Synt eza nanocz st ek przez

ą

m ikroorganizm y

Wikt or Lewandowski

Zak ad Chemii Zwi zków Naturalnych

ł

ą

Pracownia Analizy Ska e rodowiska

ż ń Ś

Cel prezent acji

Przybli enie tematyki nanocz stek/ nanotechnologii w uj ciu biologicznym.

ż

ą

ę

Rok

Liczba

publikacji

Liczba

patentów

1990

1 000

200

2 002

2 2 0 00

1 2 00

Skala nano-

.

Nanocz stka ferrytowa

ą

Zast osowania nanocz st ek

ą

Sprz t AGD

ę

Nanonadruki

Kropki kwantowe

Wybrane zast osowania
nanocz st ek

ą

Moleku a leku

ł

Labilne wi zanie zrywane

ą

np. przez na wietlenie

ś

mikrofalami

Wstrzykni cie do krwioobiegu

ę

Ogniskowanie
magnetyczne w
chorej tkance

S

N

Na wietlenie

ś

uwalnia lek

Miejscowo- specyficzne dostarczanie
leków

Wbrane zast osowania
nanocz st ek

ą

Magnet yczna nanocz steczka

ą

op aszczona przeciwcia ami

ł

ł

Oczyszczanie bia ek bez

ł

kolumny chromatograficznej

Zast osowanie nanocz st ek

ą

PCR

Kropki kwantowe

(Quantum dots)

e

e

e

e

1

e

e

e

e

0

CdSe

ZnS

Met ody synt ezy

Synteza chemiczna

Synteza elektorchemiczna

Metody termiczne

Metody biologiczne

Top- down

Bottom- up

Rozdrobnienie materia u

ł

Cechy, które chcemy kontrolowa :

ć

• wielko

ść

• kszta t

ł

• sk ad chemiczny

ł

Wybrana m et oda chem iczna

Synteza w odwróconych micellach

Dobra kontrola wielko ci

ś

poprzez stosunek ilo ci

ś

surfaktanta do rozpuszczalnika

ywa fabryka (ang. living fact ory)

Ż

• uproszczona masowa produkcja

• ni sze nak ady energetyczne np. w porównaniu do metod termochemicznych

ż

ł

• potencjalna mo liwo

selektywno ci kszta tu, wielko ci, sk adu chemicznego

ż

ść

ś

ł

ś

ł

• metoda „przyjazna rodowisku”

ś

Dlaczego biologiczna synteza?

Jakie mikroorganizmy?

Fe

3

O

4

.

Ag

.

C(Ag)

.

Au

.

CdS

Fe

3

O

4

.

Ag

.

C(Ag)

.

Au

.

CdS

M. magnetotacticum

• zró nicowana wielko

ż

ść

(35 – 120 nm)

• zró nicowany

ż

kszta t

ł

Mikroorganizm

Rodzaj

nanocz stek

ą

Miejsce syntezy

Bibliografia

Magnet ospirillum
magnet otacticum

Fe

3

O

4

wew. kom., st rukt ura

ob oniona

ł

Thermoanareobacter

ethanolicus

Fe

3

O

4

domieszkowany Co,

Ni

pozakomórkowa

Roh, 2001

T. ethanolicus

• zró nicowana wielko

ż

ść

• zró nicowany kszta t

ż

ł

Fe

3

O

4

.

Ag

.

C(Ag)

.

Au

.

CdS

P. stuzeri

• 90% czysto ci AgNP

ś

• wielko

do 200 nm

ść

• zró nicowana topologia

ż

Mikroorganizm

Rodzaj

nanocz stek

ą

Miejsce syntezy

Bibliografia

Pseudomonas st ut zeri

AG259

Ag (Ag

2

S)

wiekszosc w

przest rzeni

peryplazmat ycznej

Klaus, 1999

Pseudomonas st ut zeri

AG259

C(Ag)

wew. kom.

Joerger, 2000

Fe

3

O

4

.

Ag

.

C(Ag)

.

Au

.

CdS

P. aeruginosa

• wielko

zale na

ść

ż

od szczepu (40, 25, 15 nm)

• du y rozrzut wielko ci (+ / - 30%)

ż

ś

Mikroorganizm

Rodzaj

nanocz stek

ą

Miejsce syntezy

Bibliografia

Pseudomonas

aeruginosa

Au

pozakomórkowo

Husseiny, 2007

Thermonospora sp.

