زیست‌سنتز نانومیله‌های اکسید روی به‌وسیلۀ باکتری زانتوموناس‌کمپستریس

نوع مقاله: پژوهشی- فارسی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی بیوتکنولوژی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران

2 استادیار مهندسی بیوتکنولوژی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران

3 استادیار مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران

4 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی بیوتکنولوژی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی، بابل، ایران

چکیده

مقدمه: نانوبلورهای یک‌بعدی به‌خصوص نانو‌میله‌های اکسید روی به‌دلیل خواص و کاربردهای زیادی که پیدا کرده‌اند، امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته‌اند. روش‌های شیمیایی و فیزیکی تولید نانومیله‌های اکسید روی، معمولاً موجب باقی‌ماندن مواد شیمیایی بر روی سطح ذرات می‌شوند و ایجاد سمیت می‌کنندکه موجب می‌شود کاربردهای این نانوذره در زمینه‌های بهداشتی و پزشکی محدود گردد؛ درنتیجه سنتز زیستی نانوذرات اکسید روی به‌عنوان یک فرایند دوستدار محیط زیست و جایگزین روش‌های شیمیایی و فیزیکی مورد توجه قرار گرفته است. ‏‏
مواد و روش‏‏ها: نانومیله‌های اکسید روی به‌وسیلۀ باکتری زانتوموناس‌کمپستریس و سوبسترای نیترات روی ۶آبه، درpH 7 در شیکر انکوباتور با دمای ۳۷ درجه سانتیگراد تولید شد. پودر حاصل پس از خشک‌شدن، کلسینه شد. نانوذرات اکسید روی سنتزشده با استفاده از آنالیزهای FTIR، XRD،SEM، EDXو طیف‌سنجی UV–VIS بررسی شدند.‏‏
نتایج: آنالیز FTIR برای بررسی گروه‌های عاملی استفاده می‌شود. پیک مشاهده‌شده در cm-1 563مربوط به ارتعاشات کششی نانوذرات اکسید روی است. نتایجXRD نشان می‌دهد که نانوذرات سنتزشده خالص و با فاز شش‌ضلعی کریستالی هستند. آنالیزSEM که برای بررسی مورفولوژی و سایز نانوذرات است،نشان می‌دهد که نانومیله‌های اکسید روی قطری بین 200-122 نانومتر با طول متوسط حدود 300 نانومتر دارند. آنالیز EDX که برای بررسی عناصر سازنده و خلوص محصول به کار می‌رود؛ نانومیله‌های اکسید روی تولیدی را بدون تشخیص هرگونه ناخالصی نشان داد. حضور نانوذرات اکسید روی در پیک جذب 376 نانومتربه‌وسیلۀ طیف‌سنجی مرئی- فرابنفش نیز تأیید شد. ‏‏
بحث و نتیجه‏گیری: در این پژوهش، روشی کم‌هزینه، گزارش‌نشده، غیرسمی، ساده، مطمئن و دوستدار محیط زیست برای سنتز زیستی نانوذرات اکسید روی با استفاده از باکتری زانتوموناس‌کمپستریس به‌عنوان عامل پوشاننده و کاهنده توصیف شده است.‏‏

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Biosynthesis of Zinc Oxide Nano-rods Using Xanthomonas campestris

نویسندگان [English]

  • Zahra sadat Mahdi 1
  • Farid Talebnia rowshan 2
  • Maryam Nikzad 3
  • Sara Zamani 4
1 M.Sc. of Biotechnology Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
2 Assistant Professor of Biotechnology Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
3 Assistant Professor of Chemical Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
4 M.Sc. student of Biotechnology Engineering, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
چکیده [English]

Introduction: one dimensional nanocrystals especially nano-rods have attracted a great deal of attention due to their unique properties and wide applications in industry. Chemical and physical methods which are currently used to produce zinc oxide nano- rods, often leave toxic chemicals on surface of nanoparticles limiting their applications for health and medical purposes. Therefore, biological synthesis of zinc oxide nanoparticles has been considered as an environmentally friendly process and a potential alternative to chemical and physical methods.
Materials and methods: Nano-rods of zinc oxide were produced by Xanthomonas campestris using zinc nitrate hexa hydrate as substrate, in a shaker incubator at 37 ° C and pH 7. The powder produced was then calcined at 600 ° C for 2 hours after drying. The synthesized ZnO nanoparticles were characterized using FTIR, XRD, SEM, EDX and UV–vis spectroscopy.
Results: FTIR analysis was used to identify functional groups involved in the biosynthesis of ZnO NPs. The peak observed at 563 cm-1 corresponds to the stretching vibrations of ZnO NPs. XRD analysis revealed that the hexagonal ZnO nanoparticles synthesized were pure and crystalline in nature. The morphology and size of the powder were investigated using SEM analysis and the results showed that ZnO nano-rods have a diameter ranging from 122–200 nm with an average length about 300 nm. EDX analysis was performed for determination of the elemental composition and purity of samples. The recorded EDX spectrum revealed the high purity of the synthesized ZnO nano-rods without detection of any impurities. The absorption peak at 376 nm indicating the presence of zinc oxide nanoparticles was further confirmed by UV-Vis spectroscopy.
Discussion and conclusion: The current research work describes a low-cost, unreported, nontoxic, simple, safe and eco-friendly method for the biosynthesis of zinc oxide nanoparticle using xanthomonas campestris as the reducing and capping agent.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Zinc Oxide
  • Nano-rods
  • Xanthomonas campestris
  • Biosynthesis
  • Environmentally friendly

