Syntese av nanopartikler av sopp - Synthesis of nanoparticles by fungi
Gjennom menneskets historie har sopp blitt brukt som matkilde og utnyttet for å gjære og konservere mat og drikke. På 1900-tallet har mennesker lært å utnytte sopp for å beskytte menneskers helse ( antibiotika , antikolesterolstatiner og immunsuppressive midler), mens industrien har brukt sopp til storskala produksjon av enzymer , syrer og biosurfaktanter . Med fremkomsten av moderne nanoteknologi på 1980 -tallet har sopp forblitt viktig ved å tilby et grønnere alternativ til kjemisk syntetisert nanopartikkel.
Bakgrunn
En nanopartikkel er definert som å ha en dimensjon på 100 nm eller mindre. Miljøgiftige eller biologisk farlige reduksjonsmidler er vanligvis involvert i kjemisk syntese av nanopartikler, så det har vært et søk etter grønnere produksjonsalternativer. Gjeldende forskning har vist at mikroorganismer, planteekstrakter og sopp kan produsere nanopartikler gjennom biologiske veier. Den vanligste nanopartikler som syntetiseres av sopp er sølv og gull , men fungi er blitt anvendt i syntesen andre typer av nanopartikler, inkludert sinkoksyd , platina , magnetitt , zirkonia, silika, titan og kadmiumsulfid og kadmiumselenid kvanteprikker .
Sølv nanopartikkel produksjon
Syntese av sølvnanopartikler har blitt undersøkt ved bruk av mange allestedsnærværende sopparter, inkludert Trichoderma , Fusarium , Penicillium , Rhizoctonia , Pleurotus og Aspergillus . Ekstracellulær syntese er demonstrert av Trichoderma virde , T. reesei , Fusarium oxysporm , F. semitectum , F. solani , Aspergillus niger , A. flavus , A. fumigatus , A. clavatus , Pleurotus ostreatus , Cladosporium cladosporioides , Penicillium brevicompactum , P. fellutanum , en endofytisk Rhizoctonia sp., Epicoccum nigrum , Chrysosporium tropicum og Phoma glomerata , mens intracellulær syntese ble vist å forekomme hos en Verticillium -art og i Neurospora crassa .
Gull nanopartikkel produksjon
Syntese av gullnanopartikler har blitt undersøkt ved bruk av Fusarium , Neurospora , Verticillium , gjær og Aspergillus . Ekstracellulær gull nanopartikkelsyntese ble demonstrert av Fusarium oxysporum , Aspergillus niger og cytosoliske ekstrakter fra Candida albican . Intracellulær gull nanopartikkel-syntese er blitt vist ved en Verticillum art, V. luteoalbum ,
Diverse nanopartikkelproduksjon
I tillegg til gull og sølv har Fusarium oxysporum blitt brukt til å syntetisere zirkoniumoksid, titan, kadmiumsulfid og kadmium selenid nanosize partikler. Kadmiumsulfid -nanopartikler har også blitt syntetisert av Trametes versicolor , Schizosaccharomyces pombe og Candida glabrata . Den hvitråtesopp Phanerochaete chrysosporium er også blitt vist å være i stand til å syntetisere elementære selen nanopartikler.
Kulturteknikker og betingelser
Dyrkningsteknikker og media variere avhengig av kravene til den soppisolat som er involvert, men den generelle fremgangsmåten består av følgende: sopp hyfer er vanligvis plassert på flytende vekstmedier og plassert i rystekultur inntil soppkulturen har økt i biomasse. Sopphyfer fjernes fra vekstmediet, vaskes med destillert vann for å fjerne vekstmediet, plasseres i destillert vann og inkuberes på ristekultur i 24 til 48 timer. Sopphyfer separeres fra supernatanten , og en alikvot av supernatanten tilsettes til 1,0 mM ioneløsning. Ionløsningen overvåkes deretter i 2 til 3 dager for dannelse av nanopartikler. En annen vanlig kulturteknikk er å tilsette vasket sopphyfe direkte i 1,0 mM ioneløsning i stedet for å bruke soppfiltratet. Sølvnitrat er den mest brukte kilden til sølvioner, men sølvsulfat har også blitt brukt. Koloroaurinsyre brukes vanligvis som kilde til gullioner i forskjellige konsentrasjoner (1,0 mM og 250 mg til 500 mg Au per liter). Kadmiumsulfid -nanopartikelsyntese for F. oxysporum ble utført ved bruk av et 1: 1 -forhold på Cd 2+ og SO 4 2− ved en konsentrasjon på 1 mM. Gullnanopartikler kan variere i form og størrelse avhengig av ioneløsningens pH . Gericke og Pinches (2006) rapporterte at for V. luteoalbum dannes små (cc.10 nm) sfæriske gullnanopartikler ved pH 3, større (sfæriske, trekantede, sekskant og stenger) dannes gullnanopartikler ved pH 5 og ved pH 7 til pH 9 mangler de store nanopartiklene en definert form. Temperaturinteraksjoner for både sølv og gull nanopartikler var like; en lavere temperatur resulterte i større nanopartikler mens høyere temperaturer produserte mindre nanopartikler.
