СИНТЕЗ НАНОЧАСТИНОК СРІБЛА З ВИКОРИСТАННЯМ РАМНОЛІПІДНОГО БІОКОМПЛЕКСУ МІКРОБНОГО ПОХОДЖЕННЯ
Анотація
Наночастинки срібла, стабілізовані біосурфактантом мікробного походження, отримано відновленням нітрату срібла в присутності рамноліпідного біокомплексу, який синтезований культурою Pseudomonas sp. PS–17. Кінетику формування наночастинок срібла досліджено з використанням спектроскопії в УФ/видимому діапазоні. З’ясовано, що процес відбувається без індукційного періоду, що свідчить про гетерогенний характер зародження нової фази. Висловлено припущення, що формування гетерогенностей у реакційному середовищі відбувається завдяки взаємодії іонів срібла з карбонільними групами рамноліпідного біокомплексу, що спричиняє зменшення його розчинності у воді. На основі експериментальних даних розраховано значення константи швидкості росту наночастинок та ефективної концентрації зародків. З використанням трансмісійної електронної мікроскопії визначено середній діаметр отриманих наночастинок, який становить 3,6 ± 2,0 нм. На основі порівняння результатів трансмісійної електронної мікроскопії та кінетичних даних розраховано кількість іонів срібла в зародку. Досліджено антимікробну активність отриманого розчину наночастинок срібла та визначено його високу ефективність проти грам-негативних облігатно аеробних паличкоподібних ґрунтових бактерій Agrobacterium tumefaciens, які є відомим патогеном понад 140 видів рослин і викликають хворобу корончастих галлів. Таким чином, синтезовану композицію можна розглядати як перспективний препарат для захисту рослин.
Ключові слова: наночастинки срібла, біосурфактанти, кінетика, трансмісійна електронна мікроскопія, антимікробна активність.
Повний текст:
PDF (English)Посилання
Syafiuddin A., Salmiati Salim M. R., Kueh A. B. H., Hadibarata T., Nur H. A. Review of silver nanoparticles: Research trends, global consumption, synthesis, properties, and future Challenges // J. Clin. Chem. Soc. 2017. Vol. 64. P. 732–756. DOI: https://doi.org/10.1002/jccs.201700067
Kumar A., Vemula P. K., Ajayan P. M., John G. Silver-nanoparticle-embedded antimicrobial paints based on vegetable oil // Nat. Mater. 2008. Vol. 7. P. 236–241. DOI: https://doi.org/10.1038/nmat2099
Desireddy A., Conn B. E., Guo J., Yoon B., Barnett R. N., Monahan B. M., Kirschbaum K., Griffith W. P., Whetten R. L., Landman U. et al. Ultrastable silver nanoparticles // Nature. 2013. Vol. 501. P. 399–402. DOI: https://doi.org/10.1038/nature12523
Sun Y., Xia Y. Shape-controlled synthesis of gold and silver nanoparticles // Science. 2002. Vol. 298. P. 2176–2179. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1077229
Atwater H. A., Polman A. Plasmonics for improved photovoltaic devices // Nat. Mater. 2010. Vol. 9. P. 205–213. DOI: https://doi.org/10.1142/9789814317665_0001
Krishnaraj C., Jagan E. G., Rajasekar S., Selvakumar P., Kalaichelvan P. T., Mohan N. Synthesis of silver nanoparticles using Acalypha indica leaf extracts and its antibacterial activity against water borne pathogens // Colloids Surf. B. Biointerfaces. 2010. Vol. 76. P. 50–56. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2009.10.008
Vilchis-Nestor A. R., Sanchez-Mendieta V., Camacho-Lopez M. A., Gomez-Espinosa R. M., Camacho-Lopez M. A., Arenas-Alatorre J. A. Solventless synthesis and optical properties of Au and Ag nanoparticles using Camellia sinensis extract // Mater. Lett. 2008. Vol. 62. P. 3103–3105. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2008.01.138
Chandran S. P., Chaudhary M., Pasricha R., Ahmad A., Sastry M. Synthesis of gold nanotriangles and silver nanoparticles using Aloe vera plant extract // Biotechnol. Prog. 2006. Vol. 22. P. 577–583. DOI: https://doi.org/10.1021/bp0501423