مقدمه.

 پیشرفت‌های اخیر در عرصۀ نانو تکنولوژی، توانایی پژوهشگر را برای ساخت نانوذرات مختلف از جمله نانوذرات فلزی و اکسید فلزی افزایش داده است. با بهره‌گیری از دانش روز می‌توان نانوذرات مهم در علوم پایه‌ای و کاربردی را، در اندازۀ موردنظر و شکل مناسب برای استفاده در محصولات صنعتی تولید کرد. در میان نیمه‌رساناهای اکسید فلزی، نانوذرات اکسید روی توجه عمیقی را به‌دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردی مثل گاف نواری پهن مستقیم[1] (3.37 الکترون ولت) و انرژی پیوند اکسایتونی بالا[2](60 میلی الکترون ولت) به خود جلب کرده‌اند که سبب شده تا پژوهشگران از خواص این ماده در کاربردهایی نظیر مواد پیزوالکتریک، سلول‌های خورشیدی و حسگرهای فتونیک استفاده کنند (۱ و ۲).

 در میان نانوساختارهای مختلف اکسید روی، نانوبلورهای یک‌بعدی به‌خصوص نانومیله‌های اکسید روی محبوبیت زیادی در زمینۀ علم به‌دلیل خواص و کاربردهای متنوع کسب کرده‌اند؛ ازجملۀ این خواص و کاربردها این موارد است: فعالیت‌های کاتالیزوری (3)، سلول‌های خورشیدی (4)، تصفیۀ فاضلاب، پردازش لاستیک (5)، جذب گاز هیدروژن سولفید (6)، سنسورها، استفاده در مواد آرایشی و بهداشتی به‌ویژه در کرم‌های سوختگی و ضدآفتاب به‌دلیل جذب کار آمد امواج uv – A و uv – B (5)، فعالیت فتو کاتولیستی (7)، استفاده در صنعت نساجی (8)،کامپوزیت‌ها (9)، صنایع غذایی(10)، مواد آنتی‌باکتریال و مواد ضدقارچ (3 و 11)، سیستم رهایش دارو به‌ویژه داروی درمان سرطان (7 و 12) و استفاده در سیمان‌های دندانی (13).

تاکنون روش‌های فیزیکی و شیمیایی زیادی مانند روش سنتز هیدروترمال، روش سل ژل، روش تجزیۀ حرارتی، روش شیمیایی مرطوب، روش اسپری پیرولیز، روش میکرو امولسیون، روش رسوبگذاری پالس لیزری، روش رسوب شیمیایی فاز بخار (CVD)[3] و روش میکروامولسیون برای تولید نانوذرات اکسید روی استفاده شده است. این روش‌ها اغلب شامل فرایند نسبتاً مشکل، حرارت بالا، همراه با استفاده از مواد شیمیایی پرهزینه به‌عنوان سورفکتانت، عوامل پوشاننده و تثبیت‌کننده به‌منظور بهبود شکل و فاز کریستالی هستند (11، 2، 1 و 14). این پیش‌ماده‌های سنتز نانوذرات، غالباً بر سطح ذرات باقی می‌مانند و ایجاد سمیت می‌کنند. با توجه به کاربردهای نانوذرات اکسید روی در بسیاری صنایع، به‌دست‌آوردن نانوذراتی که سازگاری بیشتری با محیط زیست و انسان داشته باشند، مد نظر قرار گرفت (5،10 و 11).

سنتز زیستی یا سنتز سبز نانوذرات یک فرایند دوستدار محیط زیست در زمینۀ شیمی و تکنولوژی زیستی است که به‌صورت فزاینده‌ای محبوبیت یافته و می‌تواند به‌عنوان یک راه حل در رابطه با مشکلات جهانی آلودگی و سمیت در نظر گرفته شود. برای سنتز نانوذرات تاکنون پژوهش‌های زیادی مبنی بر سنتز زیستی با استفاده از عصارۀ گیاهان (15 و 16)، عصارۀ میوه (17)، جلبک‌ها (18)، آنزیم (19)، سیانو باکتر (5) ، قارچ‌ها (10، 20 و21) و باکتری ها(7، 22 و23)گزارش شده است.

