En metabolisk forskargrupp vid KAIST och Chung-Ang University i Korea har utvecklat en rekombinant E. coli-stam som biosyntetiserar 60 nanomaterial som täcker 35 element i det periodiska systemet. Bland elementen, laget kunde biosyntetisera 33 nya nanomaterial för första gången, främja designen av nanomaterial genom biosyntesen av enstaka och flera element.

Studien analyserade förhållandena för nanomaterialets biosyntes med hjälp av ett Pourbaix -diagram för att förutsäga producerbarhet och kristallinitet. Forskare studerade ett Pourbaix -diagram för att förutsäga de stabila kemiska arterna för varje element för nanomaterialbiosyntes vid olika nivåer av reduktionspotential (Eh) och pH. Baserat på Pourbaix -diagramanalyserna, reaktionens initiala pH ändrades från 6,5 till 7,5, vilket resulterar i biosyntes av flera kristallina nanomaterial som tidigare var amorfa eller inte syntetiserades.

Denna strategi utvidgades till att biosyntetisera nanomaterial med flera element. Olika enkel- och multipelelement-nanomaterial som biosyntetiserats i denna forskning kan potentiellt fungera som nya och nya nanomaterial för industriella tillämpningar som katalysatorer, kemiska sensorer, biosensorer, biobildning, drogleverans, och cancerterapi.

Den här studien, med titeln "Rekombinant Escherichia coli som en biofaktor för olika enkel- och multi-element nanomaterial, "publicerades online i Förfaranden från National Academy of Sciences ( PNAS ) den 21 maj.

En nyligen framgångsrik biosyntes av nanomaterial under milda förhållanden utan att kräva fysiska och kemiska behandlingar har utlöst utforskningen av hela biosynteskapaciteten för ett biologiskt system för att producera en mängd olika nanomaterial samt för att förstå biosyntesmekanismer för kristallina kontra amorfa nanomaterial.

Det har ökat intresset för att syntetisera olika nanomaterial som ännu inte har syntetiserats för olika tillämpningar, inklusive halvledande material, förbättrade solceller, biomedicinska material, och många andra. Denna forskning rapporterar konstruktionen av en rekombinant E. coli-stam som samuttrycker metallothionein, ett metallbindande protein, och fytokelatinsyntas som syntetiserar den metallbindande peptiden fytokelatin för biosyntesen av olika nanomaterial. Senare, en E. coli -stam konstruerades för att producera en mängd olika nanomaterial, inklusive de som aldrig biosyntetiserats tidigare, genom att använda 35 individuella element från det periodiska systemet och även genom att kombinera flera element.

Den framstående professor Doh Chang Lee sa:"En miljövänlig och hållbar process är av stort intresse för att producera nanomaterial genom inte bara kemiska och fysiska metoder utan biologisk syntes. Dessutom, det har ägnats stor uppmärksamhet åt att producera olika och nya nanomaterial för nya industriella tillämpningar. Detta är den första rapporten som förutsäger biosyntesen för olika nanomaterial, det överlägset största antalet olika enkel- och multi-element nanomaterial. Strategierna som används för nanomaterialbiosyntes i denna forskning kommer att vara användbara för att ytterligare diversifiera portföljen av nanomaterial som kan tillverkas. "