دانلود تحقیق با موضوع تولید، یون، سلولی

مگنتوتاکتیک50 Blackmore, 1982))، قارچ ها(et al., 2000 Bruins)، دیاتوم ها51(Mann, 2001)، اکتینومایست ها52( (Ahmad et al., 2003 و مخمرها (et al., 2009 Mithila) جهت تولید کریستال های معدنی در ابعاد نانو و نانوذرات فلزی استفاده شده اند و کنترل بر روی شکل، اندازه ترکیب نانوذرات نیز به صورت زیادی مطالعه شده است(Zhang et al., 2011).
مطالعات نشان داده اند که تقریبا تمامی سویه های قارچی که دارای توانایی تولید نانوذرات فلزی بوده اند، فلز را به صورت خارج سلولی رسوب داده اند. تولید خارج سلولی در مقایسه با تولید داخل سلولی مناسب تر است زیرا نانوذرات در فرم داخل سلولی در داخل توده سلولی تولید می شوند، بنابراین مرحله ای دیگر نیز مورد نیاز است تا بتوان نانوذرات را ازتوده سلولی جداسازی نمود که در این حالت باید از امواج اولترا سونیک53 و یا دترجانت های مناسب استفاده کرد در حالیکه این مرحله در مورد تولید خارج سلولی قابل حذف می باشد. نتیجتا دلیل فوق، روش تولید به صورت خارج سلولی را کم هزینه تر نموده است. به این دلیل و نیز به دلیل اینکه تولید نانو مواد در روش درون سلولی همیشه عملی نمی باشد، اکثر مطالعات بر روی روش های برون سلولی متمرکز شده اند(et al., 2007 Minaian).
با این که تا کنون جهت تولید نانوذرات مختلف میکروارگانیسم های زیادی بررسی شده اند ولی تعداد بسیار کمی از آن ها توانایی تولید نانوذرات را دارا بودند و تا کنون مکانیسم دقیق تولید نانوذرات توسط میکروارگانیسم های مختلف به طور کامل شناسایی نشده است. چیزی که مورد قبول است این است که به هر حال جهت احیاء یون های فلزی در محیط و یا در درون سلول های میکروارگانیسم، نیاز به دهنده الکترون وجود دارد. بنابراین باید ماده احیاء کننده ای جهت فعال سازی میکروارگانیسم ها برای احیاء یون های فلزی موجود باشدZhang et al., 2011)).
علاوه براین به دلیل کاهش اثرات سمی یون های فلزی در محیط میکروب ها، مشاهده شده است که فلزات سنگین بسیار راحت و سریع تر توسط میکروارگانیسم ها به فلز آن ها احیاء می شوند. جهت غلبه بر این یون ها در ابتدا باید یون ها به نحوی به سلول بچسبند. این عمل یا از طریق به دام اندازی یون ها توسط سلول ها و از طریق واکنش های الکترواستاتیک54 رخ می دهد و یا از طریق ترشح ماده ای به درون محیط کشت که به یون ها متصل می گردد(Hallmann et al., 1997).
باکتری ها به دلیل بار منفی موجود در سطح می توانند از طریق واکنش های الکترواستاتیکی بین یون های با بار مثبت و گروه های با بار منفی مانند گروه های کربوکسیل بر روی سطح سلول ها واکنش دهنده(Manti et al ., 2008 ).علاوه بر این ترشح مواد چسبنده ای که بتوانند یون ها را در محیط کشت پایدار ساخته و آن ها را به سلول بچسباند می توانند بسیار مهم باشند. در روند تولید نانوذرات به صورت درون سلولی، یون ها پس از ورود به درون سلول، به وسیله الکترون هایی که توسط سلول ها مهیا می شوند و توسط آنزیم های وابسته به NADH مهار شده و احیاء می شوند. نهایتا هسته فلزی رشد نموده و با تجمع نانوذرات به صورت درون و برون سلولی همراه خواهد بود. در تمامی مراحل آنزیم به عنوان فاکتوری بسیار مهم عمل می نماید. در مرحله دوم از تولید نانوذرات که به نام احیاء یون ها خوانده می شود، آنزیم های روی سطح سلولی و یا درون سلولی کمک به احیاء یون ها می نمایند(Zhang et al., 2011).
