There is 1 related live offer.

Save 25% on magneTherm

Biologiska Enheter i Stabilisering av Nanomaterials

vid Charusheela Rameteke

Charusheela Rameteke, Tapan Chakrabarti och Rammar Avataren Pandey, Miljö- BioteknikUppdelning, det Miljö- Iscensätta Forskningsinstitut för Medborgare, Indien
Motsvarande författare: ra_pandey@neeri.res.in charu.click@gmail.com

Syntesen av nanomaterials har varit området av största betydelse i nanotechnologygemenskapen tack vare deras utöver det vanliga rekvisita och de bakomliggande applikationerna.

Tack vare tar en ökande begäran i nanomaterials, forskare ett massivt intresserar i syntesen av nanomaterials såväl som bedömer nya syntestekniker.

Även Om ett nummer av att närma sig kan användas för syntesen av nanomaterials (dvs. kemiskt, läkarundersökning eller biologiskt), finns det ett avoidable behov för bruket av att stabilisera medlet under den processaa syntesen. Utmärkt stabilitet och enhetlighet av nanomaterials kan uppnås till och med bruket av att stabilisera medel.

Nucleic Syra är en macromolecule som komponeras av, kedjar av monomeric nucleotides. I biochemistry bär bildar dessa molekylar genetisk information eller strukturerar inom celler. Mest vanligt nucleic syror är deoxyribonucleic syra (DNA) och ribonucleic syra (RNA)

Deoxyribonucleic syra (DNA) är en nucleic syra som innehåller de genetiska anvisningarna som används, i utvecklingen och att fungera allra bekant bosatt organismer och några virus.

Ribonucleic syra (RNA) är en biologically viktig typ av molekylen, som består av ett långt, kedjar av nucleotideenheter. RNA är mycket liknande till DNA, men skilja sig åt i några viktigt strukturellt specificerar.

Det finns flera physicochemical tillvägagångssätt som är tillgängliga för stabiliseringen av nanomaterials som fungerar via en av de fyra principerna: elektrostatisk, steric electrosteric stabiliseringar och stabilisering vid en ligand eller en vätska1. Även Om de physicochemical tillvägagångssätten för stabilisering av nanomaterials är väl - etablerat, äger de en ha som huvudämne missgynnar av att vara huvudstad som är intensiv och som är farlig för miljön, som de gäller bruket av farliga kemikalieer och övar.

Bruket av biologiska system för syntesen av nanomaterials har väl anmälts efter de forntida tiderna2. Nanomaterialen som synthesizing biocomponents, har en ökad fördel av att ge utmärkt stabilitet till nanomaterialen som är synthesizeds. Illviljan faktumet, att machineriesna och den bakomliggande mekanismen för syntesen av nanomaterials har varit omfattande utstuderade vid forskare, de stabiliserande enheterna i nanomaterialsyntesprotokollen återstår unexplored.

Denna artikel ger en inledande överblick på stabiliseringen av nanomaterial vid biologiska enheter. Beroende av platsen av stabilisering har de kategoriserats in i två grupper: i - vivo stabiliserande enheter och in vitro stabiliserande enheter (Figurera 1).

Figurera 1: Biologiska enheter i stabilisering av nanomaterials

In vitro Stabilisering

När nanomaterials synthesizeds i nära närhet till några biosystems, dvs. bakterier, svampar, växter eller deras extrakt, klassificeras stabiliseringen som in vitro stabilisering. Stabiliseringen uppnås till och med en singelenhet av biomoleculen som ”lock” den synthesized nanomaterialen. Biomolecules liksom proteiner, peptides och en sakkunnig klassificerar av belägger med metall bindande molekylar som ses till, som phytochelatins används för in vitro stabiliseringen av synthesized nanomaterials.

I fall att av bakterie- och fungal nanoparticles syntes, har stabilisering tillskrivats till specifika proteiner endera som intracellularly finnas eller som är utsläppt in i det extracellulary medlet3,4. Efter syntesen av nanomaterials är dessa stabiliserande proteiner förment att neutralisera laddningarna över den metalliska nanomaterialen, genom att ge, anslår förseglar bildar ett stall strukturerar nanomaterialsna.

När nanomaterials synthesizeds i nära närhet till bakterier och svampar, uppnås stabilisering till och med bruket av specifika proteiner som finnas endera intracellularly eller utsläppt in i det extracellulary medlet3,4. Dessa stabiliserande proteiner neutraliserar laddningarna över den metalliska nanomaterialen, efter nanomaterials har synthesized.

