植物抽出物、菌類ろ過物、細菌培養を用いた金・銀ナノ粒子のグリーン合成

サマリー

本プロトコルは、植物抽出物、菌類ろ過液、細菌培養を用いて金および銀ナノ粒子を製造するための再現可能なグリーン合成法を説明し、その後紫外線可視光分光法および透過電子顕微鏡によるナノ粒子の確認を行います。

要約

生物学的システムを用いた金属ナノ粒子(NP)のグリーン合成は、従来の化学製造方法に代わる持続可能な選択肢を提供します。本プロトコルは、細菌培養物、菌類ろ過液、植物葉抽出物を還元および安定剤として用いる金(Au)および銀(Ag)NPの合成に関する再現可能な実験的および分析手法を提示します。AgNPsは Psidium guayaquilensis、 Acanthophora spicifera、 Earliella 属の抽出物を用いて合成され、405nmから425nmの範囲で特徴的な紫外線-可視光(UV–Vis)吸収帯を示し、NP形成を確認しました。 Shewanella oneidensis および Cupriavidus metalliduransによるAuNP合成に対する酸素条件、pH、Au濃度、細胞濃度、電子供与体の種類、温度などの環境要因の影響を評価する実験設計アプローチが実施されました。理想的な条件(0.2 mM Au、pH 5)では、 S. oneidensis は主に球状のAuNPを生成し、平均サイズは11.0 nm±43.6、特徴的な吸収ピークは520 nmでした。NPの形成と形態はUV–Vis分光法および透過式電子顕微鏡を用いて確認されました。このワークフローは生物由来NP合成の再現可能なプラットフォームを提供し、バイオセンシング、バイオレメディエーション、抗菌技術の応用を支援します。

概要

金属ナノ粒子(NP)は、その高い表面積に伴い、独特の電子的、磁気的、触媒的挙動や高い反応性を持つ独特の物理化学的特性を持っています。これらの特性により、疾患診断や薬物送達のための医学(1,2,3,4,5,6)、日焼け止めの化粧品(7)、トランジスタや太陽電池の電子工学(8)、水処理のための環境工学(^2,9,10)など、複数の分野で応用が促進されています。肥料や農薬の農業^11,12。NP申請の分野横断的な拡大は、近年報告された関連論文の数増加に反映されています^。13,14。

金属NPの合成法は、粒子サイズ、形態、安定性などの重要な特性を精密に制御できるため、合成プロセスがNP性能を決定する重要な要因となります。従来の化学合成法は大幅に最適化されてきました。しかし、これらはしばしば有害試薬、高いエネルギー消費、そして高い生産コストを伴うことがある^14,15。これらの制約が、より環境に優しく持続可能な代替手段の開発を促しています。グリーン合成アプローチでは、植物抽出物^16,17、菌類や細菌などの微生物¹⁸、藻類¹⁹などの生物システムを還元・安定化剤として用いています。これらの過程で、金属塩はゼロ価の形態に還元され、環境に優しくコスト効率の良い経路を通じてNPを生成します。さらに、生物学的に合成されたNPはしばしば生体適合性を持ち、医療、農業、^{環境用途での}利用を容易にしています^8,14。

NP合成に適した生物学的経路の選択は、意図された用途や利用可能なインフラ、運用要件によって異なります。植物由来の合成は、迅速かつ低コストでNP生産に一般的に好まれます。なぜなら、滅菌処理が最小限に抑えられるからです。しかし、抽出物組成のばらつきは再現性に影響を与える可能性があります^20,21。菌類媒介合成は高いNP収量と細胞外酵素を提供し、NPの安定化や下流処理を改善することができますが、この方法はより長い培養期間と制御された^{成長条件を必要とし}ます。対照的に、細菌系は特定の代謝条件下で可変な合成と急速なバイオマス生成を可能にし、機構研究やNP関連応用に適しています²²。しかし、細菌合成はしばしば厳格な無菌処理、制御されたバイオリアクター条件、そして細胞内NPが回収される際の追加処理を必要とします^21,22。

