Наночастицы биогенного происхождения и их использование для получения композитов различного назначения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.06, кандидат наук Журавлева Ольга Алексеевна

• Журавлева Ольга Алексеевна
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Журавлева Ольга Алексеевна

ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Основные принципы «зеленого синтеза» наночастиц сульфидов металлов

1.2. Бактериальный синтез нанокристаллических частиц сульфидов серебра, кадмия и цинка. Характеристики покрывного белкового слоя биогенных

наночастиц

1.3. Перспектива применения биогенных наночастиц сульфидов металлов

для создания полимерных бионанокомпозитных материалов

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Материалы, приборы

Реактивы

Растворы

Оборудование

2.2. Методы исследования

Метод просвечивающей электронной микроскопии для анализа ультратонких

срезов бактериальных клеток и биогенных наночастиц сульфидов металлов

Метод электрофоретического разделения белков в полиакриламидном геле

в денатурирующих условиях

Метод масс-спектроскопии MALDI-TOF/TOF для идентификации белков

Определение концентрации бактериального белка на поверхности наночастиц

и в культуральной жидкости

Метод динамического рассеяния света для определения электрофоретических

характеристик биогенных наночастиц сульфидов металлов

Метод спектрофлуориметрии для анализа оптических свойств биогенных

наночастиц сульфидов металлов

Методы подтверждения наличия биогенных наночастиц сульфидов металлов

в составе полимерных бионанокомпозитов

Элюентный метод разделения бионанокомпозитной системы NpAg2S/иониты

Методы рентгеновской диагностики

Метод сканирующей электронной микроскопии

2.3. Методики

2.3.1. Культивирование микроорганизмов

2

Штаммы микроорганизмов

Приготовление питательных сред для культивирования бактерий

2.3.2. Методика определения эффективности получения биогенных наночастиц сульфидов металлов в зависимости от фазы роста бактериального

штамма (на примере NpCdS/B. subtilis 168)

Весовой метод определения концентрации наночастиц в водной суспензии

2.3.3. Стандартная методика проведения биосинтеза NpAg2S с использованием штаммов микроорганизмов: S. oneidensis MR-1, E. coli K-12 и B. subtilis

2.3.4. Оптимизированная методика биосинтеза NpCdS и NpZnS с использованием бактериального штамма S. oneidensis MR-1 и B. subtilis

2.3.5. Методика термической инактивации живых бактериальных клеток

2.3.6. Методики создания полимерных бионанокомпозитных материалов

Методика иммобилизации NpAg2S/S. oneidensis MR-1 на ионообменные смолы

различных типов

Методика иммобилизации биогенных наночастиц сульфидов металлов на

поверхность аминированных хлорметилированных полистирольных микросфер

Методика иммобилизации биогенных наночастиц сульфидов металлов на

поверхность аминосодержащих полиглицидилметакрилатных микросфер

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Роль бактериальных клеток в формировании биогенных наночастиц

сульфидов металлов (на примере биосинтеза NpAg2S/S. oneidensis MR-1)

3.1.1. Влияние фазы роста бактериальной культуры на эффективность биосинтеза наночастиц сульфидов металлов (на примере NpCdS/B. subtilis 168)

3.1.2. Влияние параметров проведения бактериального синтеза на эффективность образования биогенных наночастиц сульфидов металлов (весовой метод)

3.1.3. Оптимизация метода получения биогенных NpAg2S, NpCdS и NpZnS

3.2. Исследование состава стабилизирующего поверхностного слоя биогенных наночастиц

3.2.1. Электрофорез белков, выделенных с поверхности биогенных наночастиц сульфидов металлов, в полиакриламидном геле в денатурирующих условиях

3.2.2. Идентификация белков, выделенных с поверхности наночастиц

сульфидов металлов (метод масс-спектроскопии MALDI-TOF/TOF)

3.2.3. Определение концентрации белка на поверхности наночастиц и

в культуральной жидкости (на примере NpAg2S/S. oneidensis MR-1/E. coli K-12/

3

B. subtilis 168)

3.3. Физико-химические свойства биогенных наночастиц сульфидов металлов

3.3.1. Форма, размер и элементный состав биогенных наночастиц (метод ПЭМ)

3.3.2. Электрофоретические характеристики биогенных наночастиц

сульфидов металлов (метод динамического рассеяния света)

3.3.3. Оптические свойства биогенных наночастиц сульфидов металлов

(метод спектрофлуориметрии)

3.4. Создание модельного полимерного бионанокомпозита

3.4.1. Иммобилизация биогенных наночастиц на ионообменные смолы

3.4.2. Бионанокомпозит на основе аминированных хлорметилированных полистирольных микросфер и биогенных наночастиц в качестве наполнителя

3.4.3. Бионанокомпозит на основе аминосодержащих полиглицидилметакрилатных микросфер и биогенных наночастиц в качестве наполнителя

ВЫВОДЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Наночастицы биогенного происхождения и их использование для получения композитов различного назначения»

ВВЕДЕНИЕ*

Актуальность темы. Нанотехнологии сегодня одно из ведущих направлений научно-технического прогресса. В настоящее время большой интерес исследователей направлен на получение и изучение такого важного класса наноматериалов как нанокристаллы полупроводников, также известные под названием квантовые точки (КТ), среди которых особое место занимают халькогениды металлов, в частности, сульфиды серебра, кадмия и цинка (далее, NpAg2S, NpCdS и NpZnS) в силу их уникальных электронных и оптических свойств. Квантовые точки NpAg2S, NpCdS и NpZnS находят разнообразное применение как элементы солнечных батарей, как фотокатализаторы для разложения трудно деградируемых красителей, но особенно перспективно использование КТ в биологических и медицинских исследованиях в качестве неорганических флуорофоров для прижизненной визуализации тканей. При этом основными критериями, выдвигаемыми к таким флуорофорам, являются их биосовместимость с компонентами контактирующих биологических сред, высокая стабильность, отсутствие токсичности, узкий спектр испускаемого света.

Физико-химические методы получения наночастиц халькогенидов металлов связаны обычно с большими энергозатратами, высокими температурами и давлением, токсичными отходами, а в качестве стабилизирующего слоя необходимо использовать дополнительные поверхностно-активные вещества. В последние годы все большее развитие приобретает биотехнологический способ получения наночастиц различного химического состава с использованием биологических агентов, в частности, микроорганизмов - «зеленый синтез» наночастиц. Биосинтез наночастиц отличается экологической безопасностью, возможностью проведения процесса в аэробных условиях, при низком давлении и нормальной температуре, что позволяет получать наночастицы, которые по своим физико-химическим характеристикам сравнимы с наноматериалами, синтезированными традиционными промышленными способами. При этом наночастицы, полученные в биологических системах, отличаются от физико-химических аналогов наличием на их поверхности белкового слоя молекул, формируемого биоагентом, и обеспечивающего длительную стабильность частиц в водных суспензиях. Белковое покрытие придает уникальность биогенным наночастицам, влияет на их физико-химические свойства и взаимодействие с тканями и клетками живых организмов. Однако, несмотря на подтверждение наличия белковых молекул на поверхности биогенных наночастиц,

*В анализе работы при ее прохождении и при подготовке работы к защите принимала участие к.б.н., с.н.с., г.н.с. лаборатории белковой инженерии НИЦ «Курчатовский институт» - ГосНИИгенетика Воейкова Т.А.