 تولید نانوذرات اکسید روی در سال‌های اخیر، در اندازه‌های متفاوت با سویه‌های مختلف قارچ و باکتری مورد توجه قرار گرفته است. در سال 2013 سلوارجان[4] به‌همراه همکارانش، به‌وسیلۀ باکتری لاکتوباسیلوس‌پلانتاروم نانوذرات اکسید روی در اندازه‌های بسیار کوچک 9-7 نانومتر تولید کردند (23). سویه‌های مختلف قارچ آسپرژیلوس نیز در چند سال اخیر برای سنتز نانوذرات اکسید روی در گسترۀ اندازۀ 14-2/1 نانومتر استفاده شده‌اند(11، 20 و 24). در سال 2013 پژوهشگر ایرانی، آشنگرف[5] موفق به سنتز خارج سلولی نانوذرات اکسیدروی در اشکال کروی با اندازه‌ای حدود 32 نانومترتوسط سویۀ قارچی آسپرژیلوس‌نایجر شد (21).

 استفاده از میکروارگانیسم‌ها به‌عنوان عوامل کاهش‌دهنده و پوشاننده با توجه به مزایایی همچون سادگی، سهولت رشد، دردسترس‌بودن، انعطاف‌پذیری نسبت به شرایط دمایی و pH و تنوع متابولیکی بالا، موجب می‌شود تا سنتز زیستی روشی قابلِ‌اعتماد و کارآمد در این زمینه باشد. هرچند سنتز زیستی نانوذرۀ اکسید روی در دهۀ اخیر بارها انجام شده، مکانیسم دقیق سنتز هنوز هم بررسی می‌شود و یافتن گونۀ میکروبی مناسب که قادر به سنتز کافی نانوذرات در سایزهای مختلف و اشکال متفاوت همراه با بازده بالا باشد، هنوز هم یک چالش محسوب می‌شود (7 و 25).

 باتوجه به اهمیت روزافزون توسعۀ روش‌های جدید و سازگار با محیط زیست در تولید نانومواد، سنتز زیستی نانومیله‌های اکسید روی با استفاده از باکتری گرم‌منفی زانتوموناس‌کمپستریس[6] در این پژوهش برای نخستین بار گزارش می‌شود. باکتری زانتوموناس‌کمپستریس یک پاتوژن گیاهی است؛ ولی در صنعت به‌دلیل تولید صمغ زانتان بسیار مورد توجه قرار گرفته است. صمغ زانتان یک پلی‌ساکارید مهم است که در صنایع غذایی و بهداشتی کاربرد بسیار دارد (26). تولید نانومیله‌های اکسید روی به‌وسیلۀ باکتری زانتوموناس‌کمپستریس یک روش ساده، کم‌هزینه، مطمئن و سازگار با محیط زیست است.

‏‏مواد و روش‏ها.

مواد شیمیایی و میکروارگانیسم: در این پژوهش از باکتری زانتوموناس‌کمپستریس1473 PTCC خریداری شده از بانک میکروبی ایران برای سنتز استفاده شد. از مواد شیمیایی نیترات روی 6 آبه، گلوگز و سود ساخت شرکت مرک و پپتون، عصارۀ مخمر و نوترنیت براث شرکت کیولب استفاده شد. برای رشد باکتری از محیط کشت سادۀ YEDP[7] با ترکیب 2درصد گلوکز، 2درصد پپتون و 1درصد عصارۀ مخمر استفاده شد. در تمام مراحل برای ساخت محیط کشت و محلول‌ها و شستشو از آب دی‌یونیزه استفاده شد.