از طرفی به دلیل آنکه تنها گروه های خاصی از میکروارگانیسم ها دارای توانایی تولید نانوذرات می باشند، می توان نتیجه گرفت که آنزیم یا آنزیم های خاصی که توسط این میکروارگانیسم ها تولید می شوند، تولید نانوذرات را هدایت می نمایند(Ahmad et al., 2003).اخیرا نشان داده شده است که علاوه بر آنزیم ها، بایوپلیمرهای زیستی55 در محیط کشت میکروبی آزاد می شوند که نه تنها به عنوان ماده احیاء کننده بلکه به عنوان ماده پایدار کننده نیز عمل می نمایند(et al., 2009 Kasthuri )همانگونه که اشاره گردید، میکروب های متنوعی توانایی تولید نانوذرات مختلف فلزی را دارا می باشند ولی بسیاری از مطالعات تنها بر روی گروه های خاصی از باکتری ها و قارچ ها انجام می شود زیرا در این گروه ها میکروارگانیسم هایی، مانند مخمرها و اکتینومایست ها، قرار دارند که به دلیل عدم وجود تکنولوژی مناسب برای تولید نانوذرات توسط این میکروب ها، تولید نانوذرات در آن ها بررسی نشده است(Zhang et al., 2011).
از طرفی به دلیل اینکه کار کردن با قارچ ها بسیار آسان تر می باشد، تا به حال بسیاری از مطالعات پیرامون تولید نانوذرات فلزی بر روی این میکروب ها بوده است. با این حال یکی از معایب استفاده از قارچ ها در تولید نانوذرات فلزی، وجود برخی از ماکرومولکول ها مانند پروتئین های قارچی موجود در میسلیوم آن ها، می باشد که سبب تبدیل نانوذرات به ذرات درشت و کلوئیدی می شود.
مطالعات نشان داده اند که نانوذرات توانایی کمک به فعالیت های زیستی میکروارگانیسم ها را نیز دارند و می توانند در سرعت واکنش های میکروبی موثر باشند(De Windt and Cha, 2005 ; Shin et al., 2008) .روشی معمول جهت تغییر سرعت واکنش ها افزودن کاتالیست در واکنش های شیمیایی است (et al., 2007 Huang et al., 2005; Anna).
حال چنانچه کاتالیست ها در ابعاد نانو تهیه شده باشند و به واکنش های شیمیایی افزوده شوند، به دلیل خواص منحصر به فرد و سطح خاص فعال در دسترس نانوذرات (به دلیل افزایش نسبت سطح به حجم آن ها)، این واکنش ها با سرعت بیشتری تغییر می یابند. کاتالیست ها به دلیل اینکه می توانند در سطح سلول ها قرار گیرند و فعالیت میکروبی را تحریک نمایند، می توانند موجب افزایش فعالیت میکروبی شوند .( De Windt et al., 2005 Shan et al., 2005;)
در سال های اخیر مطالعه بر روی تولید نانوذرات توسط میکروارگانیسم ها همچنان بنا به دلایل زیر ادامه دارد:
فهم چگونگی تولید نانوذرات و مکانیسم تولید آن ها
بررسی میکروارگانیسم های مختلف با توانایی تولید نانوذرات فلزی در مناطق مختلف جغرافیایی دنیا
به دست آوردن میکروارگانیسم هایی که تنها شکل و اندازه خاص از نانوذرات را تولید نموده به طوریکه بتوان با تغییر شرایط محیطی میزان تولید، شکل و اندازه خاص آن ذره را تغییر داد (عملی که در فرایند های شیمیایی و فیزیکی جهت تولید نانوذرات قابل کنترل نمی باشد).
یکی از مشکلات کار با نانوذرات تولید شده به روش بیولوژیک زمانگیر بودن تولید در مقایسه با روش های شیمیایی و فیزیکی است. بنابراین به دست آوردن سویه هایی که در زمان کوتاهتری سبب تولید نانوذرات می شوند از دیگر اهداف می باشد (Zhang et al., 2011).
از آنجا که اندازه نانوذرات به صورت مستقیم خاصیت نانوذرات را تحت تاثیر قرار داده و نانوذرات نسبت به ماده اصلی سازنده آن ها دارای خواص شیمیایی، نوری و الکتریکی منحصر به فرد و متفاوتی می باشند، بنابراین کنترل اندازه نانوذرات در طی فاز تولید نیز بسیار مهم می باشد. مطالعات نشان داده است که برخی از پارامترها در تنظیم اندازه نانوذرات دخیل می باشند. برای مثال نوع میکروارگانیسم، فاکتورهای محیطی مانند pH، محتویات محیط کشت، زمان انکوباسیون56 و حضور یا عدم حضور منبع نور از فاکتورهای بسیار اساسی در تعیین اندازه نانوذرات تولیدی می باشند .(and Pinches, 2006 GerickeHolmes et al., 1995; Murali et al., 2003 ; et al., 2003;Ahmad).
همانگونه که پیش از این نیز اشاره شد انواعی از قارچ ها، باکتری ها، مخمرها و اکتینومایست ها توانایی تولید نانوذرات فلزی را دارا می باشند با این حال هر گونه از این میکروارگانیسم ها می توانند اندازه و شکلی متفاوت از یک نوع نانوذره را ایجاد نمایند.