в научной литературе отсутствуют какие-либо сведения об их количественном и качественном разнообразии в зависимости от биоагентов, используемых в процессе биосинтеза наночастиц. Поэтому для дальнейшего применения биогенных наночастиц в различных областях промышленности и биомедицинских исследованиях требуется комплексное изучение свойств поверхностного слоя биомолекул и оценка его влияния на различные характеристики готового наноматериала.

Таким образом, актуальным является анализ физико-химических и биологических свойств биогенных наночастиц халькогенидов металлов, полученных с помощью оптимизированного микробного синтеза, с целью создания принципиально новых полимерных бионанокомпозитных материалов с отличительными свойствами.

Цель исследования: биосинтез наночастиц NpAg2S, NpCdS и NpZnS с использованием микроорганизмов различных таксономических групп (Shewanella oneidensis MR-1, Escherichia coli K-12, Bacillus subtilis 168), анализ физико-химических свойств биогенных наночастиц сульфидов металлов и исследование состава их стабилизирующего поверхностного слоя. Применение биогенных NpAg2S, NpCdS и NpZnS для иммобилизации их на полимерные носители различного назначения и исследование характеристик новых бионанокомпозитных материалов.

Задачи исследования:

1. Разработать эффективный метод биосинтеза NpAg2S, NpCdS, NpZnS с использованием микроорганизмов различных таксономических групп - грамотрицательных S. oneidensis MR-1, E. coli K-12 и грамположительной бактерии B. subtilis 168.

2. Охарактеризовать NpAg2S, NpCdS, NpZnS в отношении формы, размера, полидисперсности, эффективного диаметра, Z-потенциала в зависимости от применяемых при биосинтезе штаммов - S. oneidensis MR-1, E. шli K-12, B. subtilis 168.

3. Провести количественный и качественный сравнительный анализ состава белков, сорбированных на поверхности биогенных наночастиц, в зависимости от использованных штаммов - S. oneidensis MR-1, E. шИ K-12, B. subtilis 168, методом электрофореза белков в полиакриламидном геле.

4. Идентифицировать белки, адсорбированные на поверхности всех видов биогенных наночастиц, методом масс-спектроскопии MALDI-TOF/TOF.

5. Провести иммобилизацию NpAg2S/S. oneidensis MR-1 на ионообменные смолы различных типов для исследования поверхностного заряда биогенных наночастиц с целью подбора оптимальных полимерных матриц.

6. Провести иммобилизацию NpAg2S, NpCdS и NpZnS, полученных с использованием

6

бактерий S. oneidensis MR-1 и B. subtilis 168, на поверхность аминированных хлорметилированных полистирольных микросфер.

7. Иммобилизовать наночастицы NpAg2S, NpCdS и NpZnS, синтезированные в присутствии S. oneidensis MR-1, на поверхность аминосодержащих полиглицидилметакрилатных микросфер.

8. Исследовать эффективность иммобилизации различных типов наночастиц на полимерные матрицы в зависимости от устойчивости наночастиц к агломерации в водных суспензиях.

Научная новизна работы:

Впервые разработан оптимизированный, эффективный метод внеклеточного микробного синтеза наночастиц NpAg2S, NpCdS и NpZnS с использованием солей соответствующего металла (AgNO3, CdCh, ZnCh) и источника серы (Na2S2O3, Na2S) в аэробных условиях при нормальной температуре и давлении в присутствии различных видов микроорганизмов -грамотрицательных S. oneidensis MR-1, E. coli K-12 и грамположительной B. subtilis 168. Доказана эффективность биосинтеза наночастиц сульфидов металлов для всех трех штаммов микроорганизмов.

Проведена оптимизация метода получения биогенных NpAg2S, NpCdS и NpZnS, которая позволила увеличить выход наночастиц на 15 %, существенно сократить время и упростить схему получения биогенных наночастиц.

Впервые установлено, что характеристики биогенных наночастиц - размер, форма, Z-потенциал, эффективный диаметр зависят от вида бактерий, использованных для их получения. Установлена решающая роль бактерий в формировании белкового покрытия биогенных наночастиц.

Впервые проведен сравнительный анализ состава стабилизирующего белкового слоя NpAg2S, NpCdS, NpZnS, полученных с использованием различных штаммов. Продемонстрирована избирательность сорбции белков на поверхность биогенных наночастиц сульфидов металлов из общего набора белков, синтезируемых бактериями. Впервые показано, что состав белков, адсорбированных на поверхности биогенных наночастиц сульфидов металлов, практически не зависит от химической природы наночастиц, а определяется штаммом, участвующим в биосинтезе наночастиц.

Впервые продемонстрирована возможность использования биогенных наночастиц сульфидов металлов в качестве квантовых точек и изучены условия их иммобилизации на поверхность полимерных носителей с положительным зарядом.

Теоретическая и практическая значимость работы

Приведенные оптимизированные методики биосинтеза NpAg2S, NpCdS и NpZnS с использованием грамотрицательных и грамположительных штаммов микроорганизмов существенно пополнят исследовательскую базу в области биотехнологического способа получения наночастиц различного химического состава, в том числе наноразмерных халькогенидов металлов, занимающих лидирующие позиции в биомедицинских исследованиях. Анализ белкового покрытия NpAg2S, NpCdS, NpZnS позволил не только выявить определенные закономерности формирования стабилизирующего поверхностного слоя заявленных наночастиц, но и расширить представления о роли бактерий в механизме образования наночастиц, устойчивых к а агломерации в водных суспензиях.

Биогенные наночастицы NpAg2S, NpCdS, NpZnS перспективны для использования в качестве высокочувствительных диагностических тест-объектов. Предварительные данные по использованию полимерных бионанокомпозитных систем для мониторинга и оценки уровня активации нейтрофильных лейкоцитов крови человека показали, что создание таких тест-систем будет способствовать решению актуальной проблемы своевременной диагностики развития инфекционных заболеваний.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Оригинальный оптимизированный биотехнологический способ получения наночастиц сульфидов металлов с использованием микроорганизмов с увеличением выхода наночастиц.

2. Получение стабильных водных суспензий NpAg2S, NpCdS и NpZnS, синтезированных в присутствии микроорганизмов различных видов - S. oneidensis MR-1, E. coli K-12, B. subtilis 168.

3. Результаты исследования физико-химических свойств биогенных NpAg2S, NpCdS, NpZnS в отношении формы, размера, эффективного диаметра, Z-потенциала, полидисперсности.

4. Данные качественного и количественного анализа стабилизирующего белкового слоя, адсорбированного на поверхности NpAg2S, NpCdS, NpZnS.