سنتز نانوذرۀاکسید روی:  ابتدا 50 میلی‌لیتر محیط کشت مایع YEDP ساخته شده و در اتوکلاو در دمای 121 درجه سانتیگراد به‌مدت 15 دقیقه استریل می‌شود، از پلیت‌های کشت جامد خالص، چند کلونی زانتوموناس‌کمپستریس به محیط کشت مایع YEDP تلقیح شده و سپس به‌مدت 24 ساعت محیط کشت در شیکرانکوباتور در دمای 28 درجه سانتیگراد و چرخش 130 دور در دقیقه قرار داده می‌شود تا باکتری مورد نظر کاملاً رشد کند. pH محیط کشت بعد از رشد به 5/5 می‌رسد؛ سپس محیط کشت بانوترینت براث 4 مرتبه رقیق‌سازی می‌شود و برای رشد بیشتر باکتری، محیط کشت به‌مدت 24 ساعت دیگر در شیکر انکوباتور قرار داده می‌شود. دانسیته نوری محیط کشت باکتری رشدکرده، به‌وسیلۀ دستگاه اسپکتروفتومتر(CHROMTECH UV-VIS ساخت کشور تایوان) در طول موج 600 نانومتر، حدود 3/0 اندازه‌گیری شد. بعد از گرمخانه‌گذاری، pH به‌وسیلۀ سود 4/0 مولار روی 7 تنظیم می‌شود. دانستن pH مخلوط واکنش مهم است؛ چرا که نقش مهمی در پروسۀ سنتز وکنترل شکل و اندازۀ نانوذرات ایفا می‌کند (5 و 23). 10 میلی‌لیتر محلول نیترات روی 1/0 مولار تهیه و استریل می‌شود؛ سپس به50 میلی‌لیتر محیط کشت باکتری اضافه می‌گردد. محلول حاصل در حمام آب گرم  80 درجه سانتیگراد به‌مدت 10 – 5 دقیقه حرارت داده می‌شود، در طی حرارت‌دادن رسوب سفیدرنگی در انتهای ارلن ظاهر می‌شود و این نشان‌دهندۀ آغاز تولید نانوذرات اکسید روی است (شکل1). محیط کشت باکتری بدون محلول نمکی به‌عنوان کنترل مثبت و محلول نمکی نیترات روی بدون محیط کشت باکتری به‌عنوان کنترل منفی در شرایط یکسان آزمایش و حرارت‌دهی شد که فاقد رسوب سفیدرنگ مشاهده‌شده در ارلن محیط کشت و نمک موردنظر در این آزمایش بود. ارلن از حمام آب گرم خارج می‌شود و سپس به‌مدت 24 ساعت در دمای 37 درجه سانتیگراد و چرخش 130 دور در دقیقه در شیکر انکوباتور قرار گذاشته می‌شود تا تمام نانوذرات شروع به رسوب کنند. محصول حاصل در چرخش3400 دور در دقیقه به‌مدت 10 دقیقه سانتریفیوژ شده و سپس 3 بار با آب دی‌یونیزه شستشو داده می‌شود. بعد از آن رسوبات حاصل در دمای 45 درجه سانتیگراد در آون خشک می‌گردد. پودر حاصل در دمای  600 درجه سانتیگراد به‌مدت 2 ساعت به‌منظور حذف بقایای باکتری و مواد آلی کلسینه می‌شود (5 و 23).

 

 

 

شکل 1- رسوب تشکیل‌شده حین حرارت‌دادن محیط کشت باکتری همراه با محلول نمکی

 


.مشخصه‌یابی نانوذرات اکسید روی تشکیل‌شده: برای شناسایی نانوذرات اکسید روی ساخته‌شده، از آنالیزهای متفاوتی استفاده می‌شود تا سنتز این نانو ذره را تأیید کند. پودر حاصل به‌وسیلۀ آنالیز اسپکتروسکوپی مادون قرمز با تبدیل فوریه FTIR[8](دستگاه Bruker مدل 27 Tensor ساخت کشور آلمان) به‌منظور شناخت پیوندها، گروه‌های عاملی درگیر، در محدودۀ طیف بین4000 -400 cm-1 با میانگین 16 اسکن و رزولوشن cm-1 4 سنجش شد. به‌منظور آماده‌سازی نمونه برای این آنالیز پودر حاصل با پتاسیم بروماید به نسبت 1به 100 مخلوط می‌شود و سپس پودر نرم‌شده جهت قرارگیری در دستگاه به‌صورت قرص در آورده شده و در مسیر پرتو برای سنجش قرار می‌گیرد.

 آنالیز طیف سنج پراش اشعۀ ایکس XRD[9] (دستگاه Bruker مدل AdvanceD8ساخت کشور آلمان) با لامپی از جنس آند مس با طول موج Kα حدود 5406/1 آنگستروم در 35 کیلوولت و 35 میلی‌آمپر در رنج زاویه براگ،80> θ2>10 به‌منظور تعیین فازها، تشخیص ساختار کریستالی ماده انجام شد. پودر تولیدشده با آنالیزهای میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM[10]،طیف‌سنجی پراش انرژی پرتو ایکسEDX[11](دستگاهZeiss sigma vp ساخت کشور آلمان) سنجش شد. آنالیز SEMبه‌منظور بررسی شکل، ساختار و سایز نانوذرات و آنالیزEDX برای تعیین عناصر تشکیل‌دهنده و خلوص نمونه است. خواص نوری نانوذرات اکسید روی تولیدی به‌وسیلۀ طیف‌سنجیUV-VIS[12](UVD-3200LABOMEDساخت کشور امریکا) بررسی شد. به این منظور ابتدا پودر تولیدی در آب دیونیزه به‌وسیلۀ دستگاه اولتراسونیک به‌طور یکنواخت پراکنده شد؛ سپس پودر سنتزشده برحسب میزان طیف جذب در طول موج 800-200 نانومتر شناسایی شد.

 

نتایج.

