przemysłu nanotechnologicznego, a wiele badań poświęcono znalezieniu tanich, wygodnych i bezpiecznych metod produkcji. Biosynteza nanocząstek - wytwarzanie nanocząstek przez żywe organizmy lub materiał pochodzenia biologicznego - jest jedną z dróg, która daje wiele nadziei. Istnieje wiele rodzajów biosyntezy, które można zastosować - na przykład nanocząstki można syntetyzować przy użyciu żywych bakterii lub grzybów lub ekstraktów roślinnych. Techniki te mogą zapewnić przewagę nad bardziej tradycyjnymi metodami syntezy nanocząstek, ponieważ są przyjazne dla środowiska, mogą odbywać się w temperaturze pokojowej lub niższej i wymagają niewielkiej interwencji lub wkładu energii. Zaangażowane organizmy są na ogół łatwo hodowane w prostych pożywkach organicznych, są zasobem odnawialnym i zwykle można po prostu zostawić je do wykonania.
Od dawna wiadomo, że różne organizmy mogą syntetyzować cząstki nieorganiczne, w tym krzemionkę i węglan wapnia lub kredę. Wiele mikroorganizmów jest w stanie zredukować jony metali do metali. Niektóre bakterie mogą wytwarzać materiał magnetyczny poprzez redukcję związków żelaza, wprowadzając magnetyczne nanocząstki do ciał zwanych magnetosomami w swoich komórkach. Zainteresowanie tymi działaniami mikrobiologicznymi doprowadziło do opracowania technologii zaprojektowanych w celu umożliwienia biosyntezy nanocząstek.
Nanocząsteczki srebra i złota są szczególnie interesujące, ponieważ mają szeroki zakres możliwych zastosowań, a głównym przedmiotem badań nad biosyntezą nanocząstek są te metale. Chociaż metale w bardziej znanych postaciach nie są bardzo reaktywne, są one - podobnie jak wiele substancji - znacznie bardziej reaktywne w postaci nanocząstek. Wynika to głównie ze znacznie większego stosunku powierzchni do objętości. Nanocząstki srebra i złota można stosować jako katalizatory, środki przeciwbakteryjne, systemy dostarczania leków, leczenie przeciwnowotworowe oraz do monitorowania różnych substancji biochemicznych.
W biosyntezie nanocząstek z powodzeniem zastosowano wiele rodzajów bakterii. Może to mieć miejsce zarówno wewnątrzkomórkowo - wewnątrz żywych komórek - jak i zewnątrzkomórkowo - na zewnątrz komórek. Stwierdzono, że jeden szczep łatwo dostępnej bakterii Escherichia coli wytwarza wewnątrzkomórkowe i pozakomórkowe nanocząstki srebra po dodaniu roztworu azotanu srebra (AgNO 3 ) do podłoża wzrostowego. Wiele innych bakterii, w tym sinice, może również wytwarzać nanocząsteczki srebra z azotanu srebra. Uważa się, że bakterie wykorzystują anion azotanowy (NO 3 - ) jako źródło azotu, pozostawiając srebro metaliczne.
Nanocząsteczki złota zostały zsyntetyzowane przez bakterie z rozpuszczalnych w wodzie związków złota i chloru znanych jako chloroauryniany, które zawierają anion AuCl4. W tym celu z powodzeniem zastosowano wiele różnych bakterii, a nanocząstki można wytwarzać wewnątrz i na zewnątrz komórek bakteryjnych. W niektórych przypadkach kształt wytworzonych nanocząstek złota można kontrolować, dostosowując pH podłoża.
Grzyby i rośliny kwitnące zastosowano również eksperymentalnie do syntezy nanocząstek. Stwierdzono, że preparaty z kilku gatunków Aspergillus i innych pleśni, a także co najmniej jednego gatunku jadalnych grzybów wytwarzają pozakomórkowe nanocząstki zarówno srebra, jak i złota. Zaobserwowano, że ekstrakty z wielu roślin kwitnących, w tym z aloesu i pelargonii graveolens , rodzaj geranium, tworzą nanocząstki srebra i złota po zmieszaniu z odpowiednimi rozpuszczalnymi związkami tych metali.