5. Методики, результаты иммобилизации биогенных наночастиц на поверхность полимерных носителей различной природы и апробация в качестве тест-систем.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены на Всероссийской

молодежной конференции «Химическая технология функциональных наноматериалов»

(Россия, Москва, 2015), I German-Russian Interdisciplinary student workshop «Nanoscale

interdisciplinary research: physics, chemistry, biology, mathematics» (Russia, Moscow, 2017), XXIV

и XXV Международных научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых

«Ломоносов-2017» и «Ломоносов-2018» (Россия, Москва, 2017 и 2018), Научно-практическом

8

семинаре «Люминесценция и её применение в народном хозяйстве» (Россия, Москва, 2018), I Научно-технической конференции «Материалы с заданными свойствами на переходе к новому технологическому укладу: химические технологии» (Россия, Москва, 2018), XVII Конференции молодых ученых и специалистов «Новые материалы и технологии», КМУС-2018 (Россия, Санкт-Петербург, 2018), Школе-конференции «Генетика микроорганизмов: от геномики к биоэкономике» (Россия, Пущино, 2018).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 24 печатные работы, в том числе 6 статей в реферируемых научных журналах, рекомендованных ВАК, и 18 тезисов докладов на российских и международных конференциях.

Личный вклад автора состоял в постановке цели и задач исследования, планировании и проведении экспериментов, интерпретации и обобщении полученных результатов, подготовке и написании научных публикаций. Все новые результаты, включенные в работу, получены автором самостоятельно или при его непосредственном участии.

Структура и объем диссертации. Работа изложена на 108 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов и их обсуждения, выводов и списка литературы, который включает 123 источника. Диссертация содержит 41 рисунок и 10 таблиц.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Основные принципы «зеленого синтеза» наночастиц сульфидов металлов

В настоящее время большое внимание исследователей направлено на получение и изучение такого важного класса наноматериалов как полупроводниковые нанокристаллы, также известные под названием квантовые точки (далее, КТ). Полупроводниковые КТ, состоящие в основном из материалов периодических групп П-У1, такие как CdS, ZnS, PbS, CdSe, а также Ag2S, привлекают значительный интерес для применений в обширных областях промышленности, а также в рамках биомедицинских исследований. Так, например, в оптоэлектронике [1, 2], фотокатализе для разложения трудно деградируемых красителей и других промышленных отходов [3-6], диагностической медицине раковых заболеваний [7-9], для адресной доставки лекарств и в терапии, для создания биосенсоров, в флуоресцентной маркировке, применяемой в клинических исследованиях, для прижизненной визуализации органов и тканей [9-12], в фотоэлементах [13], при создании солнечных панелей [2, 14].

Для флуоресцентных применений, КТ, по сравнению с обычными флуорофорами, обладают такими превосходными оптическими свойствами, как размерно-настраиваемые испускания флуоресценции, высокий квантовый выход и коэффициент экстинкции (в 10-100 раз превосходящий этот же показатель для органических красителей), узкая полоса испускания света и широкая полоса поглощения в диапазоне от УФ- до видимой области оптического спектра, позволяющая одновременное возбуждение на кратных длинах волн, а также повышенная фотостабильность и сопротивляемость к фотообесцвечиванию (Рис. 1.1) [15, 16]. Оптические, электронные и химические свойства нанокристаллических КТ обусловлены их размерами, которые граничат с радиусом экситона Бора, т. е. до 10 нм [17]. Вследствие этого движение носителей заряда ограничено по причине квантовых эффектов, приводящих к поглощению энергии и фотолюминесценции на дискретных уровнях, зависящих от размера частиц [18]. Иначе говоря, уникальные свойства подобного типа наночастиц определяются эффектом квантового размера. Следовательно, поиск, разработка новых эффективных методов, позволяющих контролировать форму и размер нанокристаллических частиц, является практически значимым. Так, оценки показывают, что мировой рынок КТ достигнет 4704 млн. долларов США к 2020 году при совокупном среднегодовом темпе роста 63,61 % с 2014 по 2020 год [19].

На сегодня известны такие разнообразные методы, как химический синтез [20], синтез в микроэмульсиях, метод ультразвукового облучения [21, 22] и микроволновой синтез [23], золь-

гель метод [24], термолиз [25, 26], сольватермический процесс [27], метод осаждения в химической ванне и многие другие, нацеленные на получение наноматериалов с адаптируемыми свойствами и четкую воспроизводимость конечных результатов синтеза.

DECREASING QD PARTICLE SIZE Inml

400 450 500 550 600 650 700 750

¥УДУё1_ёЫйТН (пт)

Рис. 1.1. Размерно-настраиваемые спектры флуоресценции КТ [15].

Несмотря на то, что физико-химические методы достаточно успешны, эти процессы все равно остаются технически сложными, многостадийными, энерго- и финансово затратными. Отмечается, что химические методы синтезы затрудняют получение высококачественных КТ требуемого размера с высоким квантовым выходом [18]. Кроме того, получение наночастиц сульфидов металлов невозможно без использования сероводорода (Н^), сульфида натрия (Na2S), тиосульфата натрия (Na2S2Oз), тиоацетамида (СШС^КНз), длительное воздействие которых может привести к существенным проблемам как с экологической безопасностью, так и со здоровьем человека [28, 29]. Такие стабилизаторы как триоктилфосфиноксид (ТОФО), этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА), длинноцепочечные амины (гексадециламин, октиламин, диоктиламин, этилендиамин), используемые во многих синтезах, также являются небезопасными, а подчас и достаточно токсичными. Многие из перечисленных методов невозможны без применения органических растворителей, требуют проведения в реакционных средах, исключающих содержание воды и кислорода [30]; некоторые из таких методов включают металлоорганическую обработку, проводимую при высоких температурах. Например, в высокотемпературном металлоорганическом синтезе таких халькогенидных

наночастиц, как CdS, во избежание их агломерации используют ТОФО в качестве стабилизирующего полимерного покрытия, однако это приводит к растворимости наночастиц только в хлороформе, толуоле и других, исключительно органических растворителях [31]. Такой результат вызывает проблему дальнейшего применения наночастиц CdS в биологических средах. Решением является дополнительная модификация поверхности нанокристаллов путем прикрепления гидрофильных групп, что, несомненно, осложняет процесс получения биосовместимых наночастиц и внедрения подобных нанокристаллических сульфидов металлов в область биомедицинских исследований.

Альтернативой и дополнением традиционных методов получения функциональных наноматериалов может стать активно исследуемый биотехнологический способ, чаще именуемый «зеленым синтезом». В его основе лежит использование различных биосистем: бактерий, грибов, дрожжей, экстрактов растений и водорослей [18, 32-34], при этом биосинтез наночастиц часто проводится в аэробных условиях, при атмосферном давлении, нормальной температуре и нейтральном рН, в присутствии химических реактивов, токсичность которых ограничена их небольшими концентрациями и малой продолжительностью контакта во время проведения процесса. На рисунке 1.2 в качестве примера представлено схематическое изображение биосинтеза наночастиц металлов с использованием различных биосистем, в том числе бактерий [34].

Отметим, что наиболее исследованными биосистемами для биотехнологического получения наночастиц металлов и их соединений, сульфидов металлов и флуоресцентных КТ, являются различные виды микроорганизмов [15, 19, 33-35]. Во многом этот выбор объясняется тем, что бактерии демонстрируют устойчивость к воздействию тяжелых металлов и их бионакоплению, что связано с участием ферментативных активностей, превращающих ионы металлов в сформировавшиеся наночастицы [36]. Примером такого поведения может служить металл-восстанавливающая электрогенная бактерия Shewanella oneidensis MR-1, несущая в своих клетках специфические, терминальные редуктазы, вступающие в ферментативные процессы восстановления металлов из природных субстратов [33]. Интересно, что микроорганизмы могут быть также генетически модифицированы для различных практических целей, например, выработки сульфид-ионов (S2-) для увеличения производства наноразмерных полупроводниковых частиц [29]. Например, в обзорной статье [29] в качестве примера приводится работа [37], показавшая, что введение чужеродных генов в бактериальный штамм Escherichia coli, кодирующих связывание пептидов с CdS, может обеспечить повышенную скорость синтеза КТ CdS, а также проявлять контроль над их размером.

