Vad är biosyntesen av nanopartiklar?
Nanopartiklar har fått betydande betydelse i början av 2000-talet på grund av expansionen av nanoteknikindustrin, och mycket forskning har gått till att hitta billiga, praktiska och säkra produktionsmetoder. Biosyntesen av nanopartiklar - produktion av nanopartiklar av levande organismer eller material av biologiskt ursprung - är en väg som visar mycket löfte. Det finns ett antal typer av biosyntes som kan användas - till exempel kan nanopartiklar syntetiseras med användning av levande bakterier eller svampar, eller med användning av växtextrakt. Dessa tekniker kan ge fördelar jämfört med mer traditionella metoder för att syntetisera nanopartiklar eftersom de är miljövänliga, kan ske runt rumstemperatur eller lägre, och kräver lite ingripande eller tillförsel av energi. De involverade organismerna odlas vanligtvis lätt i enkla organiska medier, är en förnybar resurs och kan vanligtvis bara lämnas att göra sitt arbete.
Det har länge varit känt att olika organismer kan syntetisera oorganiska partiklar, inklusive kiseldioxid och kalciumkarbonat eller krita. Många mikroorganismer kan reducera metalljoner till metall. Vissa bakterier kan producera magnetiskt material genom reduktion av järnföreningar och integrera magnetiska nanopartiklar i kroppar som kallas magnetosomer i deras celler. Intresset för dessa mikrobiella aktiviteter har lett till utvecklingen av teknologier utformade för att möjliggöra biosyntes av nanopartiklar.
Nanopartiklar av silver och guld är av särskilt intresse, eftersom de har ett brett spektrum av möjliga tillämpningar, och huvudfokus för forskning om biosyntes av nanopartiklar har varit på dessa metaller. Även om metallerna i deras mer kända former inte är särskilt reaktiva, är de - som många ämnen - mycket mer reaktiva i nanopartikelform. Detta beror till stor del på det mycket högre förhållandet mellan yta och volym. Nanopartiklar av silver och guld kan användas som katalysatorer, antibakteriella medel, läkemedelsleveranssystem, anti-cancerbehandlingar och för övervakning av olika biokemikalier.
Ett antal typer av bakterier har framgångsrikt använts i biosyntesen av nanopartiklar. Detta kan ske både intracellulärt - inuti levande celler - och extracellulärt - utanför cellerna. En stam av den lättillgängliga bakterien Escherichia coli har visat sig ge intracellulära och extracellulära nanopartiklar av silver när en lösning av silvernitrat (AgNO 3 ) tillsätts till dess tillväxtmedium. Ett antal andra bakterier, inklusive cyanobakterier, kan också producera silver-nanopartiklar från silvernitrat. Det antas att bakterierna använder nitratanjonen (NO 3 - ) som en kvävekälla, vilket lämnar metalliskt silver.
Guld nanopartiklar har syntetiserats av bakterier från vattenlösliga guld-klorföreningar kända som kloroaurater, som har en AuCl4-anjon. Ett antal olika bakterier har framgångsrikt använts för detta ändamål och nanopartiklar kan produceras i och utanför bakteriecellerna. I vissa fall kan formen på de producerade guld-nanopartiklarna regleras genom att justera mediets pH.
Svampar och blommande växter har också använts experimentellt för att syntetisera nanopartiklar. Beredningar från flera arter av Aspergillus och andra mögel såväl som åtminstone en art av ätlig svamp har visat sig producera extracellulära nanopartiklar av både silver och guld. Extrakt från ett antal blommande växter, inklusive Aloe vera och Pelargonium graveolens , en typ av geranium, har observerats bilda silver- och guld-nanopartiklar vid blandning med lämpliga lösliga föreningar av dessa metaller.