دراین میان نشان داده شده است که مخمرها در بین سویه های مختلف میکروبی بهترین کنترل را در اندازه نانوذرات تولیدی دارا می باشند(et al., 2003 AhmadMurali et al., 2003;).در طول فازهای مختلف رشد میکروبی، شرایط واکنش را می توان از طریق تغییر در تغییر داد که بر اساس آن می توان به بهینه حالت تولید نانوذرات فلز دست یافت. برای مثال ثابت شده است در مرحله بهینه سازی، تغییرات دمایی در محیط کشت میکروبی می تواند بر اندازه نانوذرات تولید شده اثر گذار باشد. کنترل اندازه نانوذرات فلزی تولید شده می تواند با تنظیم غلظت واکنش دهنده های موجود در محیط، شرایط دمایی تولید و زمان تولید انجام شود. نشان داده شده است که ترکیب محیط کشت و خصوصیات بافری آن در تولید نانوذرات موثر می باشد(et al., 1995 Holmes).علاوه بر این همانگونه که اشاره شد فاز رشد باکتری نیز در تولید نانوذرات موثر است Rozamond et al., 2004)). زیرا همانگونه که می دانیم آنزیم های مختلف در طول فازهای متفاوتی از رشد میکروب تولید می شوند. بنابراین آنزیم ها یکی از فاکتورهای کلیدی در روند تولید نانوذرات به حساب می آیند(Alexander et al., 2003). از دیگر فاکتورهای کنترل کننده اندازه نانوذرات، pH محیط می باشد.
به طوریکه دیده شده است تحت شرایط مساوی، تولید نانوذرات توسط سلول هایورتیسیلیوم لوتئوآلبومدر 3= pH با اندازه زیر 10 نانومتر و با شکل یک دست غالب اند در حالیکه در pH های بالاتر از 3 (3 به سمت 9) اندازه نانوذرات شروع به افزایش نموده و به 30 نانومتر با اشکال مختلف و نیز با ایجاد برخی توده ها در محلول می رسد(Pinches, 2006 Gericke and).همچنین غلظت سوبسترا نیز فاکتور مهمی در تغییر خواص نانوذرات می باشد(et al., 2006 Kathiresan).تاکنون مطالعاتی نیز بر روی اثر غلظت یون های فلزی در اندازه نانوذرات تولیدی انجام شده استعلاوه بر این نانوذرات در غلظت های بالا از سوبسترا به یکدیگر متصل شده و تشکیل توده می نمایند. چنین نتایجی با استفاده ازپنیسیلیوم فلوتانوم57و یون های نقره نیز به دست آمده استet al., 2006) Kathiresan). بر اساس این نتایج می توان گفت تغییرات در پیش ماده ها و شرایط تولید نانوذرات می تواند سبب تغییر در اندازه نانوذرات شود. همچنین نشان داده شده است تحت شرایط یکسان، چنانچه از نیترات نقره استفاده شود نانوذرات نقره تولیدی دارای اندازه ای در حدود 50-40 نانومتر و چنانچه از کلرید نقره به عنوان سوبسترای تولید نانوذرات استفاده شود، اندازه نانوذرات تولیدی در حدود 5-2 نانومتر خواهد بود
(et al., 2009 Mokhtari). دما نیز دیگر فاکتور اساسی در تغییر شرایط تولید نانوذرات است. این فاکتور نه تنها در اندازه نانوذرات دخالت دارد بلکه در تعیین شکل آن ها نیز موثر است. برای مثال در مطالعه ای که بر روی تولید نانوذرات طلا انجام شده است، نشان داده شد که با افزایش به تدریج دما از 25،35 درجه سلسیوس به سمت 50 درجه سلسیوس به تدریج اندازه نانوذرات نیز از 10 نانومتر به بیش از 50 نانومتر می رسد( and Pinches, 2006 Gericke).علاوه بر این زمان انجام واکنش نیز از دیگر فاکتورهای مهم تاثیر گذار در تولید نانوذرات است. برای مثال دیده شده است که در تولید نانوذرات نقره، زمان تولید بر اندازه نانوذرات موثر می باشد. برای مثال نانوذرات کوچکتر زمانی به دست می آیند که سلول ها به مدت 1 ساعت نسبت به زمان های طولانی 24 ساعته، در معرض یون های فلزی قرار گیرند. بنابراین می توان بهترین شرایط تولید نانوذرات را بر اساس اندازه ای که مد نظر است تنظیم نمود (PinchesandGericke , 2006). علاوه بر این نشان داده شده است که اشعه ها نیز می توانند در خواص فلزات اثر گذار باشند. برخی از محققان از این تاثیر در تغییر اندازه نانوذرات استفاده نموده اند. اندازه نانوذرات هنگامیکه در طی مراحل تولید در معرض اشعه ماکروویو و یا نور مرئی قرار گیرد، تغییر می نماید. برای

دیدگاهتان را بنویسید