Рис. 1.2. Общая схема с графическим представлением микробного синтеза наночастиц металла [34].

Особое место среди разнообразных видов бактерий, применяемых в биосинтезе наноразмерных сульфидов металлов, отводится сульфатвосстанавливающим бактериям (sulfate reducing bacteria, SRB) из-за их природной способности эффективно восстанавливать соединения серы до более низкого окислительно-восстановительного состояния, что является следствием механизма диссимиляторной сульфатредуктации, присущей анаэробам [29]. Например, авторами статьи [38] было продемонстрировано использование биопленок, содержащих бактерии SRB, в том числе Desulfobacteriaceae sp., в синтезе кристаллов сфалерита размером 2-5 нм. В более поздней работе [39] была осуществлена попытка получить смешанные кристаллы сфалерита и вюрцита - кристаллические модификации ZnS - размером от 4 до 12 нм, которые, однако, были описаны как весьма дефектные по своей кристаллической структуре.

Помимо этого, использование микроорганизмов влечет за собой значительное снижение затрат, из-за того, что они могут быть легко получены из природных проб, особенно в случае

13

широко распространенной SRB, которая часто встречается в почве, бытовых отложениях, промышленных сточных водах [29, 35, 40], что обеспечивает экономическую целесообразность процессу биотехнологического получения наночастиц. Кроме того, тип бактерии, выбираемой для получения наночастиц, также может снизить траты, связанные с технологическим процессом и облегчить проведение биосинтеза. Так, в работе [41] были синтезированы КТ CdS с использованием стрессоустойчивой психрофильной Антарктической бактерии Pseudomonas spp. всего при 15 °C в присутствии прекурсоров ионов Cd2+ и S2-. В случае, если нет возможности проводить биосинтез в условиях малых температур, то и здесь можно прибегнуть к использованию бактериальных штаммов, легко переносящих повышенные температуры. Например, для масштабируемого производства наночастиц ZnS при 65 °C авторы [42] использовали термофильную бактерию Thermoanaerobacter.

Таким образом, биосинтезированные наночастицы не требуют больших финансовых затрат при получении и при этом характеризуются экологичностью, а также, что немаловажно, высокой устойчивостью к агломерации в водных растворах, сохраняемой в течение нескольких месяцев, и биосовместимостью [43-45].

Именно функциональность, биосовместимость и природная стабильность биогенных наночастиц в водной среде, не требующая применения дополнительных синтетических поверхностно-активных веществ (далее, ПАВ), притягивает внимание исследователей и делает их перспективными для биомедицины. Такое поведение наночастиц биогенного происхождения объясняется наличием на их поверхности белков, полисахаридов и других биополимерных молекул, детектируемых различными аналитическими методами исследования, среди которых наиболее часто применяются ИК-спектроскопия и ИК-спектроскопия с Фурье-преобразованием (FTIR), а также масс-спектроскопия [32, 33, 45-48]. При этом сообщается, что удаление биополимерных молекул с помощью детергентов приводило к агрегации и осаждению биогенных наночастиц [45]. Во многих работах отмечается, что белки, полифосфаты и аминокислоты, а также карбоксильные и аминогруппы биомолекул, первичные и вторичные амины, выделяемые бактериальными клетками и адсорбируемые на поверхность биогенных наночастиц, не только предотвращают их агломерацию, обеспечивая получение высокостабильных коллоидных систем, но также могут играть важную роль в биологическом производстве КТ посредством контролирования нуклеации нанокристаллов, их роста, размера, морфологии [18, 32], а также оказывают влияние на оптические и электронные свойства. Подробнее вопрос стабилизации биогенных наночастиц будет рассмотрен далее в разделе 1.2.

Однако, как отмечают многие эксперты, необходимо решить ряд серьезных вопросов

экспериментального характера, прежде чем биогенные КТ достигнут коммерческого успеха.

14

Требуется определить характеристики и возможности микроорганизмов, участвующих в биосинтезе нанообъектов различного химического состава, кристаллической структуры, формы и размера; разработать методы контроля и регулирования физико-химических свойств биогенных нанокристаллов; оптимизировать процессы их экстракции и очистки; оценить количество получаемого наноматериала и повысить его выход. При этом на сегодняшний день, несмотря на наличие обширных, многоплановых работ в области биотехнологического получения наночастиц металлов и их соединений с привлечением различных биосистем (в особенности, микроорганизмов), практически не освещаются вопросы количественной и качественной оценки стабилизирующего покрывного белкового слоя биогенных наночастиц, вследствие чего отсутствует четкое представление механизмов процесса биосинтеза [33, 49], нет готовых «рецептов» эффективного синтеза наночастиц конкретного химического состава.

Так, например, при проведении бактериального синтеза наночастиц металлов и их солей (в том числе, сульфидов металлов) следует учитывать такие возможные его вариации, как внеклеточный и внутриклеточный, определяемые исключительно физиологическими особенностями микроорганизма [32, 33, 34, 49, 50]. При внутриклеточном механизме в микробной клетке происходит своеобразная транспортировка ионов посредством разветвленной электрон-транспортной цепи, которая использует внутриклеточные ферменты, предназначенные для восстановления ионов до наночастиц. Готовые наночастицы затем покидают клетку, диффундируя через клеточную стенку. Последняя играет основополагающую роль во внутриклеточном механизме, поскольку обладает отрицательным зарядом, необходимым для электростатического взаимодействия с положительно заряженными ионами металлов [32]. Внеклеточный механизм, наоборот, главным образом основан на специфическом восстановлении ионов металлов путем воздействия на них NADH-зависимой редуктазы или нитрат-зависимой редуктазы [32, 34, 49, 50]. Таким образом, механизм внеклеточного синтеза представляет собой двухстадийный процесс образования наноструктур на поверхности клеточной стенки, где вначале происходит захват ионов металла на клеточную поверхность вследствие электростатического взаимодействия между ионами металлов и отрицательно заряженными группами в ферментах, присутствующих при клеточной стенке, которое затем приводит к ферментному восстановлению ионов до наночастиц [49]. Вариации механизмов внутриклеточного и внеклеточного синтеза наночастиц металлов с использованием бактерий схематично представлены на рисунке 1.3 [50].

Рис. 1.3. Внутриклеточный и внеклеточный бактериальный синтез наночастиц металлов

[50].

