Synteza nanocząstek przez
mikroorganizmy
Wiktor Lewandowski
Zakład Chemii Związków Naturalnych
Pracownia Analizy Skażeń Środowiska
Cel prezentacji
Przybliżenie tematyki nanocząstek/ nanotechnologii w ujęciu biologicznym.
Rok Liczba Liczba
publ0kacji pat200ów
i00 ent
1990 1
2002 22 000 1 200
Skala nano-
.
Nanocząstka ferrytowa
Zastosowania nanocząstek
Sprzęt AGD
Nanonadruki
Kropki kwantowe
Wybrane zastosowania
nanocząstek
Miejscowo- specyficzne dostarczanie
leków
Molekuła leku
S
Wstrzyknięcie do krwioobiegu
Labilne wiązanie zrywane
N
np. przez naświetlenie
Naświetlenie
mikrofalami
Ogniskowanie
uwalnia lek
magnetyczne w
chorej tkance
Wbrane zastosowania
nanocząstek
Oczyszczanie białek bez
kolumny chromatograficznej
Magnetyczna nanocząsteczka
opłaszczona przeciwciałami
Zastosowanie nanocząstek
Kropki kwantowe
PCR
(Quantum dots)
e
e e
e
e
e e
e
1 0
CdSe
ZnS
Metody syntezy
Top- down
Bottom- up
Rozdrobnienie materiału
Metody termiczne
Synteza chemiczna
Synteza elektorchemiczna
Cechy, które chcemy kontrolować:
Metody biologiczne
" wielkość
" kształt
" skład chemiczny
Wybrana metoda chemiczna
Synteza w odwróconych micellach
Dobra kontrola wielkości
poprzez stosunek ilości
surfaktanta do rozpuszczalnika
Żywa fabryka (ang. living factory)
Dlaczego biologiczna synteza?
" uproszczona masowa produkcja
" niższe nakłady energetyczne np. w porównaniu do metod termochemicznych
" potencjalna możliwość selektywności kształtu, wielkości, składu chemicznego
" metoda  przyjazna środowisku
Jakie mikroorganizmy?
Fe3O4 . Ag . C(Ag) . Au . CdS
Fe3O4 . Ag . C(Ag) . Au . CdS
M. magnetotacticum
T. ethanolicus
" zróżnicowana wielkość
" zróżnicowana wielkość
(35  120 nm)
" zróżnicowany kształt
" zróżnicowany
kształt
Rodzaj
Mikroorganizm Miejsce syntezy Bibliografia
nanocząstek
Magnetospirillum wew. kom., struktura
Fe3O4
magnetotacticum obłoniona
Fe3O4
Thermoanareobacter
pozakomórkowa Roh, 2001
domieszkowany Co,
ethanolicus
Ni
Fe3O4 . Ag . C(Ag) . Au . CdS
P. stuzeri
" 90% czystości AgNP
" wielkość do 200 nm
" zróżnicowana topologia
Rodzaj
Mikroorganizm Miejsce syntezy Bibliografia
nanocząstek
wiekszosc w
Pseudomonas stutzeri
Ag (Ag2S) przestrzeni Klaus, 1999
AG259
peryplazmatycznej
Pseudomonas stutzeri
C(Ag) wew. kom. Joerger, 2000
AG259
Fe3O4 . Ag . C(Ag) . Au . CdS
P. aeruginosa Thermonospora sp.
" wielkość zależna " wielkość 8nm
od szczepu (40, 25, 15 nm) " mały rozrzut wielkości
" duży rozrzut wielkości (+ / - 30%)
Rodzaj
Mikroorganizm Miejsce syntezy Bibliografia
nanocząstek
Pseudomonas
Au pozakomórkowo Husseiny, 2007
aeruginosa
Thermonospora sp. Au pozakomórkowo Ahmad, 2003
Fe3O4 . Ag . C(Ag) . Au . CdS
S. algae Lactobacillus sp.
" 10- 20 nm " dwie grupy nanoczątek
(20- 30 i powyżej 100 nm)
Rodzaj
Mikroorganizm Miejsce syntezy Bibliografia
nanocząstek
Shewanella algae Au ? Konishi, 2004
Lactobacillus sp. AuAg wewntątrzkomórkowo Nair, 2002
Fe3O4 . Ag . C(Ag) . Au . CdS
F. oxysporum S. pombe
" mały rozrzut wielkości (5  20 nm) " wielkość 2 nm
" (- Glu- Cys)n- Gly
Rodzaj
Mikroorganizm Miejsce syntezy Bibliografia
nanocząstek
CdS
Fusarium oxysporum pozakomórkowo Ahmad, 2002
(MoS2, ZnS, PbS)
Schizosaccharomyces
CdS wewnątrzkomórkowo Dameron, 1989
pombe
Biologiczne metody syntezy
Metody oczyszczania nanocząstek (zależna od rodzaju i miejsca syntezy)
Komórka producenta
" wirowanie
" separacja magnetyczna
Mechanizm syntezy nanocząstek
Dokładny mechnizm powstawania NP nieznany
Synteza NP s zależna od:
" białek, np. błonowych (magnetosomy)
" specyficznych peptydów
" NADH i ATP (F. oxysporum)
Identyfikacja szlaków biochemiczncyh pozwoli:
" kontrolować wzrost NP
" prowadzić syntezę przez E. coli
" poznać chemię powierzchni NP
Kontrola wzrostu nanocząstek Au
Przegląd mikroorganizmów (wcześniej opisane i izolaty środowiskowe)
Pichia jadini Verticillium luteoalbum
6- 3
Kontrola wzrostu nanocząstek Au
Wpływ pH Verticillium luteoalbum
Wpływ wieku komórek
Pichia jadini
Kontrola wzrostu nanocząstek Au
Wpływ stężenia Au Verticillium luteoalbum
Wpływ T
Verticillium luteoalbum
Podsumowanie syntezy
biologicznej
Zalety: odpowiednie dla pracy z mikroorganizmami
Wady: mało poznany i słabo kontrolowany proces
zazwyczaj duży rozrzut wielkości nanocząstek
Toksyczność nanocząstek
Działanie nieporządane może wynikać z:
" akumulacji
" tworzenia wolnych rodników
 Sprzeczne wyniki badań
Toksyczność zależna od:
" składu chemicznego
" rodzaju otoczki
" wielkości
NH2
Dygresja 1
Cel pracy magisterskiej:
O
 Synteza nanocząstek o właściwościach superparamagnetycznych,
modyfikowanych na powierzchni ciekłymi kryształami
O
O
O
Możliwe drogi do celu
Nanocząstki
magnetyczne
złożone proste
CoPt (Co)Au (Fe)Au Co Au rods
(Co)Au
Fe2O3
Dygresja 2
Cel pracy magisterskiej:
 Izolacja i charakterystyka fizjologiczna i genetyczna bakterii redukujących
dysymilatywnie arsen (V)
Shewanella sp. O23
Aeromonas sp. S5
As (V) - > As (III)