b (1063)

دانشگاه آزاد اسلامي
واحد دامغان
دانشکده علوم پايه
گروه زيست شناسي
پايان نامه براي دريافت درجه كارشناسي ارشد M.A.” ”
گرايش ميکروبيولوژي
عنوان
جداسازي و شناسايي باکتريهايي با توان توليد اگزوپلي ساکاريد و نانوذرات نقره از محيط و بررسي ساختار اگزوپلي ساکاريد سنتز شده حاوي نانوذرات نقره
استاد راهنما
جناب آقاي دکتر هاتف آجوداني فر
استاد مشاور
سرکارخانم دکتر پرستو پورعلي
نگارش
راحله طاهري
زمستان 1391
سپاسگزاري
ما بدان مقصد عالي نتوانيم رسيدهم مگر لطف شما پيش نهد گامي چند
آفريدگار هستي را براي بخشيدن فرصتي مناسب و تواني بسنده در انجام اين پايان نامه ستايش مي کنم و از محضر استادان گرانقدر جناب آقاي دکتر هاتف آجوداني فر و سرکار خانم دکتر پرستور پورعلي که با رهنمودهاي علمي خويش مرا بهره مند فرمودند سپاسگزارم
فهرست مطالب
چکيده فارسي1
فصل اول مقدمه2
1-1-مقدمه اي در مورد سرکه و تاريخچه آن3
1-2-مقدمه، خصوصيات و کاربرد هاي استوباکتر ها و گلوکونوباکتر ها3
1-3- مقدمه و کاربردهاي نانوذرات نقره3
فصل دوم مروري بر تحقيقات گذشته6
2-1-مقدمه7
2-2-تاريخچه استفاده از نانوذرات9
2-3-روش هاي توليد نانوذرات9
2-3-1-توليد فيزيکي10
2-3-2-توليد شيميايي11
2-3-2-1- سل ـ ژل12
2-3-2-2- واکنش حالت‌هاي جامد ـ مايع12
2-3-2-3- چگالش فاز گازي13
2-3-3-توليد بيولوژيکي13
2-4- مکانيسم توليد نانوذرات توسط ميکروارگانيسم ها14
2-5-خواص نانوذرات فلزي نقره21
2-6- توليد نانوذرات فلزي توسط باکتري ها22
2-6-1-مثال هايي از توليد درون سلولي نانوذرات فلزي نقره توسط باکتريها23
2-6-2- مثال هايي از توليد برون سلولي نانوذرات فلزي نقره توسط باکتريها23
2-7- نانوذرات نقره27
2-7-1- سميت نقره29
2-7-2- خصوصيات، مکانيسم اثر و کاربردهاي نانو ذرات نقره30
2-7-2-1- وسايل درون عروقي مصنوعي33
2-7-2-2- کاتترهاي قرار گرفته شده در عروق مرکزي34
2-7-2-3- کاتترهاي نوروسرژيکال34
2-7-2-4- سيمان استخوان35
2-7-2-5- پوشاننده هاي زخم35
2-7-2-6-مهندسي بافت37
2-7-2-7-درمان سرطان37
2-7-2-8-تشخيص پروتئين ها37
2-8-پليمرهاي ميکروبي38
2-8-1-سلولز39
2-9-تاريخچه سلولز40
2-10-ويژگي هاي سلولز40
2-11-خواص سلولز41
2-12-تجزيه سلولز42
2-13-توليدسلولز43
2-14-کاربردهاي سلولز وانواع مشتقات آن45
2-14-1-مشتقات سلولز46
2-14-1-1-نانو بلورهاي سلولز46
2-14-1-1-1-مشتقات Ncc47
2-14-1-1-2-ويژگي ها، خصوصيات و مزاياي Ncc47
2-14-1-1-3-معايب Ncc48
2-14-1-2-کمپلکس سنتز سلولز48
فصل سوم مواد و روش ها49
3-1- مواد و دستگاه ها50
3-1-1- مواد شيميايي و محيط هاي کشت50
2-1-2-دستگاه ها و وسايل52
3-2- روش ها و آزمايشات53
3-2-1- جداسازي سويه هاي باکتريايي از سرکه و بررسي توليد سلولز توسط آن ها53
3-2-1-1- محيط کشت هيسترين اسکرام53
3-2-2-انتخاب و شناسايي سويه هاي باکتريايي54
3-2-2-1-بررسي هاي فنوتايپينگ سويه هاي باکتريايي54
3-2-2-1-1-رنگ آميزي گرم54
3-2-2-1-2- روش لام مرطوب55
3-2-2-1-3-رنگ آميزي مالاشيت سبز55
3-2-2-1-4-آزمون کاتالاز55
3-2-2-1-5- آزمون اکسيداز55
3-2-2-1-6- آزمون حرکت، ايندول و توليد ( سولفيد هيدروژن) (SIM)56
3-2-2-1-7-آزمون ژلاتين56
3-2-3-بررسي هاي ژنوتايپينگ سويه هاي باکتريايي56
3-2-3-1-استخراج DNA از ميکروارگانيسم ها56
3-2-3-1-1-تهيه محلول – فنل- کلروفرم- ايزوآميل الکل56
3-2-3-2-نحوه استخراج DNA از ميکروارگانيسم ها57
3-2-3-2-1-تهيه ژل آگارز 1%58
3-2-3-3-پرايمرهاي مورد استفاده جهت شناسايي مولکولي باکتري ها58
3-2-3-4-واکنش زنجيره پليمراز براي باکتري ها59
3-2-3-5-تعيين توالي قطعات حاصل از واکنش زنجيره اي پليمراز60
3-2-4-خالص سازي سلولز توليدي60
3-2-4-1- شستشو به وسيله هيدروکسيد سديم61
3-2-5-تستهاي تاييد سلولز61
3-2-5-1-هضم آنزيمي61
3-2-5-1-1-آزمون موليش و بنديکت61
3-2-5-2-ميکروسکوپ الکتروني نگاره62
3-2-6- بررسي توليد نانوذرات نقره توسط استوباکترها و گلوکونوباکترها62
3-2-7-تست هاي تاييدي توليد نانوذرات نقره62
3-2-7-1- اسپکتروفوتومتري62
3-2-7-2- پراش اشعه ايکس63
3-2-7-3- بررسي توسط ميکروسکوپ الکتروني گذاره63
3-2-8- انتخاب سويه هاي مناسب جهت ادامه آزمون ها63
3-2-8-1-توليد نانوذرات نقره درون بستر سلولزي به روش آر-تي63
3-2-9-بررسي خواص ضد ميکروبي لايه سلولزي حاوي نانوذرات نقره63
3-2-9-1-تهيه محلول استاندارد نيم مک فارلند64
3-2-10-نگهداري طولاني مدت سويه ها(روش گليسرول استوک)64
فصل چهارم نتايج و بحث65
4-1-جداسازي سويه هاي باکتريايي از سرکه و بررسي توليد سلولز توسط آنها66
4-2-شناسايي سويه هاي باکتريايي66
4-2-1-بررسي هاي فنوتايپينگ سويه هاي باکتريايي66
4-2-1-1خصوصيات ماکروسکوپي66
4-2-1-2- خصوصيات ميکروسکوپي67
4-2-1-3- لام مرطوب67
4-2-1-4-رنگ آميزي مالاشيت سبز67
4-3- آزمونهاي بيوشيميايي68
4-4- بررسي هاي ژنوتايپينگ سويه هاي باکتريايي68
4-4-1- استخراج DNA68
4-4-2- تکثير توالي 16SrDNA69
4-4-3-تعيين توالي قطعات حاصل از واکنش زنجيره پليمراز70
4-5-نتايج خالص سازي و شستشو توسط NaOH71
4-6-تستهاي تاييدي سلولز72
4-6-1-هضم آنزيمي72
4-6-1-1-آزمون موليش و بنديکت72
4-6-2-بررسي ميکروسکوپ الکتروني نگاره72
4-7-بررسي توليد نانوذرات نقره توسط باکتري ها73
4-8-تست هاي تاييدي توليد نانوذرات نقره73
4-8-1-بررسي توسط ميکروسکوپ الکتروني گذاره74
4-8-2-پراش اشعه ايکس74
4-8-3- بررسي اسپکتروفتومتري75
4-9-توليد نانوذرات نقره در درون بستر سلولزي به روش آر-تي76
4-10- بررسي خواص ضد ميکروبي لايه سلولزي حاوي نانوذرات نقره76
فصل پنجم نتيجه گيري78
منابع و ماخذ89
چکيده انگليسيError! Bookmark not defined.