Значительный вклад бактериальных структур в формирование биогенных наночастиц различного химического состава доказан в ряде работ. Так, более ранние сообщения указывали на участие NADH-зависимых нитратредуктаз в биовосстановлении металла из соответствующей соли. Был предложен возможный механизм биовосстановления ионов серебра (Ag+) в наночастицы Ag с помощью актинобактерии Streptomyces sp. LK3 при комнатной температуре, который схематично изображен на рисунке 1.4 [34, 51]. Данное исследование показало, что фермент нитратредуктаза был ответственен за процесс биовосстановления в условиях присутствия единственной соли AgNOз. Бактериальная культура не только продемонстрировала восстановление нитрат-иона ^О3") до нитрита (N0^), но также показала последующее восстановление N0^ до N20 и N2. Было установлено, что наночастицы Ag были стабильны в течение нескольких месяцев без использования каких-либо вспомогательных ПАВ, агломерация наночастиц не наблюдалась. Таким образом, биогенные наночастицы Ag были получены простым, экономичным и экологичным способом. В другом исследовании был продемонстрирован синтез монодисперсных наночастиц Ag с использованием бактерии Alcaligenes faecalis, который также показал, что восстанавливающие агенты, такие как NADH и NADH-зависимые редуктазы, продуцируемые бактериальной культурой в супернатанте, главным образом отвечали за биосинтез наночастиц Ag [52].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Журавлева Ольга Алексеевна, 2020 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Murugadoss, G. Synthesis and photoluminescence properties of zinc sulfide nanoparticles doped with copper using effective surfactants / G. Murugadoss // Particuology. - 2013. - V. 11. - P. 566-573.

2. Ali, S.M. Efficiency enhancement of perovskite solar cells by incorporation of CdS quantum dot through fast electron injection / S.M. Ali, S.M. Ramay, M.M. Aziz, N. ur-Rehman, M.S. AlGarawi, S.S. AlGhamad, A. Machmood, T.S. AlKhuraiji, S. Atig // Organic Electronics. - 2018. -V. 62. - P. 21-25.

3. Jabeen, U. Photo catalytic degradation of Alizarin CdS using ZnS and cadmium doped ZnS nanoparticles under unfiltered sunlight / U. Jabeen, S.M. Shah, S.U. Khan // Surface and Interfaces. -2017. - V. 6 - Р. 40-49.

4. Chen, F. Facile synthesis of CdS nanoparticles photocatalyst with high performance / F. Chen, Y. Cao, D. Jia, X. Niu // Ceramics International. - 2013. - V. 39. - P. 1511-1517.

5. Pourahmad, A. Ag2S nanoparticle encapsulated in mesoporous material nanoparticles and its application for photocatalytic degradation of dye in aqueous solution / A. Pourahmad // Superlattices andMicrostructures. - 2012. - V. 52. - P. 276-287.

6. Ye, Z. A comparative study of photo catalytic activity of ZnS photocatalyst for degradation of various dyes / Z. Ye, L. Kong, F. Chen, Z. Chen, Y. Lin, C. Liu // Optik. - 2018. - V. 164. - P. 345354.

7. Бражник, К.И. Новые направления в исследовании и ранней диагностике рака с применением детекционных систем на основе флуоресцентных нанокристаллов / К.И. Бражник, М.А. Барышникова, З.А. Соколова, И.Р. Набиев, А.В. Суханова // Российский биотерапевтический журнал. - 2013. - T. 12. - № 3. - С. 11-24.

8. Iravani, S. Bacteria in nanoparticle synthesis: current status and future prospects / S. Iravani // International Scholarly Research Notices. - 2014. V. 2014. - P. 1-18.

9. Li, C. In vivo real-time visualization of tissue blood flow and angiogenesis using Ag2S quantum dots in the NIR-II window / C. Li, Y. Zhang, M. Wang, G. Chen, L. Li, D. Wu, Q. Wang // Biomaterials. - 2014. - V. 35. - P. 393-400.

10. Heiba, Z.K. Structural tuning of CdS nanoparticles with nucleation temperature and its reflection on the optical properties / Z.K. Heiba, M.B. Mohamed, N.G. Imam // Journal of Molecular Structure. - 2015. - V. 1094. - P. 91-97.

11. Bouccara, S. Enhancing fluorescence in vivo imaging using inorganic nanoprobes / S. Bouccara, G. Sitbon, A. Fragola, V. Lorette, N. Lequeny, T. Pons // Current Opinion in Biotechnology.

- 2015. - V. 34. - P. 65-72.

12. Jiang, P. Water-soluble Ag2S quantum dots for near-infrared fluorescence imaging in vivo / P. Jiang, C.-N. Zhu, Z.-L. Zhang, Z.-Q. Tian, D.-W. Pang // Biomaterials. - 2012. - V. 33. - P. 51305135.

13. Cate, T.S. Generating free charges by carrier multiplication in quantum dots for highly efficient photovoltaics / T.S. Cate, C.S.S. Sandeep, Y. Liu, M. Law, S. Kinge, A.J. Houtepen, J.M. Schins, L.D.A. Siebbeles // Acc. Chem. Res. - 2015. V. - 48. - № 2. - P. 174-181.

14. Pawar, S.A. Quantum dot sensitized solar cell based on TiO2/CdS/Ag2S heterostructure / S.A. Pawar, D.S. Patil, J.H. Kim, P S. Patil, J.C. Shin // Electrochimica Acta. - 2016. - V. 203. - P. 74-83.

15. Jacob, J.M. Microbial synthesis of chalcogenide semiconductor nanoparticles: a review / J.M. Jacob, P.N.L. Lens, R.M. Balakrishnan // Microbial Biotechnology. - 2016. - V. 9. - P. 11-21.

16. Costas-Mora, I. An overview of recent advances in the application of quantum dots as luminescent probes to inorganic-trace analysis / I. Costas-Mora, V. Romero, I. Lavilla, C. Bendicho // Trends Anal. Chem. - 2014. - V. 57. - P. 64-72.

17. Vena, M.P. Microorganism mediated biosynthesis of metal chalcogenides; a powerful tool to transform toxic effluents into functional nanomaterials / M.P. Vena, M. Jobbagy, S.A. Bilmes // Science of The Total Environment. - 2016. - V. 565. - P. 804-810.

18. Al-Shalabi, Z. Biosynthesis of fluorescent CdS nanocrystals with semiconductor properties: comparison of microbial and plant production systems / Z. Al-Shalabi, P.M. Doran // Journal of Biotechnology. - 2016. - V. 223. - P. 13-23.

19. Ulloa, G. Use of acidophilic bacteria of the genus Acidithiobacillus to biosynthesize CdS fluorescent nanoparticles (quantum dots) with high tolerance to acidic pH / G. Ulloa, B. Collao, M. Araneda, B. Escobar, S. Alvarez, D. Bravo, J.M. Perez-Donoso // Enzyme and Microbial Technology.

- 2016. - V. 95. - P. 217-224.

20. Tyagi, C. Synthesis of CdS quatum dots using wet chemical co-precipitation method / C. Tyagi, A. Sharma, R. Kurchania // Journal of Non-Oxide Glasses. - 2014. - V. 6. - № 2. - P. 23-26.

21. Fernandez, C A. Continuous tuning of cadmium sulfide and zinc sulfide nanoparticle size in a water-in-supercritical carbon dioxide microemulsion / C A. Fernandez, C.M. Wai // Chemistry-A European Journal. - 2007. - V. 13. - P. 5838-5844.

22. Wang, G Z. Preparation and characterization of CdS nanoparticles by ultrasonic irradiation / G Z. Wang, W. Chen, C.H. Liang, Y.W. Wang, G.W. Meng, L.D. Zhang // Inorganic Chemistry Communications. - 2001. - V. 4. - P. 208-210.