これらの利点にもかかわらず、グリーン合成法は再現性や標準化に関する課題に直面し続けています。さらに、金属NPのグリーン合成に関する詳細な視覚的ステップバイステッププロトコル^{は限られており}、研究者が既存の手法を成功裏に再現・実装する能力を制限しています。本研究の目的は、植物抽出物、真菌ろ過液、細菌培養を用いて金(Au)および銀(Ag)NPの再現可能なグリーン合成プロトコルを提示することです。具体的には、 Psidium guayaquilensis および Acanthophora spiciferaの水抽出物、 Earliella 属の細胞外菌類濾材、 そしてShewanella oneidensis および Cupriavidus metallidurans を含む細菌系をNP合成に用いています。提示されたプロトコルは、生物学的抽出物の調製、NP合成、および予備的なNP特性評価における重要なステップを強調しています。さらに、このワークフローは実験設計、標準化された調製手順、インライン特性評価を統合し、再現可能かつ最適化可能な生物原性NP合成を支援しています。

プロトコル

研究はエクアドル高等理工学校(ESPOL、エクアドル)の機関方針に従って行われました。本研究で使用された植物、藻類、菌類のバイオマスはアクセス可能な環境から採取され、保護種や制限区域は含まれていませんでした。機関および国家の規則によれば、これらの条件下で自由に利用可能なバイオマスの収集に特定の許可は必要ありませんでした。植物、藻類、菌類、細菌の生物システムを用いてAgNPsおよびAuNPsのグリーン合成に用いられる統合実験ワークフローについては、 図1 を参照してください。

図1:生物学的システムを用いた銀(Ag)および金(Au)ナノ粒子(NP)のグリーン合成の統合ワークフロー。 植物、藻類、菌類、細菌システムを用いてAgNPおよびAuNPsのグリーン合成の実験ワークフローの概説。ワークフローでは、生物源の選択、抽出物やバイオマスの調製、金属前駆体(AgNO₃ またはHAuCl₄)との反応、反応条件、NP生成を示します。生物学的システムには、 Psidium guayaquilensis の葉抽出物、 Acanthophora spicifera 藻類抽出物、 Earliella 属の細胞外濾液、 Shewanella oneidensis MR-1細菌培養物が含まれます。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