فهرست جداول
جدول2- 1.مثال هايي از توليد نانوذرات فلزي نقره توسط باکتري ها26
جدول 3-1 .مواد شيميايي و محيط هاي کشت50
جدول 3-2. ليست دستگاه ها و وسايل مورد استفاده52
جدول 3-3. مواد تشکيل دهنده محيط کشت هيسترين اسکرام54
جدول3-4. توالي پرايمرهاي مورد استفاده براي باکتري ها59
جدول 3-5. مراحل انجام واکنش زنجيره اي پليمراز60
جدول4-1.نتايج تعيين توالي به دست آمده براي نمونه هاي باکتريايي71
جدول. 4-2 . نتايج اسپکتروفوتومتر براي بهترين نمونه ها75
جدول 4-3 .بررسي خواص ضد ميکروبي لايه سلولزي حاوي نانوذرات نقره77
فهرست اشکال
شکل 2-1 . مکانيسم توليد نانوذرات توسط ميکروارگانيسم ها15
شکل 2-2 . روند آزاد شدن نانوذرات از پوشاننده ها جهت جلوگيري از رشد پاتوژن ها31
شکل 4-1 . مشاهده ميکروسکوپي باسيلهاي گرم منفي67
شکل 4-2 . رنگ آميزي مالاشيت سبز در باسيلوس سرئوس68
شکل 4-3 . نمايش ژل الکتروفورز حاصل از استخراج DNAچند نمونه باکتريايي.69
شکل 4-4 . نمونه اي از غلظت DNA به دست آمده از دستگاه نانودراپ.69
شکل 4-5 . الکتروفورز محصول واکنش زنجيره پليمراز بر روي ژل آگارز 1%. M: مارکر 1 کيلو جفت باز.70
شکل4-6.خالص سازي لايه سلولز توليدي71
شکل4-7 . بررسي وجود قند (آزمون موليش) در سمت راست و بررسي نوع قند(آزمون بنديکت) در سمت چپ72
شکل 4-8 . شکل ميکروسکوپ الکتروني نگاره از لايه سلولزي73
شکل 4-9 . بررسي توليد نانوذرات نقره توسط باکتري ها73
شکل 4-10 . مثالي از تصاوير ميکروسکوپ الکتروني گذاره که نانوذرات نقره توليدي توسط باکتري ها نشان مي دهد.74
شکل4-11 . نتيجه تست پراش اشعه ايکس براي نانوذرات نقره74
شکل4-12 . نتايج اسپکتروفوتومتر به دست آمده براي نانوذرات نقره که داراي بيشينه جذب در حدود 440 نانومتر است.75
شکل4-13 . توليد نانوذرات نقره در درون بستر سلولزي به روش آر-تي76
شکل 4-14 . بررسي خواص ضد ميکروبي لايه سلولزي حاوي نانوذرات نقره77
چکيده
فرايند توليد سرکه به لحاظ فيزيولوژيک نوعي واکنش اکسيداسيون ناقص مي باشد. از باکتري هاي توليد کننده سرکه به دو جنس اصلي استوباکتر و گلوکونوباکتر مي توان اشاره نمود. اين باکتري ها گرم منفي ميله اي شکل و هوازي مطلق هستند. توسط تاژه هاي پري تريش متحرکند، رنگدانه توليد نمي کنند. کاتالاز مثبت هستند و فعاليت اکسيداتيو شديد دارند. استوباكترزايلينيوس،يکي از باکتريهاي مولدسلولزاست. نانو” عبارتي يوناني است که معناي 9-10 را داشته و يک نانو يک ميليارديم مي باشد. کاربرد اين واژه امروزه بيشتر در نانو تکنولوژي يا فناوري نانو است. نانوذرات نقره، يکي از پر کاربرد ترين ذرات در حوزه نانو مي باشد و به‌دليل خواص فيزيکي و شيميايي ويژه‌، کاربرد فراوان دارد. در اين مطالعه، ابتدا 20 سويه از باکتري توليد کننده سلولز از سرکه جداسازي و شناسايي گرديد، سپس 5 سويه جهت مطالعات بيشتر انتخاب و DNA آن ها استخراج و واکنش زنجيره پليمراز( PCR) انجام گرديد و نهايتا با استفاده از پرايمر هاي اختصاصي تعيين توالي شد. بعد از طي مراحل خالص سازي و تاييد لايه سلولزي، توليد نانوذرات نقره توسط باکتري هاي فوق بررسي و سپس اين 5 سويه با توانايي توليد نانوذرات نقره و سلولز تاييد شد و نهايتا خواص ضد ميکروبي آن ها جهت پوشانندگي زخم ها مورد بررسي قرار گرفت.
کلمات کليدي :گلوکونوباکتر،استوباكتر، نانوذرات نقره، سلولز
فصل اول
مقدمه
1-1-مقدمه اي در مورد سرکه و تاريخچه آن
قدمت توليد سرکه حاقل به 400 سال قبل از ميلاد مسيح مي رسد (Deppenmeier, 2002)، و فرايند توليد آن به لحاظ فيزيولوژيک1نوعي واکنش اکسيداسيون ناقص مي باشد. اولين توصيف درباره توليد سرکه توسط پاستور در سال 1862 انجام گرفت. او دريافت که مادر سرکه توده اي از ارگانيزم هاي زنده است که عامل اکسيداسيون اتانول به اسيد استيک مي باشد. باکتري هاي استوباکتر استي2 و گلوکونوباکتر سابکسي3 به ترتيب توسط Beijerink در سال 1898 و De leeuw و Kluyver در سال 1924 توصيف شدند (Moonmangmee, 2000). Asai در سال 1934 و بار ديگر در سال 1968، اين باکتري ها را به دو جنس اصلي استوباکتر و گلوکونوباکتر رده بندي کرد (Higgins, 1990). اين دو جنس با تغييراتي همچنان بخشي از خانواده استوباکترياسه را با 12 جنس به خود اختصاص داده اند.