زیست‌ سنتزنانوذرات اکسیدروی مطابق روش ذکرشده درقسمت موادوروش‌ها همراه با آزمایشات کنترل انجام شد.آزمایشات کنترل با استفاده از محلول نمکی بدون حضور میکروراگانیسم ونیزمحیط میکروبی بدون حضورمحلول نمکی درشرایط یکسان انجام گرفت ولی منجر به تولیدرسوب نشد؛ اما در آزمایش اصلی همان‌گونه که درشکل ۱ مشاهده می‌شود رسوب سفیدرنگ در انتهای ارلن بیان‌کنندۀتشکیل نانوذرات اکسید روی است. برای تأیید این موضوع آنالیزهای FTIR، XRD، SEM و EDX انجام گرفت که نتایج آن به شرح زیر است:

آنالیز FTIR برای دستیابی به جزئیات گروه‌های عاملی درگیر سنتز زیستی نانوذرات اکسید روی است شکل 2 آنالیز FTIRنمونه رسوب تولیدشده توسط باکتری زانتوموناس‌کمپستریسرا نشان می‌دهد که پیک‌های برجسته‌ای در3431، 2924،2372، 2340، 1630، 1072و 563 cm-1دارد. پهنای قوی مشاهده‌شده در3431 و 1072 cm-1مربوط به حالت کشش متقارن مولکول‌های آب و ارتعاشات گروه عاملی  O-H است (5 و10).وجوداین پیک‌ها نشان‌دهنده جذب رطوبت ازمحیط اطراف بر روی نانوذرات است. پیک 2924cm-1 مربوط به لرزش‌های کششی گروه عاملی C-H (10) و پیک‌های 2340 –2372 cm-1مربوط به ارتعاشات گروه‌های کربونیل است.پهنای cm-11630 لرزش‌های گروه‌های عاملی N-H و C=C را نشان می‌دهد که می‌توانند مربوط به گروه‌های آمید 1 ووینیل باشند (3 و 10). پیک برجستۀ 1072cm-1هم مربوط به لرزش‌های گروه عاملیO-Hاست (5). وجود پیک‌های ذکرشده ممکن است به‌دلیل وجود اجزای باقیمانده ازمواد آلی و پروتئین‌هادرساختارکریستالی نانوذره و یا بخشی از آن دراثرجذب موادی همچون آب و دی‌اکسیدکربن از محیط بر روی سطح نانوذره باشد. درمراجع مختلف،لرزش‌هایZn-O (اکسیدفلزی) در بازۀ600-400cm-1گزارش شده است (5 و 7)؛بنابراین پیک مشاهده‌شده در 563cm-1متناظر با لرزش کششی نانوذرات اکسید روی است (11). نتایج حاصل از طیف‌سنجی FTIR احتمال حضورگروه‌های عاملی مربوط به پروتئین‌ها را تأیید می‌کنند. براساس نتایج پژوهش‌های قبل، نقش این پروتئین‌ها این است که نانوذرات اکسید روی را تثبیت کنند و باعث جلوگیری از به‌هم‌چسبیدن و آگلومر‌شدن آنها شوند (10).

 

 

شکل2- نمودار FTIR نانومیله‌های اکسید روی سنتزشده توسط زانتوموناس‌کمپستریس

 

 

شکل 3 الگوی XRD پودر سنتزشدۀ نانومیله‌های اکسید روی را نمایش می‌دهد. نانوذرات کریستالی اکسید روی در سطوح (100)،(002)، (101)، (102)، (110)، (103)، (200)، (112)، (201)، (004) و (202) پیک‌هایی را نشان می‌دهند که با داده‌های کریستالوگرافی استاندارد الگوی مرجع 1451 – 36 JCPDS مطابقت دارد. همۀ خطوط پراش گویای سنتز خالص نانوذرۀ اکسید روی با ساختار هگزاگونال (ورتزیت)[13] است. هیچ پیکی ناخالصی و یا وجود فاز دیگری غیر از اکسید روی را بیان نمی‌کند. درواقع به‌وسیلۀ آنالیز XRD خالص‌بودن و تبلور نانوذرات اکسید روی نشان داده شده است (27 و 28).

 

 

 

شکل 3- نمودار XRD نانومیله‌های اکسید روی سنتزشده توسط زانتوموناس‌کمپستریس

 

 

 آنالیز SEM به‌منظور بررسی مورفولوژی و سایز نانوذرات است. شکل 4 تصاویر SEM نانوذرات اکسید روی سنتزشده توسط زانتوموناس‌کمپستریس را نشان می‌دهد که همان‌طور که در تصویر مشخص است، مورفولوژی نانوذرات تولیدشده به‌صورت کریستال‌های میله‌ای‌شکل به‌طول تقریبی300 نانومتر است. قطر سطح مقطع شش گوشۀ این نانوذرات بین 200 – 122 نانومتر با میانگین تقریبی 163 نانومتر است (28).