注意:化学物質および生物材料を取り扱う際は、すべての機関の実験室安全ガイドラインを遵守してください。使用前にすべての試薬の安全データシートを確認してください。

1. P. guayaquilensis の葉を用いたAgNPの合成

1. 葉のコレクション
   1. エクアドルのグアヤス州グアヤキル(南緯2度10分、西経80度0分)で乾季にP . guayaquilensis の新鮮な葉を採取してください。
      注:この固有種のバウチャー標本は、エクアドルのグアヤキル大学自然科学部GUAY標本館およびアメリカ・ニューヨークのニューヨーク植物園(NYBG)ステア標本館に寄贈されました。追加情報は以下の http://sweetgum.nybg.org/science/vh/specimen-details/?irn=2602207
2. 葉エキスの調製
   1. 新鮮な植物素材は蒸留水でよく洗い流します。
      注意:表面不純物を完全に除去すること。
   2. 葉は40°Cの強制空気流付きトレイ乾燥機で乾燥させます。
      注:低乾燥温度はAg⁺ 還元に関与する熱不安定な有機化合物の分解を最小限に抑えます。
   3. 乾燥した材料を手入れ粉砕機で粉砕し、細かい粉末を得る。
   4. 粉末10gを蒸留水200mLに懸浮させます。
   5. 懸濁液を70°Cで1時間連続攪拌して加熱します。
   6. 抽出物を室温(RT、~28°C)まで冷やします。
   7. 抽出物を真空下で定性フィルターペーパー(グレード1、孔径11μm、直径110mm)でろ過します。
      注意:植物の材料からすべての固形残留物を除去してください。
   8. 濾過した抽出物は琥珀瓶で4°Cの温度で保存し、使用まで待ちます。
3. 葉抽出物を用いた植物由来AgNPの製造
   注意:最適化実験中は、1つのアッセイでパラメータを1つずつ変化させ、残りのパラメータは一定に保ちます。硝酸銀(AgNO₃)濃度(1–5 mM)、抽出物比率(10%–50% v/v)、反応時間(0.5–1時間)、および温度(25°C–80°C)を評価します。中央複合DoEに基づく応答面法を用いて合成パラメータを最適化します。各因子は5つのレベル(-α、-1、0、+1、+α)で学習します。表面プラズモン共鳴(SPR)ピーク(λ_SPR)の波長(NPサイズと相関)を応答変数²⁴として用います。実験設計は16の因子点、8の軸方向点、5つの中心点重複からなり、合計29件の実験が行われました。
   1. 適切な質量のAgNO₃を蒸留水に溶かして1〜5 mMの濃度を得ることでAgNO3溶液を準備します。
      注意:AgNO₃ は腐食性で強い酸化剤であり、皮膚や目の刺激を引き起こす可能性があります。手袋や目を保護するなど、適切な個人用防護具を着用してください。光への曝露を避け、農業を含む廃棄物は機関の安全ガイドラインに従って処分してください。
   2. AgNO3溶液と植物抽出物を混ぜて、抽出物の割合を10%から50%(v/v)にします。
   3. 反応混合物を選択した温度(25°C–80°C)で加熱し、所望の反応時間(0.5–1時間)に調整します。
   4. 反応混合物をRT温度で24時間置きます。
   5. 茶色反応混合物を1660 × gで15分間RTで遠心分離します。上澄液を捨て、固形物の分率を採取します。
   6. 回収したNPを60°Cのオーブンで乾燥させます。

2. A. スパイシフェラ 藻類抽出物を用いたAgNPの合成

1. 藻類コレクション
   1. エクアドルのサンタエレナ州バルディビア(南緯1°57′23.91′、西経80°43′51.33′′)でA . spicifera 藻類を採取しましょう。
2. 藻類エキスの調製
   1. ステップ1.2に記載された手順に従って藻類抽出物を準備します。植物の葉は A. spicifera 藻類バイオマスに置き換えてください。
3. 藻類抽出物を用いたフィコジェニックAgNPの製造
   注意:残りのパラメータは一定に保ち、12回の実験を1つずつ変化させて行ってください。AgNO3濃度(1–5 mM)、抽出物比(5%–25% v/v)、反応時間(1–4時間)、および温度(25°C–70°C)を評価します。
   1. ステップ1.3.1および2.2で説明された_AgNO3 溶液と藻類抽出物を準備します。
   2. AgNO3溶液と藻類抽出物を混合し、抽出物の割合を5%〜25%(v/v)にします。反応混合物を選択した温度(25°C–70°C)で加熱し、所望の反応時間(1–4時間)にかき混ぜます。
   3. 溶液をRTに24時間冷やします。遠心分離後に固体部分を採取し、ステップ1.3.5および1.3.6に記載された通りオーブンで乾燥させます。