23. Salavati-Niasari, M. Synthesis and characterization of CdS nanoparticles via cyclic microwave from cadmium oxalate / M. Salavati-Niasari, S. Khoshroozi, M. Sabet // Journal of Cluster Science. - 2013. - V. 24. - P. 299-313.

24. Nahar, L. Sol-Gel methods for the assembly of metal and semiconductor nanoparticles / L. Nahar, I.U. Arachchige // JSMNanotechnology andNanomedicne. - 2013. - V. 1. - P. 1-6.

25. Davar, F. Thermal decomposition of [bis(salicylaldehydato) cadmium(II)] to CdS nanocrystals / F. Davar, M. Salavati-Niasari, M. Mazaheri // Polyhedron. - 2009. - V. 28. - P. 39753978.

26. Salavati-Niasari, M. Single-source molecular precursor for synthesis of CdS nanoparticles and nanoflowers / M. Salavati-Niasari, A. Sobhani // High Temp. Mater. Process. - 2012. - V. 31. - P. 157-162.

27. Shakouri-Arani, M. Synthesis and characterization of cadmium sulfide nanocrystals in the presence of a new sulfur source via a simple solvothermal method / M. Shakouri-Arani, M. Salavati-Niasari // New J. Chem. - 2014. - V. 38. - P. 1179-1185.

28. Wang, H. Protective effect of Phellinus linteus polysaccharide extracts against thioacetamide-induced liver fibrosis in rats: a proteomics analysis / H. Wang, G. Wu, H. Park, P. Jiang, W.-H. Sit, L. van Griensven, J.M.-F. Wan // Chinese Medicine. - 2012. - V. 7. - P. 1-10.

29. Costa, J.P. Biological synthesis of nanosized sulfide semiconductors: current status and prospects / J.P. Costa, A.V. Girao, T. Trindade, M.C. Costa, A. Duarte, T. Rocha-Santos // Appl. Microbiol. Biotechnol. - 2016. - V. 100. - P. 8283-8302.

30. Farkhani, S.M. Three synthesis methods of CdX (X = Se, S or Te) quantum dots / S.M. Farkhani, A. Valizadeh // IETNanobiotechnol. - 2014. - V. 8. - P. 59-76.

31. Садовников, С.И. Полупроводниковые наноструктуры сульфидов свинца, кадмия и серебра / С.И. Садовников, А.И. Гусев, А.А. Ремпель. - М.: Физматлит. - 2018. - 428 с.

32. Hulkoti, N.I. Biosynthesis of Nanoparticles Using Microbes - A Review / N.I. Hulkoti, T.C. Taranath // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. - 2014. - V. 121. - P. 474-483.

33. Hosseini, M.R. Recent achievements in the microbial synthesis of semiconductor metal sulfide nanoparticles / M.R. Hosseini, M.N. Sarvi // Materials Science in Semiconductor Processing. -2015. - V. 40. - P. 293-301.

34. Gahlawat, G. A review on the biosynthesis of metal and metal salt nanoparticles by microbes / G. Gahlawat, A.R. Choudhury // RSC Adv. - 2019. - V. 9. - P. 12944-12967.

35. Mal, Y. Metal chalcogenide quantum dots. Biotechnological synthesis and application / Y. Mal, Y.N. Nanchariah, E.D. van Hullenbusch, P.N.L. Lens // RSC Adv. - 2016. - V. 6. - P. 4147741495.

36. Dunleavy, R. Single-enzyme biomineralization of cadmium sulfide nanocrystals with controlled optical properties / R. Dunleavy, L. Lu, C. Kiely, S. Mcintosh, B. Berger // PNAS. - 2016. -V. 113. - P. 5275-5280.

37. Mi, C. Biosynthesis and characterization of CdS quantum dots in genetically engineered Escherichia coli / C. Mi, Y. Wang, J. Zhang, H. Huang, L. Xu, S. Wang, X. Fang, J. Fang, C. Mao, S. Xu // J. Biotechnol. - 2011. - V. 153. - P. 125-132.

38. Labrenz, M. Formation of sphalerite (ZnS) deposits in natural biofilms of sulfate-reducing bacteria / M. Labrenz, G.K. Druschel, T. Thomsen-Ebert, B. Gilbert, S.A. Welch, K.M. Kemner, G.A. Logan, R.E. Summons, G. Stasio, P.L. Bond, B Lai., S.D. Kelly, J.F. Banfield // Science. - 2000. - V. 290. - P. 1744-1747.

39. Xu, J. Highly-defective nanocrystals of ZnS formed via dissimilatory bacterial sulfate reduction: A comparative study with their abiogenic analogues / J. Xu, M. Murayama, C.M. Roco, H. Veeramani, F.M. Michel, J.D. Rimstidt, C. Winkler, M.F. Hochella // Geochim. Cosmochim Acta. -2016. - V. 180. - P. 1-14.

40. Rodriguez, R.P. Application of horizontal-flow anaerobic immobilized biomass reactor for bioremediation of acid mine drainage / R.P. Rodriguez, D.V. Vich, M.L. Garcia, M.B.A. Varesche, M. Zaiat // Journal of Water and Health. - 2015. - V. 14. - P. 399-410.

41. Gallardoa, C. Low-temperature biosynthesis of fluorescent semiconductor nanoparticles (CdS) by oxidative stress resistant Antarctic bacteria / C. Gallardoa, P.J. Monrás, O.D. Plaza, B. Collao, L.A. Saona, V. Durán-Toro, F.A. Venegas, J.M. Pérez-Donoso // J. Biotechnol. - 2014. - V. 187. - P. 108-115.

42. Moon, J-W. Scalable production of microbially mediated zinc sulfide nanoparticles and application to functional thin films / J-W. Moon, N.I. Ivanov, C.P. Joshi, L.B. Armstron // Acta Biomater. - 2014. - V. 10. - P. 4474-4483.

43. Shivashankarappa, A. Study on Biological Synthesis of Cadmium Sulfide Nanoparticles by Bacillus licheniformis and Its Antimicrobial Properties against Food Borne Pathogens / A. Shivashankarappa, K.R. Sanjay // Nanoscience andNanotechnology Research. - 2015. -V. 3.-P. 6-15.

44. Labille, J. Stability of nanoparticles in water / J. Labille, J. Brant // Nanomemdicine. - 2017. -V. 5. - P. 958-998.

45. Suresh, A.K. Monodispersed biocompatible silver sulfide nanoparticles: facile extracellular biosynthesis using y-proteobacterium Shewanella oneidensis / A.K. Suresh, M.J. Doktycz, W. Wang, J.-W. Moon // Acta Biomateriala. - 2011. - V. 7. - № 12. - P. 4253-4258.

46. Chen, G. Facile green extracellular biosynthesis CdS quantum dots by white rot fungus Phauerochete chrysosporium / G. Chen, G. Zeng // Colloids and Surface B: Biointerface. - 2014. - V. 117. - P. 199-205.

47. Sankhla, A. Biosynthesis and characterization of cadmium sulfide nanoparticles - an emphasis of zeta potential behavior due to capping / A. Sankhla, R. Sharma, R.S. Yadav, S. Kachhwaha // Materials Chemistry and Physics. - 2015. - V. 170. - P. 44-51.