 شکل 5 آنالیز EDX را نشان می‌دهد که مربوط به بررسی عناصر تشکیل‌دهنده و خلوص محصول است. پیک‌های نشان‌داده‌شده مربوط به عناصر روی، اکسیژن و طلا است که طلای به‌کاربرده‌شده مربوط به آماده‌سازی نمونه برای آنالیز EDX و SEM و پوشش‌دهی پودر اکسید روی بر روی نوارچسب‌های طلا به‌منظور انجام آنالیز است. مقدار روی موجود در پودر سنتزشده 5/76درصد و اکسیژن 5/23درصد است و تأیید می‌کند که نانوذرات تولیدشده خالص است و اثری از ناخالصی عناصر دیگر در آن وجود ندارد (10 و 24).

طیف‌سنجی مرئی –فرابنفش(UV-VIS) پودر سنتزشده در شکل 6 نشان داده شده است؛ همان‌طور که در شکل قابل توجه است، پیک جذب برجسته و مشخصی در376 نانومتر مشاهده می‌شود که در راستای نتایج دیگر(3) بیان‌کنندۀ حضور نانوذرات اکسید روی است.

 

 

 

شکل 4- تصاویر SEM نانو میله های اکسید روی بوسیله ی زانتوموناس کمپستریس

 

 

شکل 5- نمودار EDX نانومیله‌های اکسید روی توسط زانتوموناس‌کمپستریس

 

شکل 6- طیف‌سنجی مرئی- فرابنفش نانومیله‌های اکسید روی توسط زانتوموناس‌کمپستریس

 


بحث و نتیجه‏‏گیری.

 در سال‌های اخیر، در میان تولید نانوذرات اکسید روی به‌وسیلۀ میکروارگانیسم‌ها، بیشتر گزارش‌ها مبنی بر تولید نانوذرات اکسید روی هستند؛ ازاین‌رو تولید اکسید روی به‌شکل نانومیله‌ها به‌دلیل کاربرد آن در صنایع الکترونیک می‌تواند اهمیت زیادی داشته باشد. با توجه به نتایج آنالیزهای گفته‌شده، سنتز نانومیله‌های اکسید روی با فاز هگزاگونال ورتزیت به‌وسیلۀ باکتری زانتوموناس‌کمپستریس برای اولین بار گزارش شد. پیش‌تر باکتری زانتوموناس‌کمپستریس به دلیل تولید صمغ زانتان بسیار در صنعت مورد توجه قرار گرفته است. این نکته گفتنی است که صمغ زانتان تولیدی به‌عنوان عامل تثبیت‌کننده و کاهنده برای تولید نانوذرات پالادیم و طلا و حتی به‌عنوان عامل تثبیت‌کننده و پلیمریزاسیون برای ساخت کامپوزیت اکسید روی استفاده شده است و عوامل مؤثر در فرایند مانند دما، زمان واکنش، غلظت زانتان، pH و... ارزیابی شده‌اند (۲۹، ۳۰ و ۳۱). درواقع در این پژوهش، یک روش سنتز ارزان، غیرسمی، دوستدار محیط زیست و دردسترس برای تولید نانومیله‌های اکسید روی با سایز میانگین قطر 163 نانومتر و طول تقریبی 300 نانومتر به‌وسیلۀ باکتری گرم‌منفی زانتوموناس‌کمپستریس گزارش شده است.

 روشن است که باکتری زانتوموناس‌کمپستریس نقش کلیدی در شکل‌گیری نانومیله‌های اکسید روی دارد و این به این دلیل است که سطح باکتری‌ها پتانسیل الکتریکی منفی دارند که به‌آسانی می‌توانند کاتیون‌ها را جذب کنند و باعث سنتز نانوذرات شوند. تغییر رنگ محیط کشت بعد از 24 ساعت درواقع بیان‌کنندۀ کاهش یون‌های نیترات روی به‌دلیل پروتئین‌های حاضر در محیط مایع است که شکل‌گیری دانه‌های سفیدرنگ نانوذرات اکسید روی را نتیجه می‌دهد.آنالیز FTIR گروه‌های عاملی را نشان می‌دهد که در فرایند سنتز نانوذرات اکسید روی نقش احتمالی دارند. همۀ این گروه‌های عاملی در ساختار پروتئین‌های غشایی موجود هستند. چنین فرض می‌شود که مولکول‌های پروتئین موجود در محیط آبی حالت پوشاننده و تثبیت‌کننده در سنتز نانوذرات اکسید روی دارد و از آگلومره‌شدن و تجمع نانوذرات جلوگیری می‌کند (10). البته گفتنی است که گرچه سنتز زیستی نانومواد ازجمله اکسید روی روشی نوین است و مزایای بسیاری دارد، بسیاری از جنبه‌های آن هنوز به‌دقت شناسایی و بررسی است. با توجه به پژوهش‌های پیشین می‌توان گفت که پارامترها و عوامل زیادی شامل ترکیب محیط کشت، قدرت یونی، pH محیط کشت، سوبسترای استفاده‌شده، زمان و دمای حرارت‌دادن محلول در حمام آب گرم، پتانسیل کلی اکسایش و کاهش می‌توانند در زیست‌سنتز نانوذرات مؤثر باشند (۶، 11 و 23). میزان pH همراه با عواملی نظیر دما و محیط کشت سلولی ممکن است بر سرعت تولید نانوذره، اندازۀ ذرات متشکله و مورفولوژی آن مؤثر باشند و تا اندازه‌ای به‌عنوان عوامل کنترل‌کننده در نظر گرفته شوند. البته نوع و میزان تأثیر بسته به نوع میکرورگانیسم و اینکه نانوذره به‌صورت داخل یا خارج سلولی تولید شود، می‌تواند متفاوت باشد (32). با توجه به اینکه بسیاری از جنبه‌های این تأثیرات هنوز به‌طور کامل شناسایی نشده‌اند، به بررسی دقیق‌تر و پژوهش‌های بیشتری در این زمینه نیاز است.

