纳米TiO2的生物合成
2022年12月09日
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本文系统综述了TiO₂纳米颗粒的生物合成研究进展，重点阐述微生物（如尖孢镰刀菌、酿酒酵母、乳酸菌、枯草芽孢杆菌）、真菌（黑曲霉、黄曲霉等）及植物提取物（姜黄、胡芦巴、番荔枝果皮、番石榴叶、绿豆等）在TiO₂纳米颗粒绿色合成中的应用。文章指出，生物法合成的纳米颗粒具有尺寸可控（18–30 nm）、晶型多样（锐钛矿、金红石为主）、稳定性高、聚集少等优势，其机制涉及生物吸附、胞外还原、酶促反应及表面官能团（如OH、萜类、黄酮、胺类）介导的成核与稳定。此外，所获TiO₂纳米颗粒展现出显著的抗菌、抗氧化、细胞毒性及促进植物生长等生物活性，在医药、农业和环境领域具广阔应用前景。
活体系统参与了纳米颗粒的生产，与化学合成的纳米颗粒相比，这些纳米颗粒更稳定。使用微生物合成的纳米颗粒由于存在更多的排斥力而表现出较少的聚集行为。纳米颗粒的实用性主要取决于其大小、形状以及稳定性。因此，研究人员专注于能够满足这些标准的生物合成纳米颗粒。
TiO2纳米颗粒自然存在于三种不同的晶体形式中：锐钛矿、金红石和板钛矿，可以使用生物剂生产。关于纳米颗粒的生物合成进行了广泛的研究。纳米颗粒的生物合成是纳米技术领域中一个不断发展的领域。关于利用细菌、真菌、藻类、植物材料和酶进行纳米颗粒生物合成的各种报告已经发布。
微生物合成纳米颗粒涉及的机制包括生物吸附、金属的胞外络合或沉淀、生物积累、排放系统，以及通过还原或氧化改变溶解度和毒性以及缺乏特定金属运输系统。微生物的负电动势、生物吸附和生物还原能力使其成为合成纳米颗粒的合适候选者。有关于使用真菌病原体尖孢镰刀菌合成TiO2纳米颗粒的信息。酿酒酵母和乳酸菌属已被报道使用TiO(OH)2生产30和18纳米的TiO2纳米颗粒。能源、pH值和整体氧化还原电位被认为是合成TiO2纳米颗粒的重要因素，而在酿酒酵母的情况下，氧化酶在其中起重要作用。由于其含有萜类、黄酮类和蛋白质，使用姜黄植物提取物合成了锐钛矿形式的TiO2纳米颗粒。
胡芦巴（Trigonella foenum graecum (L.)）已被研究用于合成具有抗菌特性的TiO2纳米颗粒。有关于使用番荔枝果皮提取物和前体TiO(OH)2合成金红石TiO2纳米颗粒的报告。番荔枝化学成分中的OH基团被发现负责将钛氧化氢脱水为TiO2并稳定纳米颗粒。使用绿豆（Vigna radiata）豆类生产的TiO2纳米颗粒显示出对Mg 63骨肉瘤细胞系的抗菌、抗氧化和细胞毒性活性。由于乳酸菌属的存在，发现钛白粉纳米颗粒能够减少生物膜的形成；溶血素和尿素酶也负责在病原体中发展多药耐药性能力。乳酸菌属与金属簇之间的静电相互作用负责金属纳米颗粒的合成。研究了由枯草芽孢杆菌介导的锐钛矿TiO2纳米颗粒的生产。
番石榴（Psidium guajava）叶提取物介导的TiO2纳米颗粒显示出抗氧化和抗菌活性。番石榴叶提取物含有酒精、初级和芳香胺，这些物质有助于
TiO2纳米颗粒的合成。使用黄曲霉TFR7和块状TiO2制备的TiO2纳米颗粒，以10 mg/l的浓度作为叶面喷雾应用于绿豆（Vigna radiata L.）上。这种真菌介导的TiO2被发现可以提高绿豆的活力指数。真菌分泌的封盖蛋白在纳米颗粒的包封中起作用，而相关蛋白则有助于前体盐的矿化。黑曲霉和管状曲霉TFR-5也被报道具有生产TiO2纳米颗粒的能力。
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