En- och tvåelementskarta över oorganiska nanomaterial biosyntetiserade med hjälp av mikrobiella celler och bakteriofager. Femtioen element (exklusive H, C, N och O) har använts vid syntes av oorganiska nanomaterial med användning av mikrobiella celler och bakteriofager. Vita utrymmen indikerar att biosyntes av oorganiska nanomaterial som består av motsvarande element ännu inte har rapporterats. Rött betecknar unära eller binära metall/icke-metall nanomaterial som har biosyntetiserats. Mörkblått betecknar metall/icke-metalloxider som har biosyntetiserats. Ljusblått indikerar biosyntetiserade metallhydroxider. Ljuslila indikerar att metall/icke-metallfosfater har biosyntetiserats. Orange indikerar att metallkarbonater har biosyntetiserats. Alla oorganiska nanomaterial biosyntetiserade med hjälp av mikrobiella celler och bakteriofager listas i tidningen. Kredit:Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Det finns olika metoder för att producera många oorganiska nanomaterial som involverar många experimentella variabler. Bland de många möjliga matcherna, att hitta det bästa paret för att syntetisera på ett miljövänligt sätt har varit en långvarig utmaning för forskare och industrier.
Ett KAIST-forskningsteam för bioprocessteknik ledd av den framstående professorn Sang Yup Lee genomförde en sammanfattning av 146 biosyntetiserade oorganiska nanomaterial med en och flera element som täcker 55 grundämnen i det periodiska systemet syntetiserade med vildtyps- och genetiskt modifierade mikroorganismer. Deras forskning belyser de olika tillämpningarna av biogena nanomaterial och ger strategier för att förbättra biosyntesen av nanomaterial när det gäller deras producerbarhet, kristallinitet, storlek, och form.
Forskargruppen beskrev ett flödesschema i 10 steg för att utveckla biosyntesen av oorganiska nanomaterial med hjälp av mikroorganismer och bakteriofager. Forskningen publicerades i Naturrecensioner Kemi som omslag och hjältetidning den 3 december.
"Vi föreslår allmänna strategier för biosyntes av mikrobiell nanomaterial via ett steg-för-steg flödesschema och ger våra perspektiv på framtiden för biosyntes och tillämpningar av nanomaterial. Detta flödesschema kommer att fungera som en allmän guide för dem som vill förbereda biosyntetiska oorganiska nanomaterial med hjälp av mikrobiella celler, " förklarade Dr Yoojin Choi, en medförfattare till denna forskning.
De flesta oorganiska nanomaterial tillverkas med fysikaliska och kemiska metoder och biologisk syntes har fått mer och mer uppmärksamhet. Dock, konventionella syntesprocesser har nackdelar i form av hög energiförbrukning och icke-miljövänliga processer. Under tiden, mikroorganismer som mikroalger, jäst, svampar, bakterie, och till och med virus kan användas som biofabriker för att producera oorganiska nanomaterial med ett och flera element under milda förhållanden.
Efter att ha genomfört en omfattande undersökning, forskargruppen sammanfattade att utvecklingen av genetiskt modifierade mikroorganismer med ökad oorganisk-jonbindande affinitet, förmåga att reducera oorganiska joner, och biosyntetisk effektivitet i nanomaterial har möjliggjort syntesen av många oorganiska nanomaterial.
Bland strategierna, teamet presenterade sin analys av ett Pourbaix-diagram för att kontrollera storleken och morfologin hos en produkt. Forskargruppen sa att denna Pourbaix-diagramanalys kan användas i stor utsträckning för att biosyntetisera nya nanomaterial med industriella tillämpningar.
Professor Sang Yup Lee tillade, "Denna forskning ger omfattande information och perspektiv på biosyntesen av olika oorganiska nanomaterial med hjälp av mikroorganismer och bakteriofager och deras tillämpningar. Vi förväntar oss att biosyntetiska oorganiska nanomaterial kommer att hitta mer mångsidiga och innovativa tillämpningar inom olika områden av vetenskap och teknik."
