Что такое биосинтез наночастиц?

Наночастицы приобрели значительное значение в начале 21-го века из-за расширения индустрии нанотехнологий, и много исследований было направлено на поиск дешевых, удобных и безопасных методов производства. Биосинтез наночастиц - производство наночастиц живыми организмами или материалом биологического происхождения - является одним из путей, который показывает многообещающие результаты. Существует несколько типов биосинтеза, которые можно использовать, например, наночастицы могут быть синтезированы с использованием живых бактерий или грибов или с использованием растительных экстрактов. Эти методы могут обеспечить преимущества по сравнению с более традиционными методами синтеза наночастиц, потому что они являются экологически чистыми, могут осуществляться при комнатной температуре или ниже и требуют небольшого вмешательства или ввода энергии. Вовлеченные организмы, как правило, легко культивируются в простых органических средах, являются возобновляемым ресурсом, и обычно их просто можно оставить для выполнения своей работы.

Давно известно, что различные организмы могут синтезировать неорганические частицы, в том числе кремнезем и карбонат кальция или мел. Многие микроорганизмы способны восстанавливать ионы металлов до металлов. Некоторые бактерии могут производить магнитный материал путем восстановления соединений железа, включая магнитные наночастицы в тела, известные как магнитосомы в своих клетках. Интерес к этой микробной активности привел к разработке технологий, предназначенных для обеспечения биосинтеза наночастиц.

Наночастицы серебра и золота представляют особый интерес, поскольку имеют широкий спектр возможных применений, и основное внимание в исследованиях биосинтеза наночастиц было уделено этим металлам. Хотя металлы в их более привычных формах не очень реактивны, они, как и многие вещества, гораздо более реакционноспособны в форме наночастиц. Во многом это связано с гораздо более высоким отношением площади поверхности к объему. Наночастицы серебра и золота могут быть использованы в качестве катализаторов, антибактериальных агентов, систем доставки лекарств, противораковых препаратов и для мониторинга различных биохимических веществ.

Ряд видов бактерий были успешно использованы в биосинтезе наночастиц. Это может происходить как внутриклеточно - внутри живых клеток - так и внеклеточно - вне клеток. Обнаружено, что один штамм легкодоступной бактерии Escherichia coli продуцирует внутриклеточные и внеклеточные наночастицы серебра, когда в его питательную среду добавляется раствор нитрата серебра (AgNO ₃ ). Ряд других бактерий, в том числе цианобактерии, могут также производить наночастицы серебра из нитрата серебра. Считается, что бактерии используют нитрат-анион (NO ₃ ^- ) в качестве источника азота, оставляя металлическое серебро.

Наночастицы золота были синтезированы бактериями из водорастворимых соединений золота и хлора, известных как хлораураты, которые содержат анион AuCl ₄ ^- . Ряд различных бактерий был успешно использован для этой цели, и наночастицы могут быть получены внутри и снаружи бактериальных клеток. В некоторых случаях форму получаемых наночастиц золота можно контролировать, регулируя рН среды.

Грибки и цветущие растения также использовались экспериментально для синтеза наночастиц. Было обнаружено, что препараты из нескольких видов Aspergillus и других плесени, а также по меньшей мере одного вида съедобных грибов дают внеклеточные наночастицы как серебра, так и золота. Наблюдалось, что экстракты ряда цветковых растений, в том числе алоэ вера и пеларгония могилена , типа герани, образуют наночастицы серебра и золота при смешивании с подходящими растворимыми соединениями этих металлов.