48. Bakhshi, M. Synthesis of CdS nanoparticles from cadmium sulfate solutions using the extracellular polymeric substances of B. licheniformis as stabilizing agent / M. Bakhshi, M.R. Hosseini // Enzyme and Microbial Technology. - 2016. - V. 95. - P. 209-216.

49. Prasad, R. Engineering tailored nanoparticles with microbes: quo vadis? / R. Prasad, R. Pandey, I. Barman // WIREs Nanomed. Nanobiotechnol. - 2016. - V. 8. - P. 316-330.

50. Das, R.K. Biological synthesis of metallic nanoparticles: plants, animals and microbial aspects / R.K. Das, V.L. Pachapur, L. Lonappan, M. Naghdi, R. Pulicharla, S. Maiti, M. Cledon, L.M.A. Dalila, S.K. Brar // Nanotechnology for Environmental Engineering. - 2017. - V. 2. - P. 121.

51. Karthik, L. Streptomyces sp. LK3 mediated synthesis of silver nanoparticles and its biomedical application / L. Karthik, G. Kumar, A.V. Kirthi, A.A. Rahuman, K.V.B. Rao // Bioprocess Biosyst. Eng. - 2014. - V. 37. - P. 261-267.

52. Divya, M. Biogenic synthesis and effect of silver nanoparticles (AgNPs) to combat catheter-related urinary tract infections / M. Divya, G.S. Kiran, S. Hassan, J. Selvin // Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. - 2019. - V. 18. - P. 1-30.

53. Воейкова, Т.А. Роль белков внешней мембраны бактерии Shewanella oneidensis MR-1 в образовании и стабилизации наночастиц сульфида серебра / Т.А. Воейкова, А.С. Шебанова, Ю.Д. Иванов, А.Л. Кайшева, Л.М. Новикова, О.А. Журавлева, В.В. Шумянцева, К.В. Шайтан, М.П. Кирпичников // Биотехнология. - 2015. - T. 31. - № 5. - C. 41-48.

54. Bansal, V. Inorganic materials using «unusual» microorganisms / V. Bansal, A. Bharde, R. Ramanathan, K.B. Suresh // Advances in Colloid and Interface Science. - 2012. - V. 179-182. - P. 150-168.

55. Malarkodi, C. Biosynthesis and antimicrobial activity of semiconductor nanoparticles against oral pathogens / C. Malarkodi, S. Rajeshkumar, K. Paulkumar, M. Vanaja, G. Gnanajobitha, G. Annadurai // Bioinorganic Chemistry and Applications. - 2014. V. 2014. - P. 1-10.

56. Holmes, J.D. Cadmium-specific formation of metal sulfide 'Q-particles' by Klebsiella pneumonia / J.D. Holmes, D.J. Richardson, S. Saed, R. Evans-Gowing, D.A. Russell, J.R. Sodeau // Microbiology. - 1997. - V. 143. - P. 2521-2530.

57. Sweeney, R.Y. Bacterial biosynthesis of cadmium sulfide nanocrystals / R.Y. Sweeney, C. Mao, X. Gao, J.L. Burt, A.M. Belcher, G. Georgiou, B.L. Iverson // Chemistry and Biology. - 2004. -V. 11. - P. 1553-1559.

58. Qi, P. Biosynthesis of CdS nanoparticles: A fluorescent sensor for sulfate-reducing bacteria detection / P. Qi, D. Zhang, Y. Zeng, Y. Wan // Talanta. - 2016. - V. 147. - P. 142-146.

59. Xiao, X. Photocatalytic properties of zinc sulfide nanocrystals biofabricated by metal-reducing bacterium Shewanella oneidensis MR-1 / X. Xiao, X.-B. Ma, H. Yuan, P.-C. Liu, Y.-B. Lei, Y.-J. Feng // Journal of Hazardous Materials. - 2015. - V. 288. - P. 134-139.

60. Yu, X. One-pot template-free synthesis of monodisperse zinc sulfide hollow spheres and their photocatalytic properties / X. Yu, J. Yu, B. Cheng, B. Huang // Chemistry European Journal. - 2009. -V. 15. - P. 6731-6739.

61. Yue, L. Controllable biosynthesis and characterization of a-ZnS and ß-ZnS quantum dots: Comparing their optical properties / L. Yue, S. Qi, J. Wang, J. Cai, B. Xin // Materials Science in Semiconductor Processing. - 2016. - V. 56. - P. 115-118.

62. Malarkodi, C. A novel biological approach on extracellular synthesis and characterization of semiconductor zinc sulfide nanoparticles / C. Malarkodi, G. Annadurai // Applied Nanoscience -2013. - V. 3. - P. 389-395.

63. Ayodhya, D. Green synthesis, characterization, photocatalytic, fluorescence and antimicrobial activities of Cochlospermum gossypium Capped Ag2S nanoparticles / D. Ayodhya, G. Veerabhadram // Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. - 2016. - V. 157. - P. 57-69.

64. Ouyang, W. Biosynthesis of silver sulfide quantum dots in wheat endosperm cells / W. Ouyang, J. Sun // Materials Letters. - 2016. - V. 164. - P. 397-400.

65. Klaus, T. Silver-based crystalline nanoparticles, microbially fabricated / T. Klaus, R. Joerger, E. Olsson, C.G. Granqvist // PNAS. - 1999. - V. 96. - № 24. - P. 13611-13614.

66. Дебабов, В.Г. Бактериальный синтез наночастиц сульфида серебра / В.Г. Дебабов, Т.А. Воейкова, А.С. Шебанова, К.В. Шайтан, Л.К. Емельянова, Л.М. Новикова, М.П. Кирпичников // Российские нанотехнологии. - 2013. - Т. 8. - №3-4. - С. 269-276.

67. Walkey, C.D. Understanding and controlling the interaction of nanomaterials with proteins in a physiological environment / C.D. Walkey, W.C.W. Chan // Chem. Soc. Rev. - 2012. - V. 41. - P. 2780-2799.

68. Cedervall, T. Detailed identification of plasma proteins adsorbed on copolymer nanoparticles/ T. Cedervall, I. Lynch, M. Foy, T. Berggad, S.C. Donnelly, G. Cagney, S. Linse, K.A. Dawson // Angew. Chem., Int. Ed. - 2007. - V. 46. - P. 5754-5756.

69. Simberg, D. Differential proteomics analysis of the surface heterogeneity of dextran iron oxide nanoparticles and the implications for their in vivo clearance / D. Simberg, J. Park, P.P. Karmali, W. Zhang, S. Merkulov, K. McCrae, S.N. Bhatia, M. Sailor, E. Ruoslahti // Biomaterials. - 2009. - V. 30. - P. 3926-3933.

70. Röcker, C. A quantitative fluorescence study of protein monolayer formation on colloidal nanoparticles / C. Röcker, M. Pötzl, F. Zhang, W.J. Parak, G.U. Nienhaus // Nat. Nanotechnol. - 2009. - V. 4. - P. 577-580.