 



[1]- Wide Direct Band Gap

[2]- High Exciton Binding Energy

[3]-Chemical Vapor Deposition

[4]- Selvarjan

[5]- Ashengroph

[7]- Yeast Extract Peptone Dextrose

[9]- X-Ray Diffraction

[10]-Scanning Electron Microscopy

[11]Energy Dispersive X-Ray Specroscopy

[12]-Ultraviolet Visible Spectroscopy

[13]- wurtzite

(1)              Zhao X., Li M., Lou X. Sol–gel assisted hydrothermal synthesis of ZnO microstructures: Morphology control and photocatalytic activity. Advanced Powder Technology 2014; 25(1): 372-378.

(2)              Panwar RS. Preparation of modified ZnO nanoparticles by sol-gel process and their characterization [Dissertation]. Patiala: Thapar University; 2009.

(3)              Jayaseelan C., Rahuman AA., Kirthi AV., Marimuthu S., Santhoshkumar T., Bagavan A., et al.Novelmicrobial route to synthesize ZnO nanoparticles using Aeromonashydrophilaand their activity against pathogenic bacteria and fungi. SpectrochimicaActa Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2012; 90: 78- 84.

(4)               Lima FA.,VasconcelosI., Lira-Cantu M. Electrochemically synthesized mesoporous thin films of ZnO for highly efficient dye sensitized solar cells. Ceramics International 2015; 41(8): 9314-9320.

(5)              Singh G., Babele PK., Kumar A., Srivastava A., Sinha RP., Tyagi MB. Synthesis of ZnO nanoparticles using the cell extract of the cyanobacterium, Anabaena strain L31 and its conjugation with UV-B absorbing compound shinorine. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 2014; 138: 55-62.

(6)              Prasad K, JhaAK.ZnO nanoparticles: synthesis and adsorption study. Natural Science2009; 1(2): 129-135.

(7)              KundaD, Hazra C,Chatterjee A,ChaudhariA,Mishra S. Extracellular biosynthesis of zinc oxide nanoparticles using Rhodococcuspyridinivorans NT2: Multifunctional textile finishing, biosafety evaluation and in vitro drug delivery in colon carcinoma. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 2014;140: 194-204.

(8)              Lim ZH,Chia ZX, Kevin M, Wong AS,Ho GW.A facile approach towards ZnOnanorods conductive textile for room temperature multifunctional sensors. Sensors and Actuators B: Chemical 2010;151(1): 121-126.

(9)              Kim D., Jeon K., Lee Y., Seo J., Seo K., Han H., et al. Preparation and characterization of UV-cured polyurethane acrylate/ZnOnanocomposite films based on surface modified ZnO. Progress in organic coatings 2012; 74(3): 435-442. 

(10)          Sarkar J., Ghosh M., Mukherjee A., Chattopadhyay D., Acharya K. Biosynthesis and safety evaluation ofZnOnanoparticles. Bioprocess and biosystems engineering 2014; 37(2): 165-171.

(11)          Baskar G., Chandhuru J., Fahad KS., Praveen AS. Mycological Synthesis, Characterization and Antifungal Activity of Zinc Oxide Nanoparticles. Asian Journal of Pharmacy and Technology 2013; 3(4): 142-146.

(12)          Bakrudeen HB., Sugunalakshmi M., Reddy BS. Auto-fluorescent mesoporous ZnO nanospheres for drug delivery carrier application. Materials Science and Engineering 2015; 1(56):335-340.

(13)          Hojati ST., Alaghemand H., HamzeF., Babaki FA., Rajab-Nia R., Rezvani MB., et al. Antibacterial, physical and mechanical properties of flowable resin composites containing zinc oxide nanoparticles. Dental Materials 2013; 29(5): 495-505.

