Green biosynthesis of zinc nanoparticles

Abstract

Currently there is a growing need for the development of an environmentally friendly process of synthesis of nanoparticles, during which no toxic chemicals are used. That is why an important area of research in nanotechnology sphere is the synthesis of metal nanoparticles by microorganisms such as bacteria and yeast (detoxification often occurs by reduction of metal ions/formation of metal sulfides). Bacteria are the organism of choice due to their fast growth, high efficiency and low cost. Metal nanoparticles exhibit antimicrobial properties, but the properties of nanoparticles depend on their size and shape, making them specific for different applications. Nevertheless, the desired size and shape of nanoparticles can be obtained by optimizing the synthesis process through manipulating their reaction conditions. Microbial synthesis of nanoparticles is an alternative to chemical and physical methods, as it is non-toxic and biocompatible. Despite the relevance of the application of the “green synthesis” method in the field of nanotechnology, biosynthesis by bacterial organisms has certain disadvantages, such as a high probability of pathogenicity, labour-intensive cultivation, and pollution problems. Ultimately, there is a need to explore more potential microorganisms for the synthesis of metal nanoparticles. The paper provides a review of literature data on the biosynthesis of zinc nanoparticles using lactic acid microorganisms Lactobacillus johnsonii, L. gasseri L. paracasei L. acidophilus L. plantarum L. sporogens. It was shown that bacteria are capable of synthesizing both extracellular and intracellular nanoparticles in the wavelength range of 315-392 nm. Data on the manifestation of antimicrobial properties by zinc nanoparticles against various gram-positive and gram-negative bacterial microorganisms and micromycetes: Clostridium difficile, C. perfringens, Escherichia. coli, Salmonella typhi, Candida albicans, Aspergillus flavus, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumanii, Klebsiella pneumonia, Staphylococcus aureus.

В даний момент зростає потреба в розвитку екологічно чистого процесу синтезу наночастинок, під час якого не використовують токсичні хімікати. Саме тому, важливим напрямком досліджень у нанотехнологіях є синтез металевих наночастинок мікроорганізмами, такими як бактерії та дріжджі (детоксикація часто відбувається шляхом відновлення металу іонів/утворення сульфідів металів). Бактерії є організмом вибору завдяки їх швидкому росту, високій ефективності і невеликій вартості. Наночастинки металів виявляють антимікробні ознаки, однак властивості наночастинок залежать від їх розміру та форми, що робить їх специфічними для різних застосувань. Тим не менш, бажаний розмір і форму наночастинок можна отримати за допомогою оптимізації процесу синтезу шляхом маніпулювання умовами їх реакції. Мікробний синтез наночастинок є альтернативою хімічним і фізичним методам, оскільки є нетоксичним та біосумісним. Незважаючи на актуальність застосування методу «зеленого синтезу» у сфері нанотехнологій, біосинтез за рахунок бактеріальних організмів має певні недоліки, такі як висока ймовірність патогенності, трудомістке культивування та проблеми з забрудненням. Зрештою, існує потреба дослідити більше потенційних мікроорганізмів для синтезу наночастинок металів. В роботі наведено огляд літературних даних щодо біосинтезу наночастинок цинку за допомогою молочнокислих мікроорганізмів Lactobacillus johnsonii L. gasseri L. paracasei L. acidophilus L. plantarum L. sporogens та мікроміцетів A. fumigatus. Показано, що бактерії здатні до синтезу, як позаклітинних так і внутрішньоклітинних наночасток в діапазоні довжини хвиль 315-392 н.м. Також проаналізовані дані стосовно прояву наночастинками цинку антимікробних властивостей проти різних грампозитивних і грамнегативних бактеріальних мікроорганізмів та мікроміцетів, таких як Clostridium difficile, C. perfringens, Escherichia. coli, Salmonella typhi, Candida albicans і Aspergillus flavus, Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumanii, Klebsiella pneumonia та Staphylococcus aureus.