1-2-مقدمه، خصوصيات و کاربرد هاي استوباکتر ها و گلوکونوباکتر ها
جنس استوباکتر داراي سه گونه مي باشد.باکتري گرم منفي4 ميله اي شکل و هوازي مطلق5 است. در صورت متحرک بودن به وسيله فلاژل هاي پري تريش6 متحرک اند(Brenner et al., 2005). اين باکتري ها الکل را به آب و کربنيک، لاکتات را به کربنات تبديل و بعضي از اسيد هاي آمينه را تجزيه مي کنند. استوباکترها عموماً در جو تخمير شده، سرکه و ميوه ها و سبزي هاي ترش يافت مي شود. برخي گونه ها مانند استوباکتراستي (A.aceti) اتانول را به اسيد استيک، اکسيد کرده و کاربرد صنعتي در توليد سرکه دارند،به همين دليل به استوباکترها، اسيد استيک باکتري هم گفته مي شوند.اين باکتري ها در جواني گرم منفي و سلول هاي پير اکثراً گرم متغييراند. در زير ميکروسکوپ به شکل تک تک، دو تايي و يا به صورت زنجيره دنبال هم مشاهده مي شوند. در حين توليد سرکه به هم پيچيده گاه به شکل کوکسي مانند و گاه رشته اي و بلند در مي آيند. محيط اسيدي را خوب تحمل مي کنند. نسبت به سودوموناس7 ها تحرک کمتري دارند و رنگدانه توليد نمي کنند. کاتالاز مثبت هستند و فعاليت اکسيداتيو شديد دارند.اين ارگانيسم ها را به دو گروه استوباکترهاي با اکسايش شديد8 که موقتاً ايجاد اسيد استيک مي نمايد و آنرا دوباره تجزيه مي کند و استوباکترهاي با اکسايش جزئي9 که اسيد استيک توليد شده را ديگر تجزيه نمي کند،تقسيم مي نمايند. از گروه استوباکترهاي با اکسايش شديد مي توان استوباکتر پراکسيدانس10، استوباکتر پاستوريانوم11 و از استوباکترهاي با اکسايش جزئي مي توان گلوکونوباکتراکسيدانس12 را نام برد. ما بين اين دو گروه باکتريهاي استوباکتر گزيلينوم13 ، استوباکتر استي و استوباکتر اسيدوفيلوم14 قرار دارند((Garrity, 2002 . اين باکتري ها در صنايع غذايي جهت توليد اسيد استيک و ويتامين ث اهميت فراواني دارند. استوباكتر زايلينيوس، يكى از باكترى هاى مولد سلولز Cellulose است و مي تواند گلوكز، گليسرول و ساير منابع آلي را به سلولز خالص تبديل كند( and Canon, 1989 Fontana et al., 1991; Williams ). سلولز ميكروبى توليد شده توسط استوباكتر زايلينيوس به عنوان يكى از با ارزش ترين پليمر هاي زيستي در زمينه هاى گوناگون پزشكى كاربرد دارد.. كاربردهاى متعددى از سلولزميكروبى در پزشكى، دامپزشكى، صنايع غذايى، نفتى،پوشاكى، آرايشي، بهداشتى و غيره شناخته شده است2001;Kobayashi et al., 2006) ., et al Klemm).
استفاده از سلولز ميكروبي براى اولين بار در سال 1980،به عنوان پانسمانى پوشيده شده با مايع براي بهبود زخم انجام گرفت (Klemm et al., 2001) .فونتانا و همكارانش از سلولزميكروبي، محصولي را با نام بيوفيلم توليد كردند و جهت سوختگي هاي درجه دوم و سوم، زخم هاي عميق، پيوند پوست و به طور كلي براي درمان آسيب هاي پوستي به كار گرفتند(Fontana et al., 1991 ).
1-3- مقدمه و کاربردهاي نانوذرات نقره
نانو” عبارتي يوناني است که معناي 9-10 را داشته و يک نانو يک ميليارديم مي باشد. کاربرد اين واژه امروزه بيشتر در نانو تکنولوژي يا فناوري نانو است( Narayanan and Sakthivel, 2010 ). از ميان انواع مختلف نانوذرات، پرکاربردترين آن ها نانوذرات نقره است. نانو ذرات نقره، يکي از پر کاربرد ترين ذرات در حوزه نانو پس از نانو لوله هاي کربن است، که هر روزه بر کاربرد آن در دنياي نانو افزوده مي شود.
نانوذرات نقره عمدتاً، به‌دليل خواص فيزيکي و شيميايي ويژه‌اي که از خود نشان مي‌دهند در مصارف الکترونيکي، نوري، دارويي و بهداشتي و کاتاليتيکي کاربرد فراوان دارند. يکي از دلايل کاربرد گسترده اين ذرات ، به دليل خاصيت آنتي باکتريال اين ذرات است و در واقع نانوذرات نقره براي عوامل بيماري‌زا يک سم تلقي مي‌شوند و ‌براي بدن انسان، غذاها و بافت‌ها بي‌ضررند. اين در حالي است که نقره به خودي خود فاقد و يا خيلي کمتر اين خاصيت است. اين خاصيت دوگانه ذرات نانو در مقايسه با ذرات ماکروي نقره به دليل اثر افزايش سطح در نتيجه افزايش واکنش پذيري ماده و پيروي ماده از فيزيک و شيمي کوانتم15 در حالت نانو است. خصوصيات نانو ذرات نقره شامل: تاثير بسيار زياد، تاثير سريع، غير سمي بودن، غير محرک براي بدن، غير حساسيت زا، قابليت تحمل شرايط مختلف (پايداري زياد)، آب دوست بودن، سازگاري با محيط زيست، مقاوم در برابر حرارت، عدم ايجاد و افزايش مقاومت و سازگاري در ميکروارگانيسم ميباشد. نقره در ابعاد بزرگتر، فلزي با خاصيت واکنش دهي کم مي باشد، ولي زماني که به ابعاد کوچک در حد نانومتر تبديل مي شود خاصيت ميکروب کشي آن بيش از 99 درصد افزايش مي يابد، به حدي که مي توان از آن جهت بهبود جراحات و عفونت ها استفاده کرد. نقره در ابعاد نانو بر متابوليسم، تنفس و توليد مثل ميکروارگانيسم اثر مي گذارد. تاکنون بيش از 650 نوع باکتري شناخته شده را از بين برده است. هر چند اين فناوري به تازگي مورد توجه زيادي قرار گرفته و رونق بسياري پيدا کرده ، اما از آن در طب قديم استفاده مي شده بدون آنکه دليل تاثير آن شناخته شود و حتي در جنگ براي کنترل عفونت زخم سربازان از سکه هاي نقره استفاده مي شده است (Rai et al., 2009).