Växelverkan av protein med olikt belägger med metall har varit brunnen - som dokumenteras i litteraturen och den grundliga studien av kritiska stabilitetskonstanter av personerna som reagerar, stöttar finna som är det proteiner, är ansvariga för stabilisering av nanomaterials. Belägga med metall-Protein förbindelser ger molekylen mer stabilitet, som jämfört till dess fritt bilda5. På att jämföra de kritiska stabilitetskonstanterna med hänsyn till proteinecious strukturera med den fria amino gruppen, sulfahydryl, och disulfidegruppen, enheterna med fria amino grupper ger mer stabilitet till belägga med metallarten på nanoscale.

I fall att av jäst och alger, kommas med stabilisering omkring av en sakkunnig klassificerar av peptides som kallas phytochelatins6,7. Phytochelatins är funktionella analoger av metallothiones som består av tre amino syror nämligen glycine, cysteine och glutamine. Stabilisering uppnås till och med bandet av belägger med metall joner vid thiolatekoordination för att bilda belägger med metall komplex8.

För en tid sedan har har den anmälts i photosynthetic alger, stabilisering av nanoparticlen uppnåtts av bruket av siderophore, en sakkunnig klassificerar av molekylar som avsöndras av algalcellerna som svar på närvaroen av stryker i det extracellular medlet9. I växt är stabiliseringsmekanismen av nanomaterials inte inklusive som per litteraturrapporter10. Emellertid har Shankar o.a., (2004) föreslågit flavanonen och terpenoid konstituent av leafbuljongen för att vara ytbehandla - aktivmolekylar som stabiliserar de metalliska nanoparticlesna11. På another notera, som phytochelatins som främst finnas i växter, kan också föreslås för att bidra i nanomatrerialss stabilisering.

Alla dessa enheter som diskuteras under kategorien av in vitro stabilisering, kan dras ut från de biologiska systemen och också vara använda in - vivo för nanomaterialsstabilisering12.

i - vivo Stabilisering

Denna kategori inkluderar de biomolecules som kan exploateras för nanomaterialsstabilisering men endast utanför det bosatt systemet. Dessa biomoleculeenheter ger en servicemall för nanomaterialsstabilisering. Därför kan den också betraktas som mallen hjälpt stabilisering.

Virus som Mall

Virus; att vara mer specifik mer virus- scaffolds används som en mall i det att bilda en kärna och enheten av oorganiska material. Virus- scaffolds har som organiseras mycket för nano-att strukturera, och materialen encaged inom strukturera är också på nanoscalen. Till exempel har den chorotic mottleviruset (CCMV) för cowpeaen ett protein att beskjuta och RNA i dess hål. Denna RNA i kärna ur kan tas bort, och det skapade hålet kan vara van vid växer nanocrystals. Laddningen bildade insidan detta hål efter borttagning av RNA är neutraliserat leda till stabilisering av det materiellt.

Adoptera detta att närma sig, det har anmälts att CCMV har använts för bildandet av polytungstatenanoparticles13. Jämväl har cowpeamosaikviruset använts som det att bilda en kärnaburar för mineralizationen av oorganiska material, och tobakmosaikviruset har också använts för syntesen och stabiliseringen av PbS och CdS14. I detta fall har laddningsutbytet följts av följande laddningsneutralization över encavitated belägger med metall jonen.

S-Lagrar

Ett Annat exempel av mallen hjälpte biomolecules som har dragit mycket uppmärksamhet är cellen ytbehandlar proteinlagrar, eller S-Lagrar, grundar i många bakterier och archaebacteria. Dessa är organiska mallar som låter syntesen av oorganiska nanocrystallinesuperlattices med ett brett spänner av partikel storleksanpassar (3-15 nm i diameter), interparticle mellanrum (upp till 30 nm) och sneda gallersymmetrier (, kvadrera eller sexhörnigt)15.

S-Lagrar proteinet har en utöver det vanliga egenskap av att återmontera in i ett hierarkiskt strukturerar att bilda ett lagrar, när det sätts på någon substrate och agerar thus som en passande mall för nanoparticlesbildande. Denna egenskap har väl visats i den acidophilic bakterieSulfolobus acidocaldariusen och Sposarcina ureae16.

S-Lagrar proteinerna från de respektive bakterierna sattes in på den fasta servicen och var därefter utsatta till ensalt lösning. Detta resulterar i bildandet av regelbundet ordnade nanoparticles med ovanlig rekvisita, som skilja sig åt drastiskt från det av den materiella ien stora partier. Vidare kan det förväntas att, i near framtid, ändring av S-Lagrar proteiner av ska markant påverkan för recombinant DNA-teknologier utvecklingen av den applicerade S-Lagrar forskningen15,17. I sammanhang av den ovannämnda diskussionen verkar S-Lagrar för att ge en bäst mall för nanomaterialsstabilisering.