3. Earliella 属を用いたAgNPsの合成

1. 培養物の収集と維持管理
   1. Earliella属の活発に成長する菌糸体断片をジャガイモデキストロース寒天のプレートに移す。
      注:本研究で使用された菌株は、エクアドルのESPOLキャンパスで採取された環境サンプルから分離されました。この分離株は形態的特徴に基づいて分類学的に同定され、エクアドルバイオテクノロジー研究センター(CIBE、ESPOL)の培養コレクションで内部コードE2のもとに保存されています。この株は機関コレクションに保管されており、国際的なリポジトリに寄託されていないため、RRIDや外部の登録番号は利用できません。
   2. プレートは28°Cで48時間培養します。
   3. 菌糸体断片をジャガイモデキドウスープに移し、150rpmで常に攪拌しながら5日間培養します。
      注:このステップはバイオマスの生成と細胞外代謝物の分泌を促進します。
   4. 菌類培養物を滅菌フィルター紙でろ過し、菌糸体バイオマスを細胞外ブロスから分離します。その後のNP合成のためにろ過液を採取します。
      注:細胞外ブロスには、AgNP合成中に還元剤および安定剤として機能する生体分子が含まれています。
2. マイコゲンAgNPの製造
   注意:菌のブロスと_AgNO3溶液の体積比を一定に保ちつつ、1つのアッセイごとに1つのパラメータを変化させることで14の実験条件を生成します。AgNO3の濃度(1–10 mM)、pH(HClまたはNaOHを用いて調整した4–10)、反応時間(1–4時間)、および温度(25°C–70°C)を評価します。
   注意:塩酸(HCl)と水酸化ナトリウム(NaOH)は非常に腐食性が高いです。適切な個人用防護具を着用し、連続的にかき混ぜながらpHをゆっくり調整して、飛び散りや局所的な過熱を防ぎましょう。pH調整時には1Mの酸塩基溶液を使いましょう。
   1. 真菌細胞外ブロスをAgNO3溶液と、所定濃度(1–10 mM)で2.5%から10%(v/v)の体積比で混合し、最終反応体積50 mLを得ます。試験対象の実験条件に応じて最終反応体積を調整します。
   2. 反応混合物を所定温度(25°C–70°C)で、所望の反応時間(1〜4時間)までかき混ぜます。溶液をRTに24時間冷やします。遠心分離後に固体部分を採取し、ステップ1.3.5および1.3.6に記載された通りオーブンで乾燥させます。