فصل دوم
مروري بر تحقيقات گذشته
2-1-مقدمه
“نانو” عبارتي يوناني است که معناي 9-10 را داشته و يک نانو يک ميليارديم مي باشد. کاربرد اين واژه امروزه بيشتر در نانو تکنولوژي يا فناوري نانو است. نشانه اختصاري نانو در سيستم متريک n مي‌باشد. فناوري نانو يا نانوتکنولوژي رشته‌اي از دانش است که به مطالعه مواد، دستگاه ها و سيستم هادر ابعاد نانو مي پردازد و موضوع اصلي آن مهار ماده يا دستگاه‌هاي در ابعاد کمتر از يک ميکرومتر، معمولاً حدود ? تا ??? نانومتر است. اين دانش به فهم و به کارگيري خواص جديدي از مواد و سيستمهايي در اين ابعاد پرداخته که اثرات فيزيکي جديدي، عمدتا متاثر از غلبه خواص کوانتومي بر خواص کلاسيک، از خود نشان مي‌دهند. همچنين موجودات زنده از سلول هايي که به طور معمول داراي طولي حدود 10 ميکرومتر است، ساخته مي شوند با اين حال بخش هاي دروني سلول ها بسيار کوچک بوده و در اندازه کمترازيک ميکرون است.براي مثال کوچکترين پروتئين ها دراندازه معمولي 5 نانومتر مي باشند که اين اندازه قابل مقايسه باکوچکترين ابعاد نانو ذرات ساخته شده توسط انسان است(Narayanan and Sakthivel, 2010 ).
نانوفناوري يک دانش بين ‌رشته‌اي است و به رشته‌هايي چون فيزيک کاربردي، مهندسي مواد، شيمي ابرمولکول و حتي مهندسي مکانيک، مهندسي برق، مهندسي شيمي و رشته هاي بيولوژي نيز مربوط مي‌شود. تحقيقات در زمينه نانوتکنولوژي به صورت گسترده اي انجام شده و دستيابي به مواد جديدي در ابعاد نانو مانند نانوذرات، نانولوله ها، نانوسيم ها و … ميسر شده است.
در ميان اين مواد، نانوذرات به دليل خواص منحصر به فرد خود در خواص شيميايي، الکترونيکي و مگنتيکي16 بسيار مورد توجه قرار گرفته اند( Zhang et al ., 2011).
زمينه‌هايي که نانوذرات در آن ها کاربرد دارند، شامل کاربرد نانوذرات در مواد کاتاليزور، کامپوزيت17، افزودني‌هاي سوخت و مواد منفجره، بسته‌بندي و روکش‌ها، ساينده‌ها18، روان‌کننده‌ها، پزشکي و داروسازي، باتري‌ها و پيل‌هاي سوختي،دارو رساني، محافظت‌کننده‌ها، آناليز زيستي و تشخيص پزشکي و لوازم آرايشي مي شود. پزشکي نانو، بهره‌گيري از فناوري نانو در امور پزشکي است. اين شاخه از پزشکي مي‌کوشد تا با استفاده از فناوري نانو، به تشخيص بيماري‌ها، پيشگيري از آن‌ها و معالجه بيماران بپردازد. از جمله کاربردهاي نانوذرات در زيست شناسي و پزشکي مي توان به:شناساگرهاي بيولوژيکي فلورسنت19
Bruchez et al., 1998; Chan and Nie, 1998; Wang et al., 2002) ) تشخيص پاتوژن ها(Edelstein et al., 2000)، شناسايي پروتئين ها(et al., 2003 Nam )، کاوش ساختار (Mahtab et al., 1995) DNA، مهندسي بافت20(et al., 2003 de la IslaMa)، تخريب تومور از طريق حرارت دادن (هايپرترمي )21(( Yoshidaand Kobayashi, 1999، افزايش کنتراست22 در MRI( (Weissleder et al., 1990 و…اشاره نمود.
همچنين افزايش رسانش دارويي يکي از کاربردهاي نانو پزشکي23 است که در آن با استفاده از مواد نانو کوشش مي شود تا ميزان فراهمي زيستي داروها افزايش يابد. فراهمي زيستي، به ميزان وجود دارو در بخش‌هايي از بدن نظر دارد که به آن دارو نياز دارند يا کارکرد دارو در آن محل‌ها بيشتر مورد نياز است. در رسانش دارويي سعي مي شود که ميزان فراهمي زيستي را در محل‌هايي خاص از بدن و حتي در زمان‌هايي خاص، افزايش دهند. چنين کاري به وسيله‌ي ابزارهاي نانو امکان‌پذير است و به عنوان نمونه، موفقيت‌هايي در زمينه‌ي ارسال مستقيم داروهاي مربوط به شيمي درماني، به سلول‌هاي سرطاني صورت گرفته است. در حال حاضر، يکي از مشکل‌هاي اساسي در درمان سرطان‌هاي مختلف آن است که داروها، هم براي سلول‌هاي سرطاني و هم براي سلول‌هاي سالم، به يک اندازه مي‌توانند سمي باشند، در نتيجه در شيمي ‌درماني آن‌جا که آسيب‌ها براي سلول‌هاي سالم رو به فزوني باشد، با محدوديت اساسي مواجه مي‌شود. از طريق نشان گذاري سلول‌هاي سرطاني و افزايش رسانش دارويي مي‌توان بر اين مشکل اساسي پيروز شد. نانومواد سراميکي، ميسل‌هاي24 پوشيده شده با سيليس و ليپوزوم هاي25 با پيوند عرضي مي‌توانند براي اين منظور، مورد استفاده قرار گيرند. همچنين نانوذرات سراميکي به عنوان کاتاليزوربوده ودر مهندسي بافت و اصلاح و ترميم عيوب استخواني استفاده مي شوند(Thakkar et al., 2010 )
علاوه بر اين ديگر کاربردهاي مورد استفاده از نانوذارت نقره در زير به صورت خلاصه آورده شده اند.
نانوذرات نقره به دليل خواص فيزيکي و شيميايي ويژه اي که از خود نشان مي دهند در مصارف الکترونيکي،نوري، دارويي، بهداشتي و کاتاليکي کاربرد زيادي دارند بنابراين سنتز آن از اهميت بالايي برخوردار است(kan – sen and Yueh – sheng, 2003) . همچنين نانوذرات نقره درمتابوليسم26،تنفس وتوليدمثل ميکروارگانيزم ها اثر دارند وبه صورت پايه فلزي، پايه يوني (AgNo3)، کامپوزيتي (Sio2,Tio2) موجود مي باشند. نقره به صورت نانوذره داراي قدرت و انحلال زيادي بوده و به صورت کلوئيدي در محلولي به حالت سوسپانسيون (کلوئيدي جامد در مايع ) وجود دارد و اين نقره کلوئيدي در پانسمان زخم ها قابل استفاده است.
نشان داده شده است چنانچه اکسيدآهن3 Fe3O4 به نانوذرات نقره متصل گردد، مي توان از مخلوط حاصل در پاکسازي و تيمار آب استفاده نمود. سپس مي توان به راحتي و با استفاده از ميدان مغناطيسي دوباره نانوذرات را جداسازي نمود که به اين ترتيب نه تنها در هزينه ها صرفه جويي مي شود بلکه از آلودگي محيطي توسط نانوذرات نقره و اکسيد آهن جلوگيري خواهد شد(et al., 2007 Gong ).
