Підходи до оптимізації параметрів біосинтезу наночастинок срібла

Abstract

Оптимізація параметрів біосинтезу наночастинок срібла за участі мікроорганізмів є ключовим етапом для підвищення ефективності, стабільності та функціональних властивостей отриманих наноструктур. Біосинтез наночастинок срібла за участі мікроорганізмів залежить від багатьох параметрів, оптимізація яких дає змогу підвищити ефективність процесу та забезпечити стабільність і функціональність отриманих наночастинок. В огляді систематизовано результати наукових досліджень, що стосуються впливу поживного середовища, температури, pH, концентрації нітрату срібла, тривалості біосинтезу, а також типу біологічного матеріалу на характеристики наночастинок срібла. Температура біосинтезу наночастинок варіюється від 27 до 70 °C, при цьому при використанні більшості штамів мікроорганізмів оптимальна температура у діапазоні 30-40 °C. Високі температури (55-70 °C) забезпечують синтез менших за розміром наночастинок, але можуть знижувати стабільність деяких біомолекул. Значення pH суттєво впливає на електрохімічну активність реакційної суміші: у кислому середовищі наночастинки срібла формуються повільніше, тоді як лужне середовище (pH 8-11) сприяє прискореному утворенню більш однорідних і стабільних наночастинок. Оптимальна концентрація нітрату срібла, який використовують як попередника під час біосинтезу наночастинок здебільшого становить 1-2 мМ, хоча є повідомлення і про використання вищих концентрацій, які є оптимальними для біосинтезу. Тривалість біосинтезу залежить від виду біологічної матриці: під час внутрішньоклітинного біосинтезу при використанні біомаси наночастинки срібла формуються вже через 1-4 год, а при використанні безклітинного екстракту або супернатанту тривалість біосинтезу подовжується до 144 годин. Установлено, що вибір типу біологічної системи визначає не лише швидкість біосинтезу, а й розмір і морфологію наночастинок срібла. Представлені у пропонованому огляді результати можуть бути використані для підбору оптимальних умов біосинтезу наночастинок срібла залежно від мети та сфери їх застосування.Optimization of the biosynthesis parameters of silver nano-particles (AgNPs) using microorganisms is a key step toward enhancing the efficiency, stability, and functional properties of the resulting nanostructures. The biosynthesis process depends on various parameters, the adjustment of which allows for more effective production and improved characteristics of AgNPs. Scientific findings related to the influence of cultivation me-dia, temperature, pH, silver nitrate concentration, biosynthesis duration, and the type of biological material on the properties of silver nanoparticles was systematized. The temperature range for AgNPs biosynthesis varied between 27 and 70 °C, with most microbial strains showing optimal activity between 30 and 40 °C. Higher temperatures (55—70 °C) tended to produce smaller nanoparticles but may reduce the stability of certain bio-molecules. pH significantly affected the electrochemical activity of the reaction mixture: acidic conditions slowed down nanopar-ticle formation, while alkaline conditions (pH 8—11) promoted the faster formation of more uniform and stable AgNPs. The optimal concentration of silver nitrate used as a precursor for biosynthesis was generally 1-2 mM, although higher concentra-tions have also been reported to be effective. The biosynthesis duration depends on the type of biological matrix: in intracellular biosynthesis using biomass, AgNPs can form within 1—4 hours, whereas extracellular synthesis using cell-free extracts or super-natants may take up to 144 hours. The choice of biological sy-stem determines not only the rate of nanoparticle formation but also their size and morphology. The findings summarized in this review can be used to select optimal biosynthesis conditions for silver nanoparticles depending on their intended application.