4. C. metalliduransおよびS. oneidensisを用いたAuNPの合成

1. 培養物の収集と維持管理
   1. C . metallidurans CH34または S. oneidensis MR-1のいずれかを−80°Cのグリセロール20%に保存した凍結細胞株を、好気性条件下でトリプティック大豆寒天プレートに接種します。プレートは28°Cで24時間培養します。
   2. 各プレートから個別のコロニーを選び、好気条件下で250mLのトリプティック大豆ブロスに接種します。培養液は28°Cで回転120回転のシェーカーで培養します。
   3. 培養後72時間経過後、610nm(OD₆₁₀)の光学密度が約1に達した定常相で細胞を収穫します。培養液を1000×0 gで遠心分離し、10分間、約20°Cで加熱します。
   4. 集めたペレットを滅菌の0.9%(含水)NaCl溶液で2回洗います。洗浄された細胞をOD₆₁₀ 値の約7まで濃縮します。
   5. 懸濁液を脱ガスし、ヘッドスペースを_N2 ガスで満たして無酸素濃度セルストックを生成する。
2. 細菌原性AuNPの製造
   注:環境要因がAuNP合成に与える影響を評価するには分数階乗行列を用いてください²⁵.過去の研究に基づいて選ばれた2つのレベルの7つの要素を用いて行列を構築します^26,27.実験を直交行列に配置し、実験順をランダム化して試験と組み合わせバイアスを最小限に抑えます。得られる実験順序は次のように表されます。 表1.
   1. 塩化金三水和物(HAuCl4)を脱イオン水に溶けて、5 g L⁻¹のストック溶液を製製します。
      注意:HAuCl4は有毒で強い酸化剤です。すべての溶液は、認定された化学煙フード内で取り扱い、白衣、手袋、安全ゴーグルなどの適切な個人用防護具を着用してください。有機物との接触を避け、機関の有害廃棄物プロトコルに従って廃棄物を処分してください。
   2. 実験用リアクターを、ストック溶液を目標濃度に希釈し、表 1に記載された実験条件に従ってpHを調整します。
   3. 準備済みの金属溶液50mLを、清潔な120mLの血清ボトルに投与します。すぐに各ボトルをブチルゴム栓で密封してください。
   4. ストッパーはアルミの圧着シールと手持ちのクリンパーで固定します。密封された血清ボトルは121°Cで21分間のオートクレーブで滅菌します。
   5. ボトルをRTまで冷めさせ、各ボトルの降水量を目視で確認してください。
      注意:降水が目に見えるボトルは処分し、交換用原子炉を準備してください。
   6. 無酸素状態の確立
      1. 各滅菌血清ボトルを、高純度の窒素(_N2)源と真空ポンプを備えたガスマニホールドシステムに接続します。
      2. 表1に基づき、無酸素条件を必要とする各原子炉に対して21回連続のパージサイクルを行い、無酸素ヘッドスペースを生成します。各サイクル中、真空をかけた後、約30秒間窒素の逆充填を行い、内部圧力が大気圧(~1気圧)まで戻ります。
         注:無酸素状態の直接検証は必須ではありません。しかし、必要に応じてガスクロマトグラフィーなどのヘッドスペースガス解析を用いて酸素除去を確認することができます。
         注意:窒素ガスは酸素を置き換え、密閉空間での窒息の危険を引き起こす可能性があります。使用前に十分な実験室換気を確保し、ガス管の接続がしっかりしていることを確認しましょう。
      3. 最終パージサイクル後は、原子炉をわずかに正の_N2 圧に保ちます。
      4. 実験順序に従って1から8までの原子炉にラベルを付けます。例えば、5番目の実験条件をR5とラベル付けします。
   7. 電子供与体の添加と接種
      1. 指定された反応器の液相に、表 1 に従って無菌注射器と針を用いて、指定された原子炉の液相に必要な量の無酸素無酸素液体電子供与溶液(例えば乳酸ナトリウム)を注入します。
      2. 気密シリンジを使って指定された原子炉ヘッドスペースに、指定された原子炉ヘッドスペースに必要な量のH2などの気体電子供与体を注入します。
      3. すべてのバイオティックリアクターに、液体相に必要な濃縮量の無酸素微生物株培養を無菌的に注入して接種します。
         注意:細胞の生存率を維持するために、接種前に濃縮株培養は4°Cで保存してください。
   8. 対照実験の設置
      1. ステップ4.2で記載されたすべての手順に従い、微生物接種物を同等量の無菌無酸素培養培地またはバッファーに置き換えて非生物的防除を準備します。
      2. オートクレーブで滅菌された接種剤を使い、ステップ4.2で記載されたすべての手順に従い、殺菌細胞の防除を準備します。
         注意:対照は非生物的金属還元と生吸着を考慮してください。生存可能な細胞ストックを121°Cでオートクレーブし、21分間処理して微生物の能動機構の寄与を評価することで殺菌細胞防除を準備します。
   9. 潜伏と反応時間
      1. すべての血清ボトルを温度管理されたインキュベーターに入れてください。
      2. 表1に指定された実験条件に従って培養温度を調整します。
      3. インキュベーターを回転式シェーカープラットフォームに設置し、原子炉を120回転/分でインキュベートします。
      4. 反応を72時間進めて待ちます。
         注意:インキュベーション後は実験を一時停止し、血清ボトルはサンプル処理まで4°Cで保存してください。
         注:NP生合成後に誘導結合プラズマ光発光分光法を用いて残留溶解金属を定量化し、金属除去効率を評価し、NP形成と残留溶解種を区別してください。
3. 最適条件の再現
   1. 一次スクリーニングとデータ解析の後、最大金属除去に関連する反応器の状態を特定します。
   2. 選択された最適条件を3つの独立したリアクターボトルで再現し、再現性を確認します。
   3. 三重検証実験の準備、反応器設置、インキュベーション手順をステップ4.1および4.2に従って実施してください。
      注意:実験終了後は、国家有機環境コードおよび機関の技術指針に従い、認定廃棄物管理会社による処分まで、すべての溶解溶液を一時的に水性廃棄物として保管・ラベル付けしてください。