2-2-تاريخچه استفاده از نانوذرات
نانوذرات از زمانهاي بسيار دور مورد استفاده قرار مي گرفته است. شايد اولين استفاده آنها در لعاب هاي چيني و سراميک هاي تزئيني سلسله هاي ابتدايي چين در قرن 4 و 5 ميلادي بوده است. علاوه بر اين در يک جام رومي موسوم به جام ليکرگوس27 نيز از نانو ذرات طلا استفاده شده است تا رنگهاي متفاوتي از جام بر حسب نحوه تابش نور پديد آيد، البته علت چنين اثراتي براي سازندگان آنها ناشناخته بوده است. کربن سياه مشهورترين مثال از نانوذراتي است که ده ها سال به طور انبوه توليد شده است و در لاستيک اتومبيل به منظور افزايش طول عمر آنها به کار رفته است و علت رنگ سياه لاستيک نيز، وجود اين افزودني سياه رنگ است.گذشته از آن، در دهه 1930 براي اولين بار روشهاي فرآوري بخار جهت توليد نانو ذرات بلوري مورد استفاده قرار گرفته شد.
در سال هاي اخير پيشرفت هاي بسيار بزرگي در زمينه امکان ساخت نانوذرات از مواد گوناگون وکنترل شديد بر روي اندازه، ترکيب و يکنواختي آنها صورت گرفته است ( et al., 2006 Panacek).
2-3-روش هاي توليد نانوذرات
توليد نانوذرات فلزي
توليد نانوذرات فلزي با آزمايش مايکل فاراده آغاز شد. در روش احيافاراده نانو ذرات طلا با ابعاد 30-3 نانومتررا در محلول حاوي تتراکلرو اوريک اسيد28(Aucl4) ايجاد نمود که در اين روش فسفر به عنوان دهنده الکترون عمل مي نمايد(kan – sen and Yueh – sheng, 2003).
به طور کلي جهت توليد نانوذرات دو روش وجود دارد:
1-روش پايين به بالا
دراين روش رويکرد از پايين به بالا بوده و اشاره به ساخت اتم به اتم، مولکول به مولکول يا حالت خوشه اي دارد که ابتدا نانو ذرات شکل گرفته و در ادامه با استفاده از مواد شيميايي يا بيولوژيکي توليد آن تکميل مي گردد. بايد توجه داشت که اتم‌ها و مولکول‌ها هميشه در جايي که مورد نظر است قرار نخواهند گرفت و عاملي که محل قرارگيري آنها را تعيين مي‌کند انرژي آنها است. به اين صورت که مولکول‌ها در جايي قرار خواهند گرفت که کمترين انرژي آزاد را داشته باشند و به سمت انرژي آزاد منفي تمايل دارند. انرژي آزاد در يک سيستم به ‌وسيله استحکام پيوند و انتروپي29 تعيين مي‌شود در اين روش امکان ايجاد نانو ذرات فلزي با نقص کم و ترکيب شيميايي همگن وجود دارد.
2-روش بالا به پايين
اين روش عکس روش بالا بوده و با يک سري از ابزارها مواد اوليه خرد وکوچک مي شوندتا به ابعاد نانو برسند که عمدتاطي فرايندفيزيکي (مکانيکي) يا شيميايي است. از اشکالات عمده اين روش نقص در ساختارهاي سطحي است که اثر قابل توجهي بر خواص فيزيکي وشيميايي سطح نانوذرات فلزي با توجه به ابعاد آن مي گذارد(et al., 2010 Thakkar).
به طور عمده سنتز نانوذرات فلزي عمدتا با روش هاي فيزيکي و شيميايي انجام گرفته و داراي مشکلاتي ازجمله استفاده از حلال هاي سمي، توليد محصول خطرناک و مصرف انرژي است. يک روش اميدبخش در توليد نانوذرات استفاده از مجموعه اي از منابع بيولوژيکي30 در طبيعت اعم از گياهان، جلبک ها، قارچها، باکتري ها و ويروس هادر چندسال گذشته مي باشد که بسيار کم هزينه عمل نموده وغيرسمي است. در ذيل به صورت خلاصه روش هاي شيميايي، فيزيکي و بيولوژيک در توليد نانوذرات فلزي توضيح داده مي شوند. (Thakkar et al.,2010 )
2-3-1-توليد فيزيکي
اين روش يک نمونه از روش‌هاي بالا به پايين است و براساس متلاشي شدن ساختار دانه‌هاي درشت استوار است. در اين فرايند، با استفاده از يک آسياب ساچمه‌اي31 با صرف انرژي بالا، مخلوط پودرهاي مختلف را در سطح اتمي با يکديگر آسياب و ترکيب مي‌کنند. با استفاده از اين تکنيک علاوه بر پودرهاي عنصري خالص از پودرهاي آلياژي و سراميک‌ها، نظير اکسيدها32، نيتريدها33 و غيره براي ايجاد آلياژها34 و کامپوزيت‌ها35 استفاده مي‌شود. به اين ترتيب با سايش مکانيکي همراه با خرد شدن، مي توان به ابعاد نانو از يک ماده جامد دست يافت. شکست دانه‌ها به علت انرژي مي باشد که به آنها انتقال داده مي‌شود، که اين انرژي به سرعت دوراني يا ارتعاشي، محفظه و مدت سايش در حين فرآيند سايش بستگي دارد. از جمله معايب اين روش مي توان به آلودگي و ناخالصي ناشي از ماده ساينده، ايجاد ساختار خشن در پودرهاي توليدي، عدم يکنواختي در اندازه دانه‌ها و ترکيب شيميايي غير يکنواخت نانوذرات توليدي اشاره نمود.
