Síntese de nanopartículas por fungos - Synthesis of nanoparticles by fungi
Ao longo da história da humanidade, os fungos têm sido utilizados como fonte de alimento e aproveitados para fermentar e conservar alimentos e bebidas. No século 20, os humanos aprenderam a aproveitar os fungos para proteger a saúde humana ( antibióticos , estatinas anticolesterol e agentes imunossupressores), enquanto a indústria utilizou fungos para a produção em grande escala de enzimas , ácidos e biossurfactantes . Com o advento da nanotecnologia moderna na década de 1980, os fungos permaneceram importantes, fornecendo uma alternativa mais ecológica às nanopartículas sintetizadas quimicamente.
Fundo
Uma nanopartícula é definida como tendo uma dimensão de 100 nm ou menos. Agentes redutores ambientalmente tóxicos ou biologicamente perigosos estão normalmente envolvidos na síntese química de nanopartículas, portanto, tem havido uma busca por alternativas de produção mais verdes. A pesquisa atual mostrou que microrganismos, extratos de plantas e fungos podem produzir nanopartículas por meio de vias biológicas. As nanopartículas mais comuns sintetizadas por fungos são prata e ouro ; entretanto, fungos têm sido utilizados na síntese de outros tipos de nanopartículas, incluindo óxido de zinco , platina , magnetita , zircônia, sílica, titânio e sulfeto de cádmio e pontos quânticos de seleneto de cádmio .
Produção de nanopartículas de prata
A síntese de nanopartículas de prata foi investigada utilizando muitas espécies de fungos onipresentes, incluindo Trichoderma , Fusarium , Penicillium , Rhizoctonia , Pleurotus e Aspergillus . A síntese extracelular foi demonstrada por Trichoderma virde , T. reesei , Fusarium oxysporm , F. semitectum , F. solani , Aspergillus niger , A. flavus , A. fumigatus , A. clavatus , Pleurotus ostreatus , Cladosporium cladosporioides , Penicillium brevicompactum , P. fellutanum , um Rhizoctonia sp endofítico , Epicoccum nigrum , Chrysosporium tropicum e Phoma glomerata , enquanto a síntese intracelular foi mostrada para ocorrer em uma espécie de Verticillium , e em Neurospora crassa .
Produção de nanopartículas de ouro
A síntese de nanopartículas de ouro foi investigada utilizando Fusarium , Neurospora , Verticillium , leveduras e Aspergillus . A síntese de nanopartículas de ouro extracelular foi demonstrada por Fusarium oxysporum , Aspergillus niger e extratos citosólicos de Candida albican . A síntese de nanopartículas de ouro intracelular foi demonstrada por uma espécie de Verticillum , V. luteoalbum ,
Produção de nanopartículas diversas
Além do ouro e da prata, o Fusarium oxysporum tem sido usado para sintetizar partículas nanométricas de zircônia, titânio, sulfeto de cádmio e seleneto de cádmio. Nanopartículas de sulfeto de cádmio também foram sintetizadas por Trametes versicolor , Schizosaccharomyces pombe e Candida glabrata . O fungo da podridão-branca Phanerochaete chrysosporium também demonstrou ser capaz de sintetizar nanopartículas de selênio elementar.
Técnicas e condições de cultura
As técnicas e meios de cultura variam dependendo dos requisitos do isolado fúngico envolvido, no entanto, o procedimento geral consiste no seguinte: as hifas fúngicas são normalmente colocadas em meio de crescimento líquido e colocadas em cultura agitada até que a cultura fúngica aumente em biomassa. As hifas fúngicas são removidas do meio de crescimento, lavadas com água destilada para remoção do meio de crescimento, colocadas em água destilada e incubadas em cultura em agitação por 24 a 48 horas. As hifas fúngicas são separadas do sobrenadante e uma alíquota do sobrenadante é adicionada a uma solução de íons 1,0 mM. A solução de íons é então monitorada por 2 a 3 dias para a formação de nanopartículas. Outra técnica de cultura comum é adicionar hifas fúngicas lavadas diretamente na solução de íons 1,0 mM em vez de utilizar o filtrado fúngico. O nitrato de prata é a fonte mais amplamente usada de íons de prata, mas o sulfato de prata também tem sido utilizado. O ácido coloáurico é geralmente usado como fonte de íons de ouro em várias concentrações (1,0 mM e 250 mg a 500 mg de Au por litro). A síntese de nanopartículas de sulfeto de cádmio para F. oxysporum foi conduzida usando uma proporção de 1: 1 de Cd 2+ e SO 4 2− a uma concentração de 1 mM. Nanopartículas de ouro podem variar em forma e tamanho, dependendo do pH da solução de íons. Gericke e Pinches (2006) relataram que para V. luteoalbum pequenas (cc.10 nm) nanopartículas esféricas de ouro são formadas em pH 3, nanopartículas de ouro maiores (esféricas, triangulares, hexagonais e bastonetes) são formadas em pH 5 e em pH 7 para pH 9, as nanopartículas grandes tendem a não ter uma forma definida. As interações de temperatura para as nanopartículas de prata e ouro foram semelhantes; uma temperatura mais baixa resultou em nanopartículas maiores, enquanto temperaturas mais altas produziram nanopartículas menores.
Técnicas analíticas
Observações visuais
Para nanopartículas de prata sintetizadas externamente, a solução de íons de prata geralmente torna-se acastanhada, mas essa reação de escurecimento pode estar ausente. Para fungos que sintetizam nanopartículas de prata intracelulares, as hifas escurecem para uma cor acastanhada enquanto a solução permanece límpida. Em ambos os casos, a reação de escurecimento é atribuída à ressonância plasmônica de superfície das nanopartículas metálicas. Para a produção externa de nanopartículas de ouro, a cor da solução pode variar dependendo do tamanho das nanopartículas de ouro; as partículas menores aparecem em rosa, enquanto as partículas grandes aparecem em roxo. A síntese de nanopartículas de ouro intracelular normalmente torna as hifas roxas enquanto a solução permanece transparente. Foi relatado que nanopartículas de sulfeto de cádmio sintetizadas externamente fazem a cor da solução parecer amarelo brilhante.
Ferramentas analíticas
Microscopia eletrônica de varredura ( SEM ), microscopia eletrônica de transmissão ( TEM ), análise dispersiva de energia de raios-X ( EDX ), espectroscopia UV-vis e difração de raios-X são usados para caracterizar diferentes aspectos das nanopartículas. Ambos SEM e TEM podem ser usados para visualizar a localização, tamanho e morfologia das nanopartículas, enquanto a espectroscopia UV-vis pode ser usada para confirmar a natureza metálica, tamanho e nível de agregação. A análise dispersiva de energia de raios-X é usada para determinar a composição elementar e a difração de raios-X é usada para determinar a composição química e a estrutura cristalográfica. Os picos de absorção de UV-Vis para nanopartículas de sulfeto de prata, ouro e cádmio podem variar dependendo do tamanho da partícula: pico de partículas de prata de 25-50 nm ca. 415 nm, nanopartículas de ouro 30-40 nm pico ca. 450 nm, enquanto uma borda de absorção de sulfeto de cádmio ca. 450 é indicativo de partículas de tamanho quântico. Nanopartículas maiores de cada tipo terão picos de absorção de UV-Vis ou bordas que mudam para comprimentos de onda mais longos, enquanto nanopartículas menores terão picos de absorção de UV-Vis ou bordas que mudam para comprimentos de onda mais curtos.
Mecanismos de formação
Ouro e prata
A nitrato redutase foi sugerida para iniciar a formação de nanopartículas por muitos fungos, incluindo espécies de Penicillium , enquanto várias enzimas, redutases dependentes de α-NADPH, redutases dependentes de nitrato e uma quinona extracelular de transporte, foram implicadas na síntese de nanopartículas de prata para Fusarium oxysporum . Jain et al. (2011) indicaram que a síntese de nanopartículas de prata para A. flavus ocorre inicialmente por uma proteína "33kDa" seguida por uma atração eletrostática de proteína (cisteína e grupos amina livre) que estabiliza a nanopartícula formando um agente de cobertura. A síntese intracelular de nanopartículas de prata e ouro não é totalmente compreendida, mas foi proposta atração, redução e acumulação eletrostática da superfície da parede celular de fungos semelhantes. A síntese de nanopartículas de ouro externas por P. chrysosporium foi atribuída à lacase , enquanto a síntese de nanopartículas de ouro intracelular foi atribuída à ligninase .
Sulfeto de cádmio
A síntese de nanopartículas de sulfeto de cádmio por levedura envolve o sequestro de Cd 2+ por peptídeos relacionados à glutationa, seguido por redução dentro da célula. Ahmad et al. (2002) relataram que a síntese de nanopartículas de sulfeto de cádmio por Fusarium oxysporum foi baseada em um processo de sulfato redutase (enzima).