Синтез наночастиц микроорганизмами: зелёная сила грибов
Наночастицы — крошечные структуры размером до 100 нанометров — обладают уникальными физико-химическими свойствами и биологической активностью по сравнению с макроскопическими формами тех же материалов. Их используют в медицине, сельском хозяйстве и пищевой промышленности.
Уникальность наночастиц объясняется огромным отношением поверхности к объёму, которое возникает при дроблении материала до наноразмеров. Это придаёт им особые свойства.
Типы наночастиц:
- Органические: липосомы, мицеллы, дендримеры. Например, липосомы могут доставлять лекарство непосредственно в опухоль.
- Неорганические: металлические (серебро, золото, медь) и оксидные (оксид цинка) наночастицы, а также полуметаллы (кремний, селен).
Зелёный синтез наночастиц
Традиционные химические и физические методы синтеза используют токсичные соединения и много энергии. Биосинтез (зелёный синтез) — экологичная альтернатива, в которой наночастицы производятся микроорганизмами, растениями или водорослями без токсичных реагентов.
Учёные из Университета Николая Коперника (Торунь, Польша) совместно с профессором Махендрой Раи сосредоточились на микосинтезе — получении наночастиц с помощью грибов (рода Fusarium, Penicillium). Грибы производят множество метаболитов и ферментов, которые эффективно восстанавливают ионы металлов до наночастиц.
Применение наночастиц
1. Медицина:
- Борьба с патогенными микробами, включая устойчивые к антибиотикам бактерии.
- Противораковая терапия: наночастицы могут быть самим лекарством или целевым носителем для его доставки непосредственно в опухоль, минимизируя повреждение здоровых клеток.
- Создание масок с наносеребряным фильтром (использовалось во время пандемии COVID-19).
2. Сельское хозяйство:
- Раннее обнаружение патогенов с помощью нанобиосенсоров (например, «электронный нос» с наноматериалами).
- Прямая борьба с патогенами растений растворами наночастиц, эффективных при меньших концентрациях, чем химические фунгициды.
- Доставка питательных веществ растениям с помощью нанокапсул, обеспечивающая медленное и контролируемое высвобождение, что предотвращает загрязнение вод и почвы.
Разработка биокомпозитов на основе пуллулана
В рамках проекта команда создала биоразлагаемые плёнки (композиты) на основе природного полимера пуллулана (синтезируется грибом Aureobasidium pullulans), инкрустированные наночастицами серебра (AgNPs), полученными зелёным синтезом.
Применение плёнок:
- Пищевая промышленность: упаковка для борьбы с патогенами (Listeria monocytogenes, Salmonella sp.) и продления срока годности продуктов.
- Медицина: перевязочные материалы для ускорения заживления ран (особенно ожогов) и защиты от инфекций.
Метод получения таких нанокомпозитов планируется запатентовать. Результаты исследований опубликованы в журналах Frontiers in Microbiology, Frontiers in Chemistry и Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.