Ferritin

Som nämnt tidigare, har ett protein från däggdjurs- beskärning, ferritin också använts som en mall för nanomaterialbildande. Det har föregående använts för syntesen, såväl som stabilisering av stryker phosphate, stryker arsenaten, stryker vanadate, stryker molybdaten, cadmiumsulfid och zincselenitenanoparticles18-20. Stabilisering av den inre ferritinburen för nanopartiles antas också för att äga rum tack vare laddningsfördelning endast.

Teoretiska uträkningar har visat att det potentiellt av det yttre ytbehandlar av ferritinen är netto realitetstunder som de inre ytbehandlar har en netto laddning för negation. Det inre och det yttre ytbehandlar förbinds by kanaliserar, som ger en bana för att cations ska komma in i hålet. Cations i hålet kan därefter röran till det inre ytbehandla. De bindande platserna blir nuclei för kristallisering, men kristallisering avslutar, när hålet fylls med kristaller21.

Nucleic Syror

Frånsett är alla över listade stabiliserande enheter, där another klassificerar av macromolecules som kan agera som mallar för stabiliseringen av naoparticles. Singeln strandade DNA, och dubbelsidig DNA såväl som RNAs med chemically ändrade baser kan användas för bandet av functionalized nanoparticles.

Fördelen av denna metod är att nanoparticles kan potentiellt vara förlagd wherever ändrad baserar sätts in under syntesen av DNA. I dubbel strandsatt DNA avskiljs baserna av omkring 0,34 nm och att låta placeringen av partiklar med undernanometerprecision. Således är ordningen av partiklar anhörigen endast på designen av DNA-mallen och storleksanpassa av partikeln22.

Iscensatt DNA strandar kan agera som en utmärkt mall, sedan de intermolecular distanserar av nanoparticlesna kan vara omväxlande på ska. Dessutom kan tvåna som DNA strandar synthesized, sammanfogas till varje annat för att få en längre DNA strandar. Olika forskare har lyckas för att stabilisera nanoparticlesna på DNA-subsurfaces i detta sätt23-26.

Från diskussionen över på in vitro och in - vivo vid bio-enheter stabilisering av nanomaterials, kan det avslutas att rationalityen av stabilisering ligger i den total- laddningen av de stabiliserande molekylarna och dess potentiellt i neutralization för effektiv laddning. Därför är det nödvändigt att förstå att strukturera av konstituenten av microorganismen som är involverade, i capping av belägger med metall och dess rumsliga ordning runt om belägga med metall. Utredningar in i naturen av sammanlänkningar som var etablerade mellan belägga med metall och den stabiliserande enheten, ska också serve ett lott i överenskommelse mekanismen av stabilisering.


