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
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)