از روش هاي فيزيکي به دليل ميزان توليد کم و هزينه زياد استقبال چنداني نشده است.علاوه بر اين، اين روش ها نياز به انرژي لازم براي حفظ فشار بالا و حرارت مورد استفاده در ساخت دارند.اين در حالي است که اکثر فرآيندهاي زيستي تحت فشار هوا و دماي طبيعي(توليد بيولوژيک) رخ مي دهند که موجب صرفه جويي در مصرف انرژي شده که اين نوعي مزيت نسبت به روش فيزيکي توليد نانوذرات محسوب مي شودet al., 2010; Li et al., 1999) Thakkar )
2-3-2-توليد شيميايي
در اين روش جهت جلوگيري از تراکم نانوذرات فلزي و ايجادپايداري در نانوذرات مي توان از موادي همچون سديم دودسيل بنزيل سولفات36(et al., 1999 Li) يا پلي وينيل پيروليدون37(et al., 2003 Tan) استفاده نمود . روش هاي شيميايي توليد نانوذرات در حجم زياد کم هزينه بوده ولي مشکلاتي همچون آلودگي حاصل از مواد شيميايي، حلال هاي سمي و محصولات خطرناک را دارد. از روش هاي توليد شيميايي نانوذرات رايج ترين روش احياي شيميايي محلول نمک هاي نقره است که توسط عامل احيايي نظير (NaBH4)، سيترات38 و آسکوربات39 صورت مي گيرد(sondi et al., 2003). از دهنده هاي الکترون در اين روش مي توان به بروهيدريد اشاره نمود که توانايي احياء نانوذرات را دارد.با اين حال کنترل واکنش مشکل است و به همين دليل مي توان از احياکننده هاي ضعيف تر مانند سيترات استفاده نمود که گرچه سرعت احيا کمتري دارد ولي مي تواند واکنش را کنترل نمايد((Schneider et al., 1994. علاوه بر اين سنتزنانو ذرات نقره به وسيله امواج مايکروويو در محيط الکلي قابل انجام است. ساخت نانوذرات از اين طريق داراي مزايايي از جمله : واکنش سريع، تميز بودن ساز و کار عمل، اقتصادي ومقرون به صرفه بودن مي باشد.هم چنين واکنش مايکروويو در زمان کوتاهي انجام پذير است.در توليد شيميايي نانوذرات مي توان به رشد نانوذرات در يک واسط مايع با واکنش دهنده هاي مختلف به ويژه عوامل کاهنده مانند بروهيدريد سديم40(et al., 2007 Kim) ، بي تار تارات پتاسيم41(et al., 2003 Tan)،متوکسي پلي اتيلن گليکول42(et al., 2004 Mallick) يا هيدرازين43(et al., 1999 Li) اشاره نمود.
توليد به صورت شيميايي شامل انواع روش ها نظير سل ـ ژل، واکنش حالت‌هاي جامد ـ مايعو چگالش فاز گازي مي باشد که مختصرا توضيح داده مي شوندet al., 2010) Thakkar).
2-3-2-1- سل ـ ژل
سل ژل عبارتست از يک فرآيند خودآرايي به ‌هم پيوستگي يا انباشتگي که در طي آن نانو مواد تشکيل مي‌شوند.
کلوئيدي که در يک مايع معلق شده است سل و سوسپانسيوني که شکل خودش را حفظ مي‌کند ژل ناميده مي شوند. در نتيجه سل ‌ـ ژل‌ها سوسپانسيون‌هايي از کلوئيد‌ها در مايعات هستند که شکل را نگه مي‌دارند. فرآيند سل ـ ژل همان‌طوري که از نامش پيداست مستلزم تکميل تدريجي شبکه‌ها از طريق تشکيل يک سوسپانسون کلوئيدي (سل) و ژله‌اي شدن سل جهت تشکيل شبکه‌اي در يک فاز مايع پيوسته (ژل) است. پيش ماده‌هاي لازم براي توليد اين کلوئيد‌ها عموما شامل يون‌هايي از يک فلز است. تشکيل سل ـ ژل در چهار مرحله به‌وقوع مي‌پيوندد:
1.هيدروليز، 2.تراکم و پليمري شدن منومر‌ها براي تشکيل ذرات، 3.رشد ذرات، 4.به‌هم چسبيدن ذرات و توده‌اي شدن آنها از طريق تشکيل شبکه‌هايي که در سراسر محيط مايع گسترش يافته‌اند سبب زخيم شدن آنها مي‌شود که نهايتا تشکيل يک ژل را خواهند دادet al., 2010) Thakkar).
2-3-2-2- واکنش حالت‌هاي جامد ـ مايع
اين روش شامل رسوب ذرات از درون فاز محلول بر روي يک هسته اوليه مي باشد که بنابراين فرآيند آن بر پايه وجود هسته مورد نظر استوار است.
براي مثال پودر دي اکسيد تيتانيوم با اندازه‌هاي بين 70 تا 300 نانومتر با استفاده از اين روش، از تيتانيوم تترا ايزو پروپوکسايد44 به عنوان هسته اوليه توليد مي‌شودet al., 2010) Thakkar).
2-3-2-3- چگالش فاز گازي
اين روش به‌طور کلي بر مبناي پيروليز ماده اصلي توليد کننده نانو ذرات استوار است و فرآيند آن بدين‌گونه است که يک گاز بي‌اثر و خالص وارد محفظه حاوي مايع اصلي توليد نانو ذرات مي‌شود. مايع در اين محفظه توسط يک مشعل تجزيه شده و به‌وسيله گاز حامل به مبرد فرستاده مي‌شود. بخارات در مبرد سرد شده و به صورت دانه يا خوشه در مي‌آيند. اندازه دانه‌هاي توليد شده در اين روش به عواملي همچون نوع گاز بي‌اثر به‌کار برده شده، فشار گاز بي‌اثر، زمان باقي ماندن ذرات در محدوده رشد و نسبت نرخ تبخير به فشار بخار ماده تبخير شده بستگي دارد. از مزاياي اين روش مي توان به توانايي کنترل بهينه بر روي اندازه دانه‌ها و خلوص محصولات توليدي در سيستم‌هاي توليد خلاء اشاره نمود . از معايب آن نيز مي توان به بالا بودن قيمت تجهيزات و عدم امکان توليد در ابعاد صنعتي اشاره کرد et al., 2010) Thakkar).
2-3-3-توليد بيولوژيکي
توليد بيولوژيکي اشاره به روندي دارد که توسط روش هاي بيولوژيکي و روندهاي آنزيمي رخ مي دهد. اين روش ها به دليل اينکه مواد سمي در محيط توليد نمي نمايند، به نام تکنولوژي سبز نيز خوانده مي شوند که در طي آن مي توان نانوذرات فلزي بهتري نسبت به انواع ديگر توليد نمود.در توليد بيولوژيک خارج سلولي يا داخل سلولي نانوذرات از هر دو نوع موجودات تک سلولي و پرسلولي استفاده مي شود. منابع طبيعي و باکتري هاي پروکاريوتي گسترده ترين منابع ساخت نانوذرات فلزي مي باشند.از دلايل اصلي استفاده از باکتري ها در ساخت نانوذرات سهولت نسبي در دستکاري آنهاست. توليد به روش بيولوژيک نسبت به دو روش فيزيکي و شيميايي بنا بر دلايل زير بسيار بهتر عمل مي نمايد:
توليد بيولوژيکي نانوذرات فلزي قابليت تجاري بالاتري داشته و در مصرف انرژي کم هزينه تر عمل مي نمايد به طوريکه در مقايسه با روش هاي فيزيکي و شيميايي که نياز به دما و فشار هايي بالا دارند، معمولا کم هزينه و آسان مي باشد.
همچنين اين روش، سرعت توليد بالاتري در مقايسه با روش هاي معمول، به خصوص در نوع فيزيکي، دارد(Bansal V Rautaray et al., 2004; Mukherjee et al., 2002 ) .
توليد در سطح بالا در روش هاي فيزيکي و شيميايي معمولا سبب افزايش اندازه ذرات شده که از ميکرومتر تجاوز مي نمايد، در حاليکه روش بيولوژيکي مي تواند به صورت موثري در توليد نانوذره ها با اندازه کوچک ولي در حجم بزرگ عمل نمايد(et al., 1999 Klaus ).