Au

pozakomórkowo

Ahmad, 2003

Thermonospora sp.

• wielko

8nm

ść

• ma y rozrzut wielko ci

ł

ś

Fe

3

O

4

.

Ag

.

C(Ag)

.

Au

.

CdS

S. algae

• 10- 20 nm

Mikroorganizm

Rodzaj

nanocz stek

ą

Miejsce syntezy

Bibliografia

Shewanella algae

Au

?

Konishi, 2004

Lact obacillus sp.

AuAg

wewnt t rzkomórkowo

ą

Nair, 2002

Lactobacillus sp.

• dwie grupy nanocz tek

ą

(20- 30 i powy ej 100 nm)

ż

Fe

3

O

4

.

Ag

.

C(Ag)

.

Au

.

CdS

F. ox ysporum

• ma y rozrzut wielko ci (5 – 20 nm)

ł

ś

Mikroorganizm

Rodzaj

nanocz stek

ą

Miejsce syntezy

Bibliografia

Fusarium ox ysporum

CdS

(MoS

2

, ZnS, PbS)

pozakomórkowo

Ahmad, 2002

Schizosaccharomyces

pombe

CdS

wewn t rzkomórkowo

ą

Dameron, 1989

S. pombe

• wielko

2 nm

ść

• (- Glu- Cys)

n

- Gly

Biologiczne m et ody synt ezy

Komórka producenta

Metody oczyszczania nanocz stek (zale na od rodzaju i miejsca syntezy)

ą

ż

•

wirowanie

•

separacja magnetyczna

Mechanizm synt ezy nanocz st ek

ą

Synteza NP’s zale na od:

ż

• bia ek, np. b onowych (magnetosomy)

ł

ł

• specyficznych peptydów

• NADH i ATP (F. ox ysporum)

Dok adny mechnizm powst awania NP nieznany

ł

Identyfikacja szlaków biochemiczncyh pozwoli:

• kontrolowa wzrost NP

ć

• prowadzi syntez przez E. coli

ć

ę

• pozna chemi powierzchni NP

ć

ę

Kont rola wzrost u nanocz st ek Au

ą

Przegl d mikroorganizmów (wcze niej opisane i izolaty rodowiskowe)

ą

ś

ś

Pichia jadini

Verticillium luteoalbum

6- 3

Kont rola wzrost u nanocz st ek Au

ą

Wp yw pH

ł

Pichia jadini

Verticillium luteoalbum

Wp yw wieku komórek

ł

Kont rola wzrost u nanocz st ek Au

ą

Wp yw st

enia Au

ł

ęż

Verticillium luteoalbum

Wp yw T

ł

Verticillium luteoalbum

Podsum owanie synt ezy
biologicznej

Zalety: odpowiednie dla pracy z mikroorganizmami

Wady: ma o poznany i s abo kontrolowany proces

ł

ł

zazwyczaj du y rozrzut wielko ci nanocz stek

ż

ś

ą

Toksyczno

nanocz st ek

ść

ą

Dzia anie nieporz dane mo e wynika z:

ł

ą

ż

ć

• akumulacji

• tworzenia wolnych rodników

„Sprzeczne” wyniki bada

ń

Toksyczno

zale na od:

ść

ż

• sk adu chemicznego

ł

• rodzaju otoczki

• wielko ci

ś

Dygresja 1

Cel pracy magisterskiej:

„Synteza nanocz stek o w a ciwo ciach superparamagnetycznych,

ą

ł ś

ś

modyfikowanych na powierzchni ciek ymi kryszta ami”

ł

ł

O

NH

2

O

O

O

Mo liwe drogi do celu

ż

CoPt

(Fe)Au

z o one

ł ż

(Co)Au

Nanocz st ki

ą

magnetyczne

Co

(Co)Au

proste

Au rods

Fe

2

O

3

Dygresja 2

Cel pracy magisterskiej:

„Izolacja i charakterystyka fizjologiczna i genetyczna bakterii redukuj cych

ą

dysymilatywnie arsen (V)”

Shewanella sp. O23

Aeromonas sp. S5

As (V) - > As (III)