Proiectul ”Tehnologii cost eficiente de obținere a nanoparticulelor de Ag cu utilizarea cianobacteriilor
și microalgelor ca suport”
Director de proiect: acad., profesor universitar Valeriu Rudic
Programul de Stat „Design-ul substanțelor chimice şi dirijarea arhitecturii materialelor pentru diverse aplicații”
Conducător program: acad. Gheorghe Duca
INSTITUTUL DE MICROBIOLOGIE ȘI BIOTEHNOLOGIE
Obiectivele planificate pentru anul 2014
• Stabilirea particularităţilor de biosinteză a nanoparticulelor de argint de către cianobacteriile Spirulina platensis şi Nostoc linckia.
• Stabilirea particularităţilor de sinteză a nanoparticulelor de argint de către microalgele Porphyridium cruentum şi Dunaliella salina.
Obiectivele realizate în 2014
• Stabilirea particularităţilor de biosinteză a nanoparticulelor de argint de către cianobacteria Spirulina platensis
SINTEZA NANOPARTICULELOR DE ARGINT DE CĂTRE
CIANOBACTERIA SPIRULINA PLATENSIS
Nanoparticulele de Ag se formează
extracelular la suprafața celulelor. Dupa 24
de ore de contact a biomasei cu azotatul de
argint majoritatea nanoparticulelor formate
sunt cilindrice, cu mărimea de ≈6 nm.
Micrografie SEM a celulelor de Spirulina platensis cu nanoparticule de argint dupa timpul de
contact cu sursa de argint de 24 ore și 48 ore .
Dupa 48 de ore de incubare are loc
concentrarea spaţială a nanoparticulelor cu
formarea conglomeratelor masive cu
dimensiunea de până la 90 nm.
SINTEZA NANOPARTICULELOR DE ARGINT DE CĂTRE
CIANOBACTERIA Spirulina platensis
După 72 ore de
contact a biomasei cu
azotatul de argint
aglomeraţiile masive
(de până la 90 nm) de
nanoparticule continuă
să rămână fixate de
suprafaţa externă a
celulei.
Micrografie SEM a celulelor de Spirulina platensis
cu nanoparticule de argint dupa un timp de
interacțiune de 72 ore.
SINTEZA NANOPARTICULELOR DE
ARGINT DE CĂTRE CIANOBACTERIA
Spirulina platensis
Spectrul EDAX (Energy dispersiv analisis of X-rays) al biomasei de Spirulina platensis cu nanoparticule de argint
Difracţia razelor X a nanoparticulelor de argint în biomasa de spirulină
Rezultatele obţinute arată clar că nanoparticulele de argint formate prin reducerea ionilor de Ag (I) sunt de natură cristalină. Dimensiunile nanoparticulelor de argint sintetizate de către spirulina extracelular, cilindrice ca formă, calculate conform ecuaţiei Scherrer sunt de ≈ 6nm.
Obiectivele realizate în 2014: Stabilirea particularităților de biosinteză a nanoparticulelor de argint de către cianobacteria
Nostoc linckia
Micrografie SEM a celulelor de
Nostoc linckia cu nanoparticule de
argint după un timp de interacțiune
de 48 ore.
Micrografie SEM a celulelor de Nostoc
linckia cu nanoparticule de argint după
un timp de interacțiune de 72 ore.
SINTEZA NANOPARTICULELOR DE
ARGINT DE CĂTRE CIANOBACTERIA
Nostoc linckia
Spectrul EDAX al biomasei de Nostoc linckia cu nanoparticule de argint
Difracţia razelor X a nanoparticulelor de argint în biomasa de Nostoc linckia
Rezultatele obţinute arată clar că nanoparticule de argint formate prin reducerea ionilor de Ag (I) sunt de natură cristalină. Dimensiunile nanoparticu-lelor de argint sintetizate de către nostoc extracelular, cilindrice ca formă, calculate conform ecuaţiei Scherrer sunt de ≈4-5 nm.