اين روش، روشي تميز، غير سمي و دوستدار طبيعت مي باشد(et al., 2005 Senapati ).
از ديگر مزاياي استفاده از روش بيولوژيک جهت توليد نانوذرات فلزي کنترل دقيق شرايط واکنش، توليد نانوذرات مناسب و سازگار با بدن انسان و جلوگيري از استفاده از محلول هاي آلي سمي در طي مراحل توليد است. علاوه بر اين باکتري ها به راحتي قابل کنترل مي باشند و در موارد پيشرفته تر مي توان آن ها را به صورت ژنتيکي دستکاري نمود. مشکلي که در اين روش ها محسوس است، نياز به روش مناسب جهت تخليص و استخراج نانوذرات توليدي مي باشد. علاوه بر اين باکتري هاي پاتوژن توانايي آلوده سازي کشت هاي ميکروبي باکتري هاي توليد کننده نانوذرات را دارا بوده و به اين ترتيب توانايي استفاده مستقيم از نانوذرات توليدي در پزشکي را تحت الشعاع قرار مي دهند ( et al., 2006 Sweeney ).
2-4- مکانيسم توليد نانوذرات توسط ميکروارگانيسم ها
ميکروارگانيسم ها به دليل توانايي در برخورد مناسب با شرايط استرس، مي توانند بر روي غلظت هاي بالايي از يون هاي فلزي رشد نموده و زنده بمانند. در اين حالت يون هاي سمي فلزي موجود در محيط به وسيله فرايندهاي عمدتا آنزيمي احياء شده و فلز توليدي در اين مسير در درون و يا بيرون از سلول ذخيره مي شود(et al., 2011 Zhang). ساير مکانيسم هايي که ميکروب ها در اين شرايط مي توانند مورد استفاده قرار دهند شامل استفاده از سيستم هاي جريان يوني45، تغيير در حلاليت و سميت يون ها از طريق اکسيداسيون و احياء، ايجاد پلي ساکاريدهاي ميکروبي خارج سلولي جهت رسوب فلزات و يا نداشتن سيستم هاي انتقال يون فلزي به درون سلول مي باشد. با اين حال همانگونه که اشاره شد، حالتي که بيشتر اتفاق مي افتد احياء بيولوژيکي فلزات توسط سيستم هاي آنزيمي مختلف مي باشد. در اين حالت سلول هاي ميکروبي يون هاي فلزي را به وسيله استفاده از آنزيم هاي خاص مانند NADH ردوکتاز46 و يا نيترات ردوکتاز47 احياء مي نمايند .
شکل 2-1. مکانيسم توليد نانوذرات توسط ميکروارگانيسم ها
در کنار فعاليت و عمل آنزيم ها، فاز رشد ميکروارگانيسم ها نيز در توليد نانوذرات موثر مي باشد. براي مثال مشاهده شده است که سلول هاي ورتيسيليوم لوتئوآلبوم48جمع آوري شده در فازهاي مختلف رشد، ميزان متفاوتي از نانوذرات را توليد مي نمايند (Gericke and Pinches, 2006 ). براي مثال سلول هايي که از انتهاي فاز سکون جمع آوري شده بودند نسبت به سلول هايي که در ابتداي اين فاز جمع آوري شده اند تعداد بسيار کمتري از نانوذرات را توليد نموده اند.
تقريبا در تمامي روش هاي توليد شيميايي نانوذرات، يک ماده پايدار کننده مورد نياز مي باشد تا از تجمع و به هم پيوستن ذرات نانو جلوگيري نمايد. به صورت معکوس، در تصاوير حاصل از نانوذرات به دست آمده با روش بيولوژيکي در ميکروسکوپ الکتروني TEM، نشان داده شده است که حتي در تجمعات و توده هايي از نانوذرات نيز، اين مواد با هم تماس مستقيم ندارند که احتمالا نانوذرات توليدي در محلول به وسيله پروتئين هايي به نام پروتئين هاي پوشش دهنده 49 پايدار مي شوند که اين پروتئين ها از باکتري ها به درون محيط ترشح شده اند. از مواد ديگري که به عنوان کلاهک قابل استفاده مي باشند، مي توان به سيترات اشاره نمود که جهت جلوگيري از ايجاد توده و يا جلوگيري از به هم پيوستن نانوذرات توليدي مورد استفاده قرار مي گيرد(Mollazadeh Moghaddam, 2010).
از طرفي مشاهده شده است که نانوذرات فلزي مي توانند هم به صورت خارج سلولي (به دليل ترشح مواد سلولي و آنزيم ها به خارج از سلول) و هم به صورت داخل سلولي قابل توليد اند. بنابراين تعيين مکان توليد نانوذرات که درون سلولي يا برون سلولي باشد، وابسته به محل و مکانيسمي است که طي آن نانوذرات شکل مي گيرند(Simkiss and Wilbur, 1989 ; Mann, 1996 ) .
روش درون سلولي مبتني بر انتقال يون هاي سمي به درون سلول هاي ميکروبي جهت توليد نانوذرات است که در حضور آنزيم هاي درون سلولي اين واکنش هدايت مي شود در حاليکه روش برون سلولي مبتني بر به دام اندازي يون هاي فلزي در خارج از سلول بوده که احياء يون هاي فلزي در حضور آنزيم هاي برون سلولي به وقوع مي پيوندد( Zhang et al., 2011). تا به حال بسياري از ميکروب ها مانند باکتري هاي مگنتوتاکتيک50 Blackmore, 1982))، قارچ ها(et al., 2000 Bruins)، دياتوم ها51(Mann, 2001)، اکتينومايست ها52( (Ahmad et al., 2003 و مخمرها (et al., 2009 Mithila) جهت توليد کريستال هاي معدني در ابعاد نانو و نانوذرات فلزي استفاده شده اند و کنترل بر روي شکل، اندازه ترکيب نانوذرات نيز به صورت زيادي مطالعه شده است(Zhang et al., 2011).
مطالعات نشان داده اند که تقريبا تمامي سويه هاي قارچي که داراي توانايي توليد نانوذرات فلزي بوده اند، فلز را به صورت خارج سلولي رسوب داده اند. توليد خارج سلولي در مقايسه با توليد داخل سلولي مناسب تر است زيرا نانوذرات در فرم داخل سلولي در داخل توده سلولي توليد مي شوند، بنابراين مرحله اي ديگر نيز مورد نياز است تا بتوان نانوذرات را ازتوده سلولي جداسازي نمود که در اين حالت بايد از امواج اولترا سونيک53 و يا دترجانت هاي مناسب استفاده کرد در حاليکه اين مرحله در مورد توليد خارج سلولي قابل حذف مي باشد. نتيجتا دليل فوق، روش توليد به صورت خارج سلولي را کم هزينه تر نموده است. به اين دليل و نيز به دليل اينکه توليد نانو مواد در روش درون سلولي هميشه عملي نمي باشد، اکثر مطالعات بر روي روش هاي برون سلولي متمرکز شده اند(et al., 2007 Minaian).
