酵母提取物对金纳米粒的可控生物合成及性质

欣贝莱生物

金纳米结构的生物合成由于其绿色和可持续的合成过程而引起越来越多的关注。然而，昂贵的价格和其它一系列因素所形成的困难，导致金纳米片的生物合成对科学家们来说仍然是一个不小的挑战。在此，科学家们提出了金纳米片的一锅生物合成，其中提取廉价酵母作为绿色前体，可以通过改变生物培养基的pH值来控制金纳米结构的形态和尺寸。在酸性条件下，通过增加pH值获得边长为1300±200至300±100nm，高度为18至15nm的金纳米片。然而，在中性或碱性条件下，仅获得金纳米花和纳米颗粒。确定在代谢过程中产生的有机分子，如琥珀酸，乳酸，苹果酸和谷胱甘肽，在其中起重要作用。此外，发现金纳米片在近红外区域表现出具有显着的偶极红外共振的等离子体特性，表明它们在表面等离子体增强应用中的潜力，例如生物成像和光热疗法。

材料和方法

1、生物溶液

首先，将7.2g蔗糖和1g速溶干酵母溶解在300mL去离子水中。然后将混合溶液在摇床中于35℃共温育48小时。在此期间，酵母细胞和一些代谢物的浓度产生并显着增加。培养基的最终pH值为3.3。随后，通过分别在1200和8000rpm下两次15分钟离心的两步离心来纯化获得的培养基。在第一个低速步骤中，酵母细胞沉淀并防止细胞破裂。在第二个高速步骤中，将菌丝和细胞碎片离心沉淀。然后生物培养基将经历半小时的沸腾，第三个离心步骤将以8000rpm进行15分钟。最后，获得生物溶液，并在以下步骤中用作还原剂和表面活性剂。

2、金纳米片的合成

将10mL的酵母培养基提取物同样分配到两个锥形瓶中。一个保持不变，而另一个通过NaOH（0.5M）调节至pH值4.0。然后将两个样品与500μLHAuCl4（2.5mM）在30℃的水浴中共温育5小时。之后样品经过3000rpm离心10分钟，并在去离子水中再分散，以除去反应溶液中的生物质。最后将最终的溶液在4℃下在冰箱中保存1个月。

3、特性描述

通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察金NP的形态。使用多模纳米镜V扫描探针显微镜系统获取原子力显微镜（AFM）图像。使用市售的AFM悬臂尖端，其力常数为50Nm -1，共振频率为350kHz。通过将原油溶液以10,000rpm离心10分钟以洗掉上清液中的有机物，然后通过超声分散在水溶液中再分散用于SEM，TEM和AFM研究来制备金纳米板样品。在具有DTGS或MCT作为检测器的VERTEX 70光谱仪上记录FT-IR光谱。蛋白质测试通过Coomassie亮蓝染色的SDS-PAGE在Mini-protean Tetra上用ChemiDoc MP成像系统进行。LC-ESI / HRMS在配备的Waters ACQUITY UPLC系统上进行，使用二元溶剂输送管理器和样品管理器，与配备有电喷雾接口的Waters Micromass Q-TOF Premier质谱仪连接。LC中使用的柱是Acclaim Trinity P1柱。生物培养基的氨基酸分析（AAA）在自动氨基酸分析仪L-8900上进行。在模拟中，MEEP 49采用FDTD软件包，Drude-Lorentz模型用于表示体Au的介电功能，周围介质的折射率设定为1.33。在垂直于板的方向上传播的平面波用作模拟中的激发源。网格网格的大小设置为3.0 nm。在板的顶部表面和消光光谱的峰值波长处计算电荷分布曲线。

结论

通过在酵母代谢中生物还原HAuCl 4，已经证明了具有可控形态和大小的金纳米片的一锅生物合成。金纳米片可以在酸性条件下获得，而纳米花和纳米粒子在碱性条件下获得。有趣地发现，在重新分散并保持在去离子水中之后，纳米板将其结构和形态改变为多层螺旋纳米板。当纳米板重新分散在NaOH溶液中时，它们部分溶解，产生光致发光的金纳米团簇。通过检测营养诱导的生物培养基的组成，证明巯基和氨基团在酸性和碱性条件下具有相应的反应，在纳米板的生物合成中发挥有机基团质子化的关键作用。此外，FDTD模拟显示金纳米片在约1600 nm处具有突出的消光光谱峰值，表明在表面等离子体增强应用或红外热疗中具有巨大潜力。这项工作有望成为克服传统化学合成问题的一个例子，并开创了一种依赖于发酵工业的可控生物合成的新方法。