СИНТЕЗ НАНОЧАСТИНОК СРІБЛА З ВИКОРИСТАННЯМ РАМНОЛІПІДНОГО БІОКОМПЛЕКСУ МІКРОБНОГО ПОХОДЖЕННЯ

L. Bazylyak, A. Kytsya, O. Karpenko, A. Prokopalo, T. Pokynbroda, A. Mazur, O. Kuntyi

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.