リアクター/バクテリア	温度 (°C)	大気	電子供与体	光学密度 (OD610)	pH	[ゴールド] (mM)
1 / CMC	37	N2	H2	0.5	1	2
2 / CMC	28	N2	C3H5O3−	1	1	0.2
3 / SOM	37	O2	C3H5O3−	0.5	1	0.2
4 / CMC	28	O2	H2	1	1	2
5 / SOM	37	N2	H2	1	5	0.2
6 / CMC	37	O2	C3H5O3−	1	5	2
7 / SOM	28	N2	C3H5O3−	0.5	5	2
8 / CMC	28	O2	H2	0.5	5	0.2

表1:細菌生成AuNP合成に用いられるフラクショナル・ファクトリアル実験設計。 この表は、 S. oneidensis MR-1(SOM)または C. metallidurans CH34(CMC)を用いたAuNP合成の実験条件を要約しています。変数には、インキュベーション温度、ヘッドスペース大気、電子供与体、接種物の光学密度(OD₆₁₀)、溶液pH、初期Au³⁺ 濃度が含まれていました。

5. AgNPおよびAuNPsの特性評価

注意:表面プラズモン共鳴を通じてNP形成を確認するには、紫外線可視(UV–Vis)分光法を用いてください。透過式電子顕微鏡(TEM)を用いて、NPの形態とサイズを直接評価します。より包括的な特性^{評価が必要な場合}には、動的光散乱(DLS)、X線回折(XRD)、フーリエ変換赤外線(FTIR)分光法、エネルギー分散型X線分光(EDS)などの補完的な手法を用いて、サイズ分布、結晶性、表面化学、元素組成を評価するために追加の物理化学的特徴付けを行う^{ことができます。}

1. UV–Vis 分光法
   1. 計器のセットアップ
      1. UV–Vis分光光度計をオンにし、信号の安定性を確保するために機器を少なくとも15分間温めてください。
      2. スペクトル走査モードを選択し、1 nmのデータ間隔を使って波長範囲を300 nmから800 nmまで設定します。
2. 試料の調製
   1. 新たに合成されたAgNPまたはAuNP懸濁液のアリコートを採取してください。必要に応じて蒸留水で希釈し、吸光度値を線形検出範囲内に保ちます。
3. NPのUV–Vis測定
   1. 蒸留水をブランク溶液としてベースライン補正を行います。
   2. 準備済みのサンプルをキュベットに移し、サンプルホルダーに入れて300〜800 nmの範囲でUV–Visスペクトルを記録します。
   3. NP形成に対応するSPR帯を特定します。
      注:AgNPは通常、405 nmから425 nmのSPRバンドを示しますが、AuNPは一般的に520 nmから550 nmのSPRバンドを示します。
4. 透過電子顕微鏡
   注:80 kVで動作し、高解像度デジタルカメラを搭載したTEMを用いてNPの形態とサイズを解析してください。
   1. NP懸濁液1.5mLを遠心分離機管に移し、遠心分離機で5000 × gで5分間RTで投与します。
   2. 上清液を捨て、ペレットを残します。
   3. 0.1 Mカコジル酸緩衝液で調製した4%パラホルマルデヒドおよび5%グルターアルデヒドを含む固定液1 mLをペレットに加えます。サンプルをRTで25時間培養します。その後、0.1Mのカコジレートナトリウムバッファーで一晩洗い流します。
   4. サンプルを5000 × gで5分間遠心分離し、上清液を捨てます。
   5. 0.1 Mのナトリウムカコジル酸バッファーで調製した1%(w/v)四酸化オスミウム(OsO₄)を1 mL加え、3時間固定します。
      注意:OsO₄ は非常に有毒で揮発性が高いです。すべての溶液は認定された化学煙処理フード内でのみ取り扱い、白衣、手袋、安全ゴーグルなどの適切な個人用防護具を着用してください。
   6. サンプルを5000 × gで5分間遠心分離し、上清液を捨てます。
   7. 試料をグレードされたエタノール系列で脱水します。エタノール50%を加え、15分間培養します。70%と90%を使って順に手順を繰り返します。完全脱水は、1回の培養期間につき30分間、絶対エタノールで3回連続で潜伏します。
   8. メーカーの指示に従ってRTでペレットをエポキシ樹脂に埋め込みます。
   9. 半薄い切片(~1μm)を準備し、先行観察のためにトルイジンブルーで染色します。
   10. ダイヤモンドナイフで超薄(~60nm)の断片を切断し、その部分を酢酸ウラニルで染色し、その後クエン酸鉛を塗ります。
   11. 切断部をTEMグリッドに取り付け、透過電子顕微鏡に取り込みます。
   12. NPの形態とサイズを評価するためにTEM画像を取得します。