Analytiske teknikker
Visuelle observasjoner
For eksternt syntetiserte sølvnanopartikler blir sølvionoppløsningen vanligvis brunaktig i fargen, men denne bruningsreaksjonen kan være fraværende. For sopp som syntetiserer intracellulære sølv -nanopartikler, blir hyfer mørkere til en brunaktig farge mens løsningen forblir klar. I begge tilfeller tilskrives bruningsreaksjonen overflaten plasmonresonans av de metalliske nanopartiklene. For ekstern gull nanopartikkel produksjon, kan løsningsfargen variere avhengig av størrelsen på gull nanopartiklene; mindre partikler virker rosa mens store partikler ser lilla ut. Intracellulær gull -nanopartikelsyntese gjør hyfer vanligvis lilla mens løsningen forblir klar. Eksternt syntetiserte nanopartikler av kadmiumsulfid ble rapportert å få oppløsningsfargen til å se lysegul ut.
Analytiske verktøy
Skanningelektronmikroskopi ( SEM ), transmisjonselektronmikroskopi ( TEM ), energidispersiv analyse av røntgen ( EDX ), UV-vis spektroskopi og røntgendiffraksjon brukes til å karakterisere forskjellige aspekter ved nanopartikler. Både SEM og TEM kan brukes til å visualisere plasseringen, størrelsen og morfologien til nanopartiklene, mens UV-vis spektroskopi kan brukes til å bekrefte metallisk natur, størrelse og aggregeringsnivå. Energidispersiv analyse av røntgen brukes til å bestemme elementær sammensetning, og røntgendiffraksjon brukes til å bestemme kjemisk sammensetning og krystallografisk struktur. UV-Vis absorpsjonstoppene for sølv-, gull- og kadmiumsulfid-nanopartikler kan variere avhengig av partikkelstørrelse: 25-50 nm sølvpartikler når en topp på ca. 415 nm, gull-nanopartikler 30-40 nm topp ca. 450 nm, mens en kadmiumsulfidabsorpsjonskant ca. 450 er et tegn på kvantestørrelsespartikler. Større nanopartikkel av hver type vil ha UV-Vis-absorpsjonstopper eller kanter som skifter til lengre bølgelengder, mens mindre nanopartikler vil ha UV-Vis-absorpsjonstopper eller kanter som skifter til kortere bølgelengder.
Formasjonsmekanismer
Gull og sølv
Nitratreduktase ble foreslått å starte nanopartikkeldannelse av mange sopp, inkludert Penicillium- arter, mens flere enzymer, α-NADPH-avhengige reduktaser, nitratavhengige reduktaser og en ekstracellulær shuttle-kinon, var involvert i sølv-nanopartikelsyntese for Fusarium oxysporum . Jain et al. (2011) indikerte at sølv -nanopartikelsyntese for A. flavus i utgangspunktet forekommer av et "33kDa" -protein etterfulgt av et protein (cystein- og frie amingrupper) elektrostatisk tiltrekning som stabiliserer nanopartikkelen ved å danne et kapslingsmiddel. Intracellulær sølv og gull nanopartikelsyntese er ikke fullt ut forstått, men lignende sopp celleveggoverflate elektrostatisk tiltrekning, reduksjon og akkumulering har blitt foreslått. Ekstern gull -nanopartikelsyntese av P. chrysosporium ble tilskrevet laccase , mens intracellulær gull -nanopartikelsyntese ble tilskrevet ligninase .
Kadmiumsulfid
Kadmiumsulfid-nanopartikelsyntese ved gjær innebærer sekvestrering av Cd 2+ med glutation-relaterte peptider etterfulgt av reduksjon i cellen. Ahmad et al. (2002) rapporterte at kadmiumsulfid -nanopartikelsyntese av Fusarium oxysporum var basert på en sulfatreduktase (enzym) prosess.