Amooaghaie R., Saeri M. R., Azizi M. Synthesis, characterization and biocompatibility of silver nanoparticles synthesized from Nigella sativa leaf extract in comparison with chemical silver nanoparticles // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2015. Vol.120. P. 400–408. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2015.06.025
Bar H., Bhui D. Kr., Sahoo G. P., Sarkar P., De S. P., Misra A. Green synthesis of silver nanoparticles using latex of Jatropha curcas // Colloids Surf. A. 2009. Vol. 339. P. 134–139. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2009.02.008
Płaza G., Chojniak J., Mendrek B., Trzebicka B., Kvitek L., Panacek A., Prucek R., Zboril R., Paraszkiewicz K., Bernat P. Synthesis of silver nanoparticles by Bacillus subtilis T-1 growing on agro-industrial wastes and producing biosurfactant // IET Nanobiotechnol. 2016. Vol. 10. P. 62–68. DOI: https://doi.org/10.1049/iet-nbt.2015.0016
Gurunathan S., Kalishwaralal K., Vaidyanathan R., Deepak V., Pandian S. R. K., Muniyandi J., Hariharan N., Eom S. H. Biosynthesis, purification and characterization of silver nanoparticles using Escherichia coli // Colloids Surf. B. 2009. Vol.74. P. 328–335. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2009.07.048
Shahverdi A. R., Minaeian S., Shahverdi H. R., Jamalifar H., Nohi A. A. Rapid synthesis of silver nanoparticles using culture supernatants of Enterobacteria : A novel biological approach // Process Biochem. 2007. Vol. 42. P. 919–923. DOI: https://doi.org/10.1016/j.procbio.2007.02.005
Kalishwaralal K., Deepak V., Ramkumarpandian S., Nellaiah H., Sangiliyandi S. Extracellular biosynthesis of silver nanoparticles by the culture supernatant of Bacillus licheniformis // Mater. Lett. 2008. Vol. 62. P. 4411–4413. DOI: https:// doi.org/10.1016/j.matlet.2008.06.051
Nanda A., Saravanan M. Biosynthesis of silver nanoparticles from Staphylococcus aureus and its antimicrobial activity against MRSA and MRSE // Nanomed. Nanotechnol. 2009. Vol. 5. P. 452–456. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nano.2009.01.012
Vigneshwaran N., Ashtaputre N. M., Varadarajan P. V., Nachane R. P., Paralikar K. M., Balasubramanya R. H. Biological synthesis of silver nanoparticles using the fungus Aspergillus flavus // Mater. Lett. 2007. Vol. 61. P. 1413–1418. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2006.07.042
Bhainsa K. C., D’Souza S. F. Extracellular biosynthesis of silver nanoparticles using the fungus Aspergillus fumigatus // Colloids Surf. B Biointerfaces. 2006. Vol. 47. P. 160–164. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2005.11.026
Klaus T., Joerger R., Olsson E., Granqvist C. G. Silver-based crystalline nanoparticles, microbially fabricated // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999. Vol. 96. P.13611–13614. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.96.24.13611
Nair B., Pradeep T. Coalescence of nanoclusters and formation of submicron crystallites assisted by Lactobacillus strains // Cryst. Growth Des. 2002. Vol. 2. P.293–298. DOI: https://doi.org/10.1021/cg0255164
Kalimuthu K., Babu R.S., Venkataraman D., Bilal M., Gurunathan S. Biosynthesis of silver nanocrystals by Bacillus licheniformis // Colloid Surface B. 2008. Vol. 65. P. 150–153. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2008.02.018