Obiectivele realizate în 2014
• Stabilirea particularităţilor de biosinteză a nanoparticulelor de argint de către microalga Porphyridium cruentum
Spectrele EDAX ale biomasei de Porphyridium cruentum după 24 şi 72 ore de contact cu soluţia de azotat de argint
72 h
Stabilirea particularităţilor de biosinteză a nanoparticulelor de argint de către microalga Porphyridium cruentum
Obiectivele realizate în 2014
• Stabilirea particularităţilor de biosinteză a nanoparticulelor de argint de către microalga Dunaliella salina
Spectrele EDAX ale biomasei de Dunaliella salina după 24 ore de contact cu soluţia de azotat de argint
Micrografie SEM a celulelor de Dunaliela
salina cu nanoparticule de argint după un
timp de interacțiune de 24 ore.
Stabilirea particularităţilor de biosinteză a nanoparticulelor de argint de către microalga Dunaliella salina
Micrografie SEM a celulelor de Dunaliela salina cu nanoparticule de argint
după un timp de interacțiune de 48 şi 72 ore.
48h 72h
Stabilirea particularităţilor de biosinteză a nanoparticulelor de argint de către microalga Dunaliella salina
Noutatea știinţifică a rezultatelor obţinute
• Pentru prima dată a fost evidenţiată dependenţa gradului de dispersie a nanoparticulelor de argint pe suprafaţa celulelor de spirulină în funcţie de timpul de contact al biomasei cu ionii de Ag+;
• Pentru prima dată a fost diferenţiată strategia de achiziţionare a ionilor de Ag+ din soluţii în dependenţă de tipul de organizare celulară (biosorbţie la procariote şi bioacumulare la eucariote).
Design-ul substanţelor chimice și dirijarea architecturii materialelor noi
Extracelulare, cilindrice, monodisperse, ≈6 nm,
(Spirulina platensis, 24 ore contact)
Extracelulare, cilindrice, ≈4-5 nm, în conglomerate
(Sprirulina platensis, Nostoc linckia 48-72 ore de contact
Intracelulare
Porphyridium cruentum, 48-72 ore de contact
Intracelulare
Dunaliella salina, 48-72 ore de contact
AgNP
Diseminarea rezultatelor obţinute
• Lista publicaţiilor • ZINICOVSCAIA I.; CEPOI L.; RUDIC V.; CHIRIAC T.; VALUTA A.; DUCA
GH.; KIRKESALI E.; FRONTASYEVA M.; CULICOV O.; PAVLOV S.; BOBRIKOV I. Biochemical changes in cyanobacteria during the synthesis of silver nanoparticles. Canadian Journal of Microbiology, doi: 10.1139/cjm-2014-0450, Published on the web 14 October 2014. (IF:1.316).
• Rapoarte publicate / Teze ale comunicărilor la congrese, conferințe, simpozioane, în culegeri (naționale/internaționale):
• CHIRIAC, T.; CEPOI, L.; ZINICOVSCAIA, I.; CODREANU, S.; TALPĂ, C., RUDIC, V. Spirulina platensis – Matrix for Silver Nanoparticles Synthesis. International Scientific Conference on Microbial Biotechnology (2nd edition), Chişinău, Moldova, October 9-10, 2014, p. 112. ISBN 978-9975-4432-8-9.
Obiectivele propuse pentru anul 2015
• Studiul acțiunii stresului oxidativ moderat asupra biosintezei nanoparticulelor de argint în celulele microorganismelor fotosintezatoare.
• Stabilirea posibilității de biosinteză a nanoparticulelor de argint cu proprietăți predeterminate prin modificarea condițiilor de creştere a microorganismelor fotosintezatoare.
Concluzii
– Microorganismele fotosintezatoare (Spirulina platensis, Nostoc linckia, Dunaliella salina, Porphyridium cruientum) realizează cu succes procesul de biosinteză a nanoparticulelor de argint și por fi analizate în calitate de ”fabrici” pentru producerea acestora;
– În organismele procariote studiate (Spirulina platensis, Nostoc linckia) achiziționarea argintului are loc preferențial prin mecanismul biosorbției, iar formarea particulelor are loc extracelular cu localizare pe peretele celular ori capsulă;
– La Spirulina platensis procesul de biosinteză a AgNP este dependent de timp, formarea particulelor monodisperse fiind asigurată în primele 24 ore de contact cu soluția ce conține ioni de argint;
– În organismele eucariote studiate (Porphyridium cruentum, Dunaliella salina) achiziționarea argintului are loc preferențial prin mecanismul de bioacumulare, iar formarea AgNP are loc intracelular.