結果

AgNPは、さまざまな生物学的還元剤を用いたグリーンおよび生合成経路を通じて成功裏に合成され、各方法に合った理想的な合成条件が特定されました。 P. guayaquilensis の葉抽出物を媒介した緑色合成では、最適条件は_AgNO3 濃度5 mM、抽出物と金属溶液の比率25%(v/v)、反応温度80°C、攪拌時間60分と24時間の休眠期間で構成されていました。これらの条件下で、UV–Vis分光法は416 nmから425 nmの間に中心を置く明確なSPR帯を示し、NP形成と安定したコロイド分散が成功したことを示しています(図2A)。TEMは、平均サイズ24±7.5 nmで比較的狭いサイズ分布を持つ準球状のAgNPの形成を確認し、植物抽出物に含まれる植物化学物質による効果的な還元および安定化を示しました。これらの結果は、これまで報告された植物媒介AgNP合成研究と一致しており、416〜425nmの範囲のSPRバンド...

ディスカッション

評価された合成経路を、実現可能性、NPサイズ制御、運用コスト、再現性、全工程効率の観点から比較した結果、P. guayaquilensis葉抽出物を用いた植物介在合成が、調査されたAgNP合成法の中で最も良好なバランスを示しました。このプロトコルは、系統的な最適化と直接的な顕微鏡的特性解析を通じて、長時間の生物学的培養なしに温和な条件下でNPサイズの制御を改善しました。さらに、この方法は再現可能な実験条件下で比較的均一なAgNPの形成を可能にしました。A. spiciferaを用いた藻類媒介合成は、コスト効率が高く、拡張可能な代替手段となりました。しかし、利用可能な特性評価データに基づくと、この方法はNPサイズ分布の制御が比較的低く、非常に均一なナノ構造を必要とする応用を制限する可能性があります。これに対し、Earliella属を用いた真菌媒介合成は強い還元能力とスケーラビリティの可能性を示しましたが、培養要件、処理時間の延長、真菌成長に伴う生物学的変動性により操作の複雑さが高まり、プロトコルの標準化を複雑にする可能...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
Absolute ethanol	Merck	E7023	TEM脱水シリーズ
アルミニウム圧着シール	Dwk Wheaton	224178-01	血清ボトル用
アンバーガラスボトル	Duran	2180154	光を遮断した保管
ATR-FTIR分光光度計	Thermo Scientific	Nicolet iS10	スペクトル範囲：300–3600 cm-1
オートクレーブ	Yamato	SM300	121 °Cでの滅菌
ブチルゴム栓	Dwk Kimble	73827-21	ガス密閉シーリング
遠心分離機	BIOBASE	BKC-TH20RL	卓上遠心分離機
塩化金酸トリ水和物（HAuCl4·3H2O）	Sigma-Aldrich	27988-77-8	金の前駆体
ダイヤモンドナイフ	Aurion	Dyatom 45	超薄TEM切片
蒸留水または脱イオン水	Methrom	N/A	溶液調製
エポキシ樹脂（EMBED 812/Epon）	Aurion	EMBED 812	TEM埋め込み媒体
濾紙、定性グレード1	Merck Whatman	WHA1001110	孔径：11 µm; 直径：110 mm
フーリエ変換赤外分光光度計（FTIR）	Thermo Scientific	Nicolet iS10	スペクトル範囲：300–3600 cm-1
ガス配管システム	カスタムビルド	N/A	パージサイクル用
ガス密閉注射器	Hamilton	1001 RN	1 mL