با اين که تا کنون جهت توليد نانوذرات مختلف ميکروارگانيسم هاي زيادي بررسي شده اند ولي تعداد بسيار کمي از آن ها توانايي توليد نانوذرات را دارا بودند و تا کنون مکانيسم دقيق توليد نانوذرات توسط ميکروارگانيسم هاي مختلف به طور کامل شناسايي نشده است. چيزي که مورد قبول است اين است که به هر حال جهت احياء يون هاي فلزي در محيط و يا در درون سلول هاي ميکروارگانيسم، نياز به دهنده الکترون وجود دارد. بنابراين بايد ماده احياء کننده اي جهت فعال سازي ميکروارگانيسم ها براي احياء يون هاي فلزي موجود باشدZhang et al., 2011)).
علاوه براين به دليل کاهش اثرات سمي يون هاي فلزي در محيط ميکروب ها، مشاهده شده است که فلزات سنگين بسيار راحت و سريع تر توسط ميکروارگانيسم ها به فلز آن ها احياء مي شوند. جهت غلبه بر اين يون ها در ابتدا بايد يون ها به نحوي به سلول بچسبند. اين عمل يا از طريق به دام اندازي يون ها توسط سلول ها و از طريق واکنش هاي الکترواستاتيک54 رخ مي دهد و يا از طريق ترشح ماده اي به درون محيط کشت که به يون ها متصل مي گردد(Hallmann et al., 1997).
باکتري ها به دليل بار منفي موجود در سطح مي توانند از طريق واکنش هاي الکترواستاتيکي بين يون هاي با بار مثبت و گروه هاي با بار منفي مانند گروه هاي کربوکسيل بر روي سطح سلول ها واکنش دهنده(Manti et al ., 2008 ).علاوه بر اين ترشح مواد چسبنده اي که بتوانند يون ها را در محيط کشت پايدار ساخته و آن ها را به سلول بچسباند مي توانند بسيار مهم باشند. در روند توليد نانوذرات به صورت درون سلولي، يون ها پس از ورود به درون سلول، به وسيله الکترون هايي که توسط سلول ها مهيا مي شوند و توسط آنزيم هاي وابسته به NADH مهار شده و احياء مي شوند. نهايتا هسته فلزي رشد نموده و با تجمع نانوذرات به صورت درون و برون سلولي همراه خواهد بود. در تمامي مراحل آنزيم به عنوان فاکتوري بسيار مهم عمل مي نمايد. در مرحله دوم از توليد نانوذرات که به نام احياء يون ها خوانده مي شود، آنزيم هاي روي سطح سلولي و يا درون سلولي کمک به احياء يون ها مي نمايند(Zhang et al., 2011).
از طرفي به دليل آنکه تنها گروه هاي خاصي از ميکروارگانيسم ها داراي توانايي توليد نانوذرات مي باشند، مي توان نتيجه گرفت که آنزيم يا آنزيم هاي خاصي که توسط اين ميکروارگانيسم ها توليد مي شوند، توليد نانوذرات را هدايت مي نمايند(Ahmad et al., 2003).اخيرا نشان داده شده است که علاوه بر آنزيم ها، بايوپليمرهاي زيستي55 در محيط کشت ميکروبي آزاد مي شوند که نه تنها به عنوان ماده احياء کننده بلکه به عنوان ماده پايدار کننده نيز عمل مي نمايند(et al., 2009 Kasthuri )همانگونه که اشاره گرديد، ميکروب هاي متنوعي توانايي توليد نانوذرات مختلف فلزي را دارا مي باشند ولي بسياري از مطالعات تنها بر روي گروه هاي خاصي از باکتري ها و قارچ ها انجام مي شود زيرا در اين گروه ها ميکروارگانيسم هايي، مانند مخمرها و اکتينومايست ها، قرار دارند که به دليل عدم وجود تکنولوژي مناسب براي توليد نانوذرات توسط اين ميکروب ها، توليد نانوذرات در آن ها بررسي نشده است(Zhang et al., 2011).
از طرفي به دليل اينکه کار کردن با قارچ ها بسيار آسان تر مي باشد، تا به حال بسياري از مطالعات پيرامون توليد نانوذرات فلزي بر روي اين ميکروب ها بوده است. با اين حال يکي از معايب استفاده از قارچ ها در توليد نانوذرات فلزي، وجود برخي از ماکرومولکول ها مانند پروتئين هاي قارچي موجود در ميسليوم آن ها، مي باشد که سبب تبديل نانوذرات به ذرات درشت و کلوئيدي مي شود.
مطالعات نشان داده اند که نانوذرات توانايي کمک به فعاليت هاي زيستي ميکروارگانيسم ها را نيز دارند و مي توانند در سرعت واکنش هاي ميکروبي موثر باشند(De Windt and Cha, 2005 ; Shin et al., 2008) .روشي معمول جهت تغيير سرعت واکنش ها افزودن کاتاليست در واکنش هاي شيميايي است (et al., 2007 Huang et al., 2005; Anna).
حال چنانچه کاتاليست ها در ابعاد نانو تهيه شده باشند و به واکنش هاي شيميايي افزوده شوند، به دليل خواص منحصر به فرد و سطح خاص فعال در دسترس نانوذرات (به دليل افزايش نسبت سطح به حجم آن ها)، اين واکنش ها با سرعت بيشتري تغيير مي يابند. کاتاليست ها به دليل اينکه مي توانند در سطح سلول ها قرار گيرند و فعاليت ميکروبي را تحريک نمايند، مي توانند موجب افزايش فعاليت ميکروبي شوند .( De Windt et al., 2005 Shan et al., 2005;)
در سال هاي اخير مطالعه بر روي توليد نانوذرات توسط ميکروارگانيسم ها همچنان بنا به دلايل زير ادامه دارد:
فهم چگونگي توليد نانوذرات و مکانيسم توليد آن ها
بررسي ميکروارگانيسم هاي مختلف با توانايي توليد نانوذرات فلزي در مناطق مختلف جغرافيايي دنيا
به دست آوردن ميکروارگانيسم هايي که تنها شکل و اندازه خاص از نانوذرات را توليد نموده به طوريکه بتوان با تغيير شرايط محيطي ميزان توليد، شکل و اندازه خاص آن ذره را تغيير داد (عملي که در فرايند هاي شيميايي و فيزيکي جهت توليد نانوذرات قابل کنترل نمي باشد).
يکي از مشکلات کار با نانوذرات توليد شده به روش بيولوژيک زمانگير بودن توليد در مقايسه با روش هاي شيميايي و فيزيکي است. بنابراين به دست آوردن سويه هايي که در زمان کوتاهتري سبب توليد نانوذرات مي شوند از ديگر اهداف مي باشد (Zhang et al., 2011).
از آنجا که اندازه نانوذرات به صورت مستقيم خاصيت نانوذرات را تحت تاثير قرار داده و نانوذرات نسبت به ماده اصلي سازنده آن ها داراي خواص شيميايي، نوري و الکتريکي منحصر به فرد و متفاوتي مي باشند، بنابراين کنترل اندازه نانوذرات در طي فاز توليد نيز بسيار مهم مي باشد. مطالعات نشان داده



قیمت: تومان

Author: 92

دیدگاهتان را بنویسید