(14)          Poornajar M., Marashi P., Fatmehsari DH., Esfahani MK. Synthesis of ZnOnanorods via chemical bath deposition method: The effects of physicochemical factors.Ceramics International 2016; 42(1): 173-184.

(15)          Sangeetha G., Rajeshwari S., Venckatesh R. Green synthesis of zinc oxide nanoparticles by aloe barbadensis miller leaf extract: Structure and optical properties. Materials Research Bulletin 2011; 46(12): 2560-2566.

(16)          Azizi S., Ahmad MB., Namvar F., Mohamad R. Green biosynthesis and characterization of zinc oxide nanoparticles using brown marine macroalga Sargassummuticuma queous extract. Materials Letters 2014; 116: 275-277.

(17)          Samat NA., Nor RM. Sol–gel synthesis of zinc oxide nanoparticles using Citrus aurantifoliaextracts. Ceramics International 2013; 39:  S545-S548.

(18)          Suganya KU., Govindaraju K., Kumar VG., Dhas TS., Karthick V., Singaravelu G., et al. Blue green alga mediated synthesis of gold nanoparticles and its antibacterial efficacy against Gram positive organisms.Materials Science and Engineering: C 2015; 47: 351- 356.

(19)          Ahmad R., Mohsin M., Ahmad T., Sardar M. Alpha amylase assisted synthesis of TiO 2 nanoparticles: structural characterization and application as antibacterial agents. Journal of hazardous materials 2015; 283: 171-177.

(20)          Jain N., Bhargava A., Tarafdar JC., Singh SK., Panwar J. A biomimetic approach towards synthesis of zinc oxide nanoparticles. Applied microbiology and biotechnology 2013; 97(2): 859-869.

(21)          Ashengroph M. Isolation and characterization of a native strain of Aspergillus nigerZRS14 with capability of high resistance to zinc and its supernatant application towards extracellular synthesis of zinc oxide nanoparticles.Biological Journal of Microorganism 2013; 2(7): 29-44.

(22)          Ashengroph M. Extracellular Synthesis of Silver Nanoparticles by Ralstoniasp. SM8Isolated from the Sarcheshmeh Copper Mine. Biological Journal of Microorganism 2014; 3(9): 53-64.

(23)          Selvarajan E., Mohanasrinivasan V. Biosynthesis and characterization of ZnO nanoparticles using Lactobacillus plantarum VITES07.Materials Letters 2013; 112: 180-182.

(24)          Raliya R., Tarafdar JC. ZnOnanoparticle biosynthesis and its effect on phosphorous-mobilizing enzyme secretion and gum contents in Clusterbean (Cyamopsistetragonoloba L). Agricultural Research 2013; 2(1): 48-57.

(25)          Ashengroph M. Fast and extracellular synthesis of zinc oxide nanocrystals using the novel isolated yeast strain Candida sp. MY2. journal of cell and molecular research 2014; 27(2): 155-166.

(26)          Niknezhad V., Asadollahi M., Biria D., Zamani A. Optimization of microbial production of xanthan gum by the bacterium Xanthamonascampestris using the hydrolyzed starch. Biological Journal of Microorganism 2013; 2(5): 1-10.

(27)          Huang N., Shu J., Wang Z., Chen M., Ren C., Zhang W. One-step pyrolytic synthesis of ZnO nanorods with enhanced photocatalytic activity and high photostability under visible light and UV light irradiation. Journal of Alloys and Compounds 2015; 648: 919- 929.

(28)          Ocakoglu K., Mansour SA., Yildirimcan S., Al-Ghamdi AA., El-Tantawy F., Yakuphanoglu F. Microwave-assisted hydrothermal synthesis and characterization of ZnO nanorods. SpectrochimicaActa Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2015; 148: 362- 368

(29)          Amrutham S k., Maragoni V., Dasari A., Guttena V. Green synthesis, characterization and catalytic activity of palladium nanoparticles by xanthan gum. Applied Nanoscience 2015; 5: 315- 320.

(30)          Deep P, Sravani P, Hitesh K, Shyam S R, Ramakrishna S. Xanthan gum stabilized gold nanoparticles: Characterization, biocompatibility, stability and cytotoxicity Carbohydrate Polymers 2014; 110:1-9.

(31)          Ting-Ting L., Mao-Hua W., Han-Ping Zh., Zhong-Yin Z. Sol–gel synthesis of doped nanocrystalline ZnO powders using xanthan gum and varistor properties study. Journal of Materials Science: Materials in Electronics 2015; 26: 9056-9062.

(32)          Xiangqian L, Huizhong X, Zhe-Sheng C, and Guofang C. Biosynthesis of nanoparticles by microorganisms and their applications. Journal of Nanomaterials 2011; 8: 16 pages: DOI=http://dx.doi.org/10.1155/2011/270974.