Hänvisar till

1. Roucoux A, Schulz J och 2002) Förminskande övergång för Patin H (belägger med metall colloids: En ny familj av återvinningsbara katalysatorer? Chem. Rev. 102:3757-3778.
2. Lowenstam HA (1981) Mineraler som bildas av organismer. Vetenskap 211:1126-1131.
3. Ahmad A, Mukherjee P, Mandal D, Senapati S, Khan MI, Kumar R och Sastry M (2002) Enzym medlad extracellular syntes av CdSnanoparticles vid svampen, Fusarium oxysporum. J-Förmiddag Chem Soc 124:12108-12109.
4. Mukherjee P, Ahmad A, Mandal D, Senapati S, Sainkar SR, Khan MI, Ramani R, Parischa R, Ajayakumar PV, Alam M, Sastry M och Kumar R (2001b) Bioreduction av AuCl4--joner vid svampen, Verticillium sp. och ytbehandla tillbehörar av de bildade guld- nanoparticlesna. Angew Chem Int Ed 40:3585-3588.
5. Martell AE och konstanter Vol för SmedRM (1974) Kritiska stabilitet Mig, ÖvertrycksPress, New York & London, PP-469.
6. Gekeler W, Grillar E, Winnacker E, och Zenk MH (avskärmer 1988) Alger heavy metal via syntes av phytochelatinkomplex. Archivves av microbiology 159:197-202.
7. Dameron CT, Reese RN, Mehra RK, Kortan AR, Carroll PJ, Steigerwald ML, Brus LE och Winge DR (1989) Biosynthesis av crystallites för halvledare för cadmiumsulfidquantum. Natur 338:596-597.
8. Cobbett CS (2000) Phytochelatins och deras oles i heavy metaldetoxification. Växt Physiol, 123:825-832.
9. Brayner R, Yepremian C, Djediat C, Coradin T, Herbst F, Livage J, Fievet F och Coute A (2009) Photosynthetic Microorganism-Medlade Syntes av Akaganeite (ß-FeOOH) Nanorods.Langmuir, 25(17): 10062-10067.
10. Kumar V och Yadav SK (2009) Växt-Medlade syntes av försilvrar och guld- nanoparticles och deras applikationer. J Chem Technol Biotechnol 84:151-157.
11. Shankar SS, Rai A, Ahmad A och Sastry M (2004) Forsyntes av Au, Ag och biometallic Aukärna ur-Ag beskjuter nanoparticles genom att använda Neem (den indica Azadirachtaen) leafbuljong. J.-colloiden och har kontakt. Vetenskap 275:496-502.
12. Kumar SA, Abyaneh MK, Gosavi STRÖMBRYTARE, Kulkarni SK, Pasricha R, Ahmad A och Khan MI (2007) Nitrat reductase-medlade syntes av försilvrar nanoparticles från AgNO3. Biotechnol Lett, 29:439-445.
13. Douglas T och Ung M (1998) Vara värd-Gäst inkapsling av material vid församlade virusproteinburar. Natur 393:152-155.
14. Xu W (2005) Biotemplates för Seminariet för NanoparticleSyntesLitteratur (som är tillgängligt direktanslutet på http://chemistry.illinois.edu/research/inorganic/seminar_abstracts/2005-2006/Xu.LitSeminar.pdf).
15. Sara M och Sleytr UB (2000) Minireview S-Lagrar proteiner. J Bacteriol.182: 859-868.
16. Schuster B, för Gufler PC, Pum D och Sleytr UB (2004) S-Lagrar proteiner som den understödja material till byggnadsställning för funktionella lipidmembran. IEEE Trans. Nanobioscience 3(1): 16-21
17. Pum D, Sleytr UB (1999) Applikationen av bakterie- S-Lagrar i molekylär nanotechnology. Trender Biotechnol 17:8-12.
18. Iwahori K, Yoshizawa K, Muraoka M och Yamashita Mig (2005) Fabricering av ZnSe nanoparticles i apoferritinhålet, genom att planlägga ett långsamt kemiskt reaktionssystem. Inorg. Chem 44:6393-6400.
19. Iwahori K och Yamashita Storleksanpassa-Kontrollerade Jag (2008) en krukasyntes av fluorescerande nanoparticles för cadmiumsulfidhalvledaren i ett apoferitinhål. Nanotechnolgy 19:1-7.
20. Polanams J, Ray Ett D, och Watt R K (2005) Nanophase stryker phosphate, stryker arsenaten, stryker vanadate och stryker molybdatemineraler synthesized inom proteinburen av ferritinen. Inorg.Chem 44:3203-3209.
21. Douglas T och Ripoll DR (1998) Beräknade elektrostatiska lutningar i recombinant människa H-Kedjar ferritinen. ProteinVetenskap 7:1083-1091.
22. KAEN för Brunnar JC, Stevenson, Muralidharan G, Thundat TG, Maya L och 2001) Programmerade Enhet för Barhen1 J. (av Quantum-Pricker Samlingar på DNA-Mallar: Maskinvara för Quantum Beräkning? (tillgängligt direktanslutet på http://www.ornl.gov/~webworks/cppr/y2001/pres/110351.pdf)
23. Wong KKW och Mann S (1996) Biomimetic syntes av cadmiumsulfid-ferritin nanocomposites. Adv. Mater. 8:928-932.
24. Yang J, Lee JY, För H, Chow G och stabilisering för DNA för den Gan LM (2006) Singeln strandsatta och enhet av Aunanoparticles av olikt storleksanpassar. Kemisk Fysik 323:304-312.
25. Mitchell GP, Mirkin CA och Letsinger RL (1999) Programmerade enheten av den DNA functionalized quantumen pricker. J. Förmiddag. Chem. Soc 121:8122-8123.
26. Han G, Martin CT och Rotello VM (2006) Stabilitet av guld- nanoparticle-destinerad DNA in mot biologiskt, läkarundersökning och kemiska medel. 67:78 för Des för Chem Biol-Drog - 82.

Ta Copyrightt på AZoNano.com, Charusheela Rameteke (det Miljö- Iscensätta Forskningsinstitut för Medborgare)

Date Added: Mar 23, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 01:59

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit