Een uitgebreid overzicht van de biosynthese van anorganische nanomaterialen met behulp van micro-organismen en bacteriofagen

Er zijn diverse methoden voor het produceren van talrijke anorganische nanomaterialen waarbij veel experimentele variabelen betrokken zijn. Onder de talrijke mogelijke overeenkomsten is het vinden van het beste paar om op een milieuvriendelijke manier te synthetiseren een langdurige uitdaging geweest voor onderzoekers en industrieën.

Een KAIST bioprocestechniek onderzoeksteam onder leiding van de Distinguished Professor Sang Yup Lee voerde een samenvatting uit van 146 biosynthese enkelvoudige en multi-element anorganische nanomaterialen die 55 elementen in het periodiek systeem omvatten, gesynthetiseerd met behulp van wild-type en genetisch gemanipuleerde micro-organismen. Hun onderzoek belicht de diverse toepassingen van biogene nanomaterialen en geeft strategieën om de biosynthese van nanomaterialen te verbeteren in termen van hun produceerbaarheid, kristalliniteit, grootte en vorm.

Het onderzoeksteam beschreef een stroomschema in 10 stappen voor de ontwikkeling van de biosynthese van anorganische nanomaterialen met behulp van micro-organismen en bacteriofagen. Het onderzoek is gepubliceerd in Nature Reviews Chemistry als omslag en hero-paper op 3 december.

“We stellen algemene strategieën voor de biosynthese van microbiële nanomaterialen voor via een stapsgewijs stroomschema en geven onze perspectieven op de toekomst van de biosynthese en toepassingen van nanomaterialen. Dit stroomschema zal dienen als een algemene gids voor diegenen die biosynthetische anorganische nanomaterialen willen bereiden met behulp van microbiële cellen ‘, legt dr. Yoojin Choi uit, een co-auteur van dit onderzoek.

De meeste anorganische nanomaterialen worden geproduceerd met behulp van fysische en chemische methoden en biologische synthese krijgt steeds meer aandacht. Conventionele syntheseprocessen hebben echter nadelen in termen van hoog energieverbruik en niet-milieuvriendelijke processen. Ondertussen kunnen micro-organismen zoals microalgen, gisten, schimmels, bacteriën en zelfs virussen worden gebruikt als biofactoren om onder milde omstandigheden anorganische nanomaterialen met één of meerdere elementen te produceren.

Na een grootschalig onderzoek te hebben uitgevoerd, vatte het onderzoeksteam samen dat de ontwikkeling van genetisch gemanipuleerde micro-organismen met verhoogde anorganische ionbindende affiniteit, het vermogen om anorganische ionen te verminderen en de biosynthetische efficiëntie van nanomaterialen de synthese van veel anorganische nanomaterialen mogelijk heeft gemaakt.

Onder de strategieën introduceerde het team hun analyse van een Pourbaix-diagram om de grootte en morfologie van een product te controleren. Het onderzoeksteam zei dat deze Pourbaix-diagramanalyse op grote schaal kan worden gebruikt voor het biosynthetiseren van nieuwe nanomaterialen met industriële toepassingen.

Professor Sang Yup Lee voegde toe: “Dit onderzoek biedt uitgebreide informatie en perspectieven op de biosynthese van diverse anorganische nanomaterialen met behulp van micro-organismen en bacteriofagen en hun toepassingen. We verwachten dat biosynthetische anorganische nanomaterialen meer diverse en innovatieve toepassingen zullen vinden op verschillende gebieden van wetenschap en technologie. ”