グルタルアルデヒド	VWR	219859510	0.1 M ソディウムカコジレートバッファー中の5%グルタルアルデヒド、4%パラホルムアルデヒド
グリセロール	Sigma-Aldrich	G5516	20%ストック保存
ハンドヘルドクリンパー	Biomed	USYGQ-20Z	血清ボトルのクリンプシール
ハンドミル/グラインダー	Corona	L10000	植物バイオマス研削
塩酸（HCl）	Merck	320331	pH調整
水素（H2）ガス	Linde	工業グレード	電子供給ガス
ICP-OESシステム	Varian	Vista-MPX	金属定量
インキュベーター	Memmert	SM 400	温度制御インキュベーション
実験室用オーブン	Barnstead	M100	ナノ粒子の乾燥
鉛クエン酸塩	Merck	7398	TEM染色
硝酸（HNO3）	Chem-Lab	CL00.0125	酸性試薬
窒素（N2）ガス	Linde	工業グレード	無酸素条件
四酸化オスミウム（OsO4）	Merck	201030	TEM固定
パラホルムアルデヒド	VWR	101176-014	0.1 M ソディウムカコジレートバッファー中の5%グルタルアルデヒド、4%パラホルムアルデヒド
ポテトデキストローズ寒天（PDA）	Merck	110130	真菌培養
ポテトデキストローズブロス（PDB）	Merck	P6685	微生物培地
回転シェーカー	JoanLab	OS-20Pro	制御された攪拌でのインキュベーション
血清ボトル（120 mL）	Wheaton	223748	ホウケイ酸ガラス
硝酸銀（AgNO3）	Sigma-Aldrich	209139	ACS試薬、≥99.0%
ソディウムカコジレートバッファー	VWR	11650	0.1 M ソディウムカコジレートバッファー中の5%グルタルアルデヒド、4%パラホルムアルデヒド
塩化ナトリウム（NaCl）	Carl Roth	3957.1	0.9%洗浄溶液
水酸化ナトリウム（NaOH）	Sigma-Aldrich	S5881	pH調整
ソディウム乳酸塩	Sigma-Aldrich	L7022	電子供給源/炭素源
滅菌済み注射器と針	BD	様々な	滅菌済み液体処理
攪拌ホットプレート	Biologix	01-310X	加熱と攪拌
トルイジンブルー	EMS	DcU-10	半薄切片染色
透過型電子顕微鏡（TEM）	FEI	Tecnai Spirit Twin G20	高解像度デジタルカメラ装備
強制空気流乾燥機	ハンドメイド	N/A	40 °Cでのバイオマス乾燥
トリップティックソイヤ寒天（TSA）	Oxoid	CM01301	微生物培地
トリップティックソイヤブロス（TSB）	Carl Roth	X938.1	微生物培地
ウラニル酢酸塩	Sigma-Aldrich	94260 Fluka	TEM染色
UV–Vis分光光度計	Thermo Scientific	Genesys 10S	UV–Vis光学分析
真空ポンプ	KNFまたは同等品	N 820 G	無酸素条件用
生物学的材料
生物学的材料	ソース	識別子	コメント/説明
Acanthophora spicifera	地域収集	N/A	海藻バイオマス
Cupriavidus metallidurans CH34	SCK-CEN	LMG 1195	細菌株
Earliella scabrosa	CIBE-ESPOL	E2	菌類コレクション
Psidium guayaquilensis	地域収集	N/A	野生植物バイオマス
Shewanella oneidensis MR-1	BCCM/LMG	LMG 19005	培養コレクション株