Биотехнологический способ получения наночастиц сульфидов серебра, кадмия и цинка. Физико-химические свойства. Создание полимерных нанокомпозитов

В НИЦ «Курчатовский институт» – ГосНИИгенетика разработан простой и экологически безопасный способ получения стабильных наночастиц сульфидов металлов NpAg₂S, NpCdS и NpZnS с использованием различных штаммов микроорганизмов в водном растворе солей – источников металлов и серы. Концентрация наночастиц в водных суспензиях составляет 1–4 мг/мл. С использованием методов электронной микроскопии, спектрофлуориметрии, динамического светорассеяния определены основные характеристики биогенных наночастиц: форма, распределение по размеру, кристаллическая структура, эффективный диаметр, уровень люминесценции, ζ-потенциал. По своим характеристикам эти наночастицы отнесены к квантовым точкам. Установлено, что стабильность наночастиц в водных суспензиях обусловлена адсорбированными на поверхности наночастиц белковыми молекулами, которые поставляются клетками микроорганизмов. Проведена эффективная иммобилизация биогенных наночастиц на поверхность различных полимерных носителей. Биогенные наночастицы могут быть использованы наряду с наночастицами, полученными физико-химическими методами, в качестве флуорофоров для визуализации биологических процессов, фотокатализаторов как элементы солнечных батарей, для создания новых нанокомпозитных материалов.

1. Ali S. M., Ra may S. M., Aziz M. M., Ur-Rehman N., Al Gar ow M. S., Al G ha mad S. S., Machmood A., Al Khuraiji T. S., Atig S. Efficiency enhancement of perovskite solar cells by incorporation of CdS quantum dot through fast electron injection // Organic Electronics. – 2018. – V. 62. – P. 21– 25.

2. Jabeen U., Mujtaba S., Khan S. U. Photocatalytic degradation of Alizarin CdS using ZnS and cadmium dosed ZnS nanoparticles under unfiltered sunlight // Surface and Interfaces. – 2017. – V. 6. – P. 40–49.

3. Ye Z., Kong L., Chen F., Chen Z., Li Y., Lin C. A comparative study of photocatalytic activity of ZnS photocatalyst for degradation of various dyes // Optik. – 2018. – V. 164. – P. 345–354.

4. Li J., Zhu J. J. Quantum dots for fluorescent biosensing and bio-imaging applications // Analyst. – 2013. – V. 138. P. 2506 – 2515.

5. Mal Y., Nanchariah Y. N., Hullenbusch van E. D., Lens P. N. L. Metal chalcogenide quantum dots. Biotechnological synthesis and application // Royal Society of Chemistry. – 2016. – V. 6. – P. 41477–41495.

6. Воейкова Т. А., Шебанова А. C., Иванов Ю. Д., Кайшева А. Л., Новикова Л. М., Журавлева О. А., Шумянцева В. В., Шайтан К. В., Киpпичников М. П., Дебабов В. Г. Роль белков внешней мембраны бактерии Shewanella oneidensis MR-1 в образовании и стабилизации наночастиц сульфида серебра // Биотехнология. – 2015. – № 5. – C. 41–48.

7. Воейкова Т. А., Журавлева О. А., Булушова Н. В., Вейко В. П., Исмагулова Т. Т., Лупанова Т. Н., Шайтан К. В., Дебабов В. Г. «Белковая корона» наночастиц сульфида серебра, полученных в присутствии грамотрицательных и грамположительных бактерий // Молекулярная генетика, микробиология, вирусология. – 2017. – № 4. – C. 151–156.

8. Lu Y. X., Li L., Ding Y., Zhang F., Wang Y., Y u W. Hydrothermal synthesis of functionalized CdS nanoparticles and their application as fluorescence probes in the determination of uracil and thymine // Journal of Luminescence. – 2012. – V. 132 – P. 244–249.

9. Xiao X., Ma X.-Bo, Yuan H., Liu P.-C., Lei Y.-B., Xu H., Du D.-L., Sun J.-F., Fe ng Y.-J. Photocatalytic properties of zinc sulfide nanocrystals biofabricated by metal-reducing bacterium Shewanella oneidensis MR-1 // Journal of Hazardous Materials. – 2015. – V. 288. – P. 134–139.

10. Yu X., Yu J., Cheng B., Huang B. One-pot template-free synthesis of monodisperse zinc sulfide hollow spheres and their photocatalytic properties // Chemistry a European Journal. – 2009. – V. 15. – P. 6731–6739.

11. Yue L, Qi S., Wang J., Cai J., Xin B. Controllable biosynthesis and characterization of α-ZnS and β-ZnS quantum dots: Comparing their optical properties // Materials Science in Semiconductor Processing. – 2016. – V. 56. – P. 115–118.

12. Qi P., Zhang D., Zeng Y., Wan Y. Biosynthesis of CdS nanoparticles: A fluorescent sensor for sulfate-reducing bacteria detection // Talanta. – 2016. – V. 147. – P. 142–146.

13. Zhou N.-Q., Tia n Li-J., Wang Yu-Cai, Li Dao-Bo, Li Pan-Pan, Zhang X., Yu Han-Qing. Extracellular biosynthesis of copper sulfide nanoparticles by Shewanella oneidensis MR-1 as a photothermal agent // Enzyme and Microbial Technology. – 2016. –V. 95. – P. 230–235.

14. Dong B., Li C., Chen G., Zhang Y., Deng M., Wang Q. Facile synthesis of highly photolumenescent Ag2Se quantum dotes as a new fluorescent probe in the second near-infrared window for in vivo imaging // Chemistry of Materials. – 2013. – V. 25. – P. 2503–2509.

15. Левшенко Е. Н., Грицкова И. А., Гусев С. А., Гусев А. А., Волкова Е. В. Полимерные микросферы в качестве носителей флуоресцентной метки при построении трехмерной модели сосудистого русла экспериментальных животных // Биотехнология. – 2013. – T. 6. – C. 65–70.

16. Волкова Е. В., Лукашевич А. Д., Левачева И. С., Левачев С. М., Гусев С. А., Грицкова И. А. Выбор полимерных микросфер для проведения реакции латексной агглютинации в плашечном формате // Вестник МИТХТ. – 2013. – T. 8, № 6. – C. 68–72.

17. Бражник К. И., Барышникова М. А., Соколова З. А., Набиев И. Р., Суханова А. В. Новые направления в исследовании и ранней диагностике рака с применением детекционных систем на основе флуоресцентных нанокристаллов // Российский биотерапевтический журнал. – 2013. – T. 12, № 3. – C. 11–24.

18. Gao X., Cui Y., Levenson R. M., Chung L. W., Nie S. In vivo cancer targeting and imaging with semiconductor quantum dots // Nature Biotechnology. – 2004. – V. 22. – P. 969–976.

19. Воейкова Т. А., Журавлева О. А., Грачева Т. С., Булушова Н. В., Исмагулова Т. Т., Шайтан К. В., Дебабов В. Г. Оптимизация микробного синтеза наночастиц сульфида серебра // Биотехнология. – 2017. – T. 33, № 3. – C. 38–46.

20. Бахтина А. В., Сиваев А. А., Левачев С. М., Гусев С. А., Лобанова Н. А., Лазов М. А. Синтез аминосодержащих полимерных микросфер затравочной сополимеризацией для применения в биотехнологии // Тонкие химические технологии. – 2017. – T. 12, № 4. – C. 75–84.