Kas ir nanodaļiņu biosintēze?

Jau sen ir zināms, ka dažādi organismi var sintezēt neorganiskās daļiņas, tostarp silīcija dioksīdu un kalcija karbonātu vai krītu. Daudzi mikroorganismi spēj reducēt metāla jonus līdz metāliem. Dažas baktērijas var ražot magnētisku materiālu, reducējot dzelzs savienojumus, iekļaujot magnētiskās nanodaļiņas ķermeņos, kas pazīstami kā magnetosomas savās šūnās. Interese par šīm mikrobu aktivitātēm ir novedusi pie tehnoloģiju izstrādes, kas izstrādātas, lai nodrošinātu nanodaļiņu biosintēzi.

Īpašu interesi rada sudraba un zelta nanodaļiņas, jo tām ir plašs iespējamo pielietojumu klāsts, un nanodaļiņu biosintēzes pētījumos galvenais uzsvars ir likts uz šiem metāliem. Lai gan metāli to pazīstamākajās formās nav īpaši reaģējoši, tie, tāpat kā daudzas vielas, ir daudz reaktīvāki nanodaļiņu formā. Tas lielā mērā ir saistīts ar daudz lielāku virsmas laukuma un tilpuma attiecību. Sudraba un zelta nanodaļiņas var izmantot kā katalizatorus, antibakteriālus līdzekļus, zāļu ievadīšanas sistēmas, pretvēža ārstēšanu un dažādu bioķīmisko vielu uzraudzību.

Vairāki baktēriju veidi ir veiksmīgi izmantoti nanodaļiņu biosintēzē. Tas var notikt gan intracelulāri – dzīvu šūnu iekšpusē, gan ārpusšūnu – ārpus šūnām. Ir konstatēts, ka viens viegli pieejamās baktērijas Escherichia coli celms rada intracelulāras un ārpusšūnu sudraba nanodaļiņas, ja tās augšanas barotnei pievieno sudraba nitrāta (AgNO3) šķīdumu. Daudzas citas baktērijas, tostarp zilaļģes, arī var ražot sudraba nanodaļiņas no sudraba nitrāta. Tiek uzskatīts, ka baktērijas izmanto nitrātu anjonu (NO3-) kā slāpekļa avotu, atstājot metālisku sudrabu.

Zelta nanodaļiņas ir sintezējušas baktērijas no ūdenī šķīstošiem zelta-hlora savienojumiem, kas pazīstami kā hloraurāti un kuriem ir AuCl4-anjons. Šim nolūkam ir veiksmīgi izmantotas vairākas dažādas baktērijas, un nanodaļiņas var ražot baktēriju šūnās un ārpus tām. Dažos gadījumos iegūto zelta nanodaļiņu formu var kontrolēt, pielāgojot barotnes pH.

Nanodaļiņu sintezēšanai eksperimentāli izmantotas arī sēnes un ziedoši augi. Ir konstatēts, ka preparāti no vairākām Aspergillus un citu pelējuma sēņu sugām, kā arī vismaz viena ēdamo sēņu suga rada ekstracelulāras gan sudraba, gan zelta nanodaļiņas. Ir novērots, ka ekstrakti no vairākiem ziedošiem augiem, tostarp alvejas un Pelargonium graveolens, ģerānijas veida, veido sudraba un zelta nanodaļiņas, sajaucoties ar piemērotiem šo metālu šķīstošiem savienojumiem.