Gurunathan S., Kalishwaralal K., Vaidyanathan R., Venkataraman D., Pandian S. R., Muniyandi J., Hariharan N., Eom S. H. Biosynthesis, purification and characterization of silver nanoparticles using Escherichia coli // Colloids Surf. B. 2009. Vol. 74. P. 328–335. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2009.07.048
Kalishwaralal K., Deepak V., Ram Kumar Pandian S., Kottaisamy M., BarathManiKanth S., Kartikeyan B., Gurunathan S. Biosynthesis of silver and gold nanoparticles using Brevibacterium casei // Colloids Surf. B. 2010. Vol. 77. P. 257–262. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2010.02.007
Gurunathan S., Han J., Park J. H., Kim J. H. A green chemistry approach for synthesizing biocompatible gold nanoparticles // Nanoscale Res. Lett. 2014. Vol. 9. P. 248. DOI: https://doi.org/10.1186/1556-276X-9-248
Gurunathan S., Jeong J. K., Han J. W., Zhang X. F., Park J. H., Kim J. H. Multidimensional effects of biologically synthesized silver nanoparticles in Helicobacter pylori, Helicobacter felis, and human lung (L132) and lung carcinoma A549 cells // Nanoscale Res. Lett. 2015. Vol. 10. P. 1–17. DOI: https://doi.org/10.1186/s11671-015-0747-0
Gurunathan S. Biologically synthesized silver nanoparticles enhances antibiotic activity against Gram-negative bacteria // J. Ind. Eng. Chem. 2015. Vol. 29. P.217–226. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jiec.2015.04.005
Leung T. C.; Wong C. K.; Xie Y. Green synthesis of silver nanoparticles using biopolymers, carboxymethylated-curdlan and fucoidan // Mater. Chem. Phys. 2010. Vol. 121. P. 402–405. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2010.02.026
Kumar B., Smita K., Cumbal L., Debut A., Pathak R. N. Sonochemical synthesis of silver nanoparticles using starch: A comparison // Bioinorg. Chem. Appl. 2014. Vol. 2014. P. 784268. DOI: http://dx.doi.org/10.1155/2014/784268
Deepak V., Umamaheshwaran P. S., Guhan K., Nanthini R. A., Krithiga B., Jaithoon N. M., Gurunathan S. Synthesis of gold and silver nanoparticles using purified URAK // Colloid Surface B. 2011. Vol. 86. P. 353–358. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.colsurfb.2011.04.019
Shankar S., Rhim J. W. Amino acid mediated synthesis of silver nanoparticles and preparation of antimicrobial agar/silver nanoparticles composite films // Carbohydr. Polym. 2015. Vol. 130. P. 353–363. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.05.018
Gurunathan S., Han J. W., Kwon D. N., Kim J. H. Enhanced antibacterial and anti-biofilm activities of silver nanoparticles against Gram-negative and Gram-positive bacteria // Nanoscale Res. Lett. 2014. Vol. 9. P. 373. DOI: https://doi.org/ 10.1186/1556-276X-9-373
Pokhmurs’kyi V., Prystans’kyi R., Shul’ha О., Karpenko О. Quantum-chemical model of a surface-active complex of PS-17 strain // Dopov. Nats. Akad. Nauk Ukr. Ser. B. 1997. Vol. 9 P. 151−154 (In Ukrainian).
Zin I. M., Pokhmurskii V. I., Korniy S. A., Karpenko O. V., Lyon S. B., Khlopyk O. P., Tymus M. B. Corrosion inhibition of aluminium alloy by rhamnolipid biosurfactant derived from Pseudomonas sp. PS-17 // Anti-Corrosion Methods and Materials. 2018. Vol. 65. Is. 6. P. 517–527. DOI: https://doi.org/10.1108/ACMM-03-2017-1775
Banya A. R., Karpenko O. Y., Lubenets V. I., Novikov V. P., Karpenko O. V. The influence of surface-active rhamnolipid biocomplex and ethylthiosulfanilate on growth and biochemical parameters of plants in oil polluted soils // Biotechnologia Acta. 2015. Vol. 8. No 5. P. 57–81 (In Ukrainian).
Sliwka E., Kołwzan B., Grabas K., Karpenko E., Rutkowski P. Influence of rhamnolipids from Pseudomonas PS-17 on coal tar and petroleum residue biodegradation // Environment Protection Engineering. 2009. Vol. 35. Is. 1, P. 139–150.
Yerokhin V., Pokynbroda Т., Karpenko O., Novikov V. Study of the growth and synthesis of the target product by the strain Pseudomonas species PS-17 – producent of extracellular biosurfactants // Visn. Natsion. Univers. “Lvivska politehnika”. 2006. Vol. 553. P. 124–127 (In Ukrainian).
Sotirova A., Avramova T., Stoitsova S., Lazarkevich I., Lubenets V., Karpenko E., Galabova D. The importance of rhamnolipid-biosurfactant induced changes in bacterial membrane lipids of Bacillus subtilis for the antimicrobial activity of thiosulfonates // Curr. Microbiol. 2012. Vol. 65. P. 534–541. DOI: https://doi.org/10. 1007/s00284-012-0191-7
Sandoe H. E., Watzky M. A., Diaz S. A. Experimental probes of silver metal nanoparticle formation kinetics: Comparing indirect versus more direct methods // Int. J. Chem. Kinet. 2019. Vol. 51. Is. 11. P. 861–871. DOI: https://doi.org/10.1002/kin.21315
Kytsya A. R., Reshetnyak O. V., Bazylyak L. I., Hrynda Y. M. UV/VIS-spectra of silver nanoparticles as characteristics of their sizes and sizes distribution // Functional polymer blends and nanocomposites: A practical engineering approach. New York: Apple Academic Press. 2014, P. 231–239. DOI: https://doi.org/10.1201/b16895
Kytsya A., Bazylyak L., Simon P., Zelenina I., Antonyshyn I. Kinetics of Ag300 nanoclusters formation: The catalytically effective nucleus via a steady‐state approach // Int. J. Chem. Kinet. 2019. Vol. 51. Is. 4. P. 266–273. DOI: https://doi.org/10.1002/kin.21249
Kuntyi O. I., Kytsya A. R., Mertsalo I. P., Mazur A. S., Zozula G. I., Bazylyak L. I., Topchak R. V. Electrochemical synthesis of silver nanoparticles by reversible current in solutions of sodium polyacrylate // Colloid Polymer Sci. 2019. Vol. 297. P. 689–695. DOI: https://doi.org/10.1007/s00396-019-04488-4
Slistan-Grijalva A., Herrera-Urbina R., Rivas-Silva J. F., Avalos-Borja M., Castillon-Barraza F. F., Posada-Amarillas A. Classical theoretical characterization of the surface plasmon absorption band for silver spherical nanoparticles suspended in water and ethylene glycol // Physica E. 2005. Vol. 27. Is. 1–2. P. 104–112. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physe.2004.10.014
Huang Z. Y., Mills G., Hajek B. Spontaneous formation of silver particles in basic 2-propanol // J. Phys. Chem. 1993. Vol. 97. Is. 44. P. 11542–11550. DOI: https://doi.org/10.1021/j100146a031
Kytsya A., Bazylyak L. Kinetics of silver nanoparticles formation in the presence of nucleation centers // Proc. Shevchenko Sci. Soc. Chem. Sci. 2017. Vol. XLVIII. P. 56–63 (In Ukrainian).
Schmidt A. F., Smirnov V. V. Concept of “magic” number clusters as a new approach to the interpretation of unusual kinetics of the Heck reaction with aryl bromides // Topics in Catalysis. 2005. Vol. 32, No 1, 2. P. 71–75. DOI: https://doi.org /10.1007/s11244-005-9261-4
Wang C., Wang L., Wang Y., Liang Y., Zhang J. Toxicity effects of four typical nanomaterials on the growth of Escherichia coli, Bacillus subtilis and Agrobacterium tumefaciens // Environmental Earth Sciences. 2012. Vol. 65, No 6. P. 1643–1649. DOI: https://doi.org/10.1007/s12665-011-1139-0
DOI: http://dx.doi.org/10.30970/vch.6102.404
Посилання
- Поки немає зовнішніх посилань.