71. Lai, W. Interaction of gold and silver nanoparticles with human plasma: Analysis of protein corona reveals specific binding patterns / W. Lai, Q. Wang, L. Li, Z. Hu, J. Chen, Q. Fang // Colloidal and Surfase B: Biointerfaces. - 2017. - V. 1. - P. 317-325.

72. Xiong, Y. Extracellular polymeric substances from Shewanella sp. HRCR-1 biofilms: characterization by infrared spectroscopy and proteomics / Y. Xiong, J.K. Fredrickson, M.F. Romine, M.J. Marshall, M.S. Lipton, H. Beyenal // Environmental Microbiol. - 2011. - V. 13. - P. 1018-1031.

73. Kang, F. Microbial extracellular polymeric substances reduce Ag+ to silver nanoparticles and antagonize bactericidal activity / F. Kang, P.J. Alvarez, D. Zhu // Environ. Sci. Technol. - 2014. - V. 48. - P. 316-322.

74. Tanzil, A.H. Biological synthesis of nanoparticles in biofilms / A.H. Tanzil, S.T. Sultana, S.R. Saunders, L. Shi, E. Marsili // Enzyme and Microbial Technology. - 2016. - V. 95. - P. 4-12.

75. Spicer, C.D. Peptide and protein nanoparticle conjugates: versatile platforms for biomedical applications / C.D. Spicer, C. Jumeaux, B. Gupta, M.M. Stevens // Chem. Soc. Rev. - 2018. - V. 47. -P. 3574-3620.

76. Berezin, M.Y. Nanotechnology for Biomedical Imaging and Diagnostics: From Nanoparticle Design to Clinical Applications / M.Y. Berezin (ed.) - John Wiley & Sons, Inc. - 2015. - 520 p.

77. Estelrich, J. Nanoparticles in magnetic resonance imaging: From simple to dual contrast agents / J. Estelrich, M.J. Sánchez-Martín, M.A. Busquets // Int. J. Nanomed. - 2015. - V. 10. - P. 1727-1741.

78. Stockhofe, K. Radiolabeling of nanoparticles and polymers for PET imaging / K. Stockhofe, J. M. Postema, H. Schieferstein, T. L. Ross // Pharmaceuticals. - 2014. - V. 7. - P. 392-418.

79. Libralato, G. Toxicity effects of functionalized quantum dots, gold and polystyrene nanoparticles on target aquatic biological models: A review / G. Libralato, E. Galdiero, A. Falanga, R. Carotenuto, E. de Alteriis, M. Guida //Molecules. - 2017. - V. 22. - P. 1439-1454.

80. Smith, A.M. Engineering luminescent quantum dots for in vivo molecular and cellular imaging / A.M. Smith, G. Ruan, M.N. Rhyner, S. Nie // Ann. Biomed. Eng. - 2006. - V. 34. - P. 3-14.

81. Clapp, A.R. Capping of CdSe-ZnS quantum dots with DHLA and subsequent conjugation with proteins / A.R. Clapp, E.R. Goldman, H. Mattoussi // Nature Protocols. - 2006. - V. 1. - P. 12581266.

82. Geszke-Moritz, M. Quantum dots as versatile probes in medical sciences: Synthesis, modification and properties / M. Geszke-Moritz, M. Moritz // Mater. Sci. Eng: C. - 2013. - V. 33. P. 1008-1021.

83. Pinaud, F. Bioactivation and cell targeting of semiconductor CdSe/ZnS nanocrystals with phytochelatin-related peptides / F. Pinaud, D. King, H.P. Moore, S. Weiss // J. Am. Chem. Soc. - 2004.

- V. 126. - P. 6115-6123.

84. Goldman, E.R. Multiplexed toxin analysis using four colors of quantum dot fluororeagents / E.R. Goldman, A.R. Clapp, G.P. Anderson, H.T. Uyeda, J.M. Mauro, I.L. Medintz, H. Mattoussi // Anal. Chem. - 2004. - V. 76. - P. 684-688.

85. Volkov, Y. Quantum dots in nanomedicine: recent trends, advances and unresolved issues / Y. Volkov // Biochemical and Biophysical Research Communications. - 2015. - V. 468. - P. 419-427.

86. Krizkova, S. Nanotechnologies in protein microarrays / S. Krizkova, Z. Heger, M. Zalewska, A. Moulick, V. Adam, R. Kizek // Nanomedicine. - 2015. - V. 10. - № 17. - P. 1-13.

87. Chen, H.-L. Quantum dots immunofluorescence histochemical detection of EGFR gene mutations in the non-small cell lung cancers using mutation-specific antibodies / H.-L. Chen, Y.-G. Qu, Q. Zhang, Q. Pan, X.-D. Zhao, Y.-H. Huang, F.C. Chen // Int. J. Nanomedicine. - 2014. - V. 9. -P. 5771-5778.

88. Черкасов, В.Р. Синтез латексов с узким распределением частиц по размерам в условиях образования ИПАВ на границе раздела фаз / В.Р Черкасов, И.А. Грицкова, Н.И. Прокопов, А. Рихави // Радикальная полимеризация. - Тез. докл. IВсесоюзн. конфер. - Горький.-1989.-С. 217.

89. Shahar, М. Synthesis and characteristics of microspheres of polystyrene derivatives / М. Shahar, S. Margel. // J. Polym. Sci. Part A. - 1986. - V. 24. - P. 203-213.

90. Kondo, A. Immunological agglutination kinetics of latex particles with covalently immobilized antigens / A. Kondo, T. Kawanot, K. Higashitani // J. Ferment Boieng. - 1992. - V. 73. -P. 435-439.

91. LeDisser, C. Analysis of surface aldehyde function on surfactant free polystyrene/polyacrolein latex / C. LeDisser, P.C. Wang, A.R. Mitchell // Macromolecules. - 1996. -V. 29. - P. 953-959.

92. Меньшикова, А.Ю. Монодисперсные полимерные частицы с управляемой поверхностной структурой: дис. ... докт. хим. наук: 02.00.06 / Меньшикова Анастасия Юрьевна.

- Санкт-Петербург, 2008. - 297 с.

93. Грицкова, ИА. Полимерные микросферы в диагностике: учебное пособие / ИА. Грицкова, Н И. Прокопов, В.И. Быков. - М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова. - 2004. - 137 с.

94. Прокопов, Н.И. Синтез монодисперсных функциональных полимерных микросфер для иммунодиагностических исследований / Н.И. Прокопов, ИА. Грицкова, В.Р. Черкасов, A.E. Чалых // Успехи химии. - 1996. - Т. 65. - С. 178-192.

95. Peula-Garcia, J.M. Interaction of bacterial endotoxine(lipopolysaccharide) with latex particles: Application to latex agglutination immunoassays / J.M. Peula-Garcia, J.A. Molina-Bolivar, J. Velasco, A. Rojas, F. Galisteo Gonzalez // J. Colloid Interface Sci. - 2002. - V. 245. - P. 230-236.

96. Станишевский, Я.М. Полимерные микросферы - носители биолиганда в реакции латекс-агглютинации для определения аутоантител к тиреоглобулину / Я.М. Станишевский, ИА. Грицкова, Н.И. Прокопов, Н.С. Кузьмина, ГА. Кириллова, Г.И. Кузнецова // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. -2004. - № 8-9. - С. 61-65.

97. Зубов, В.П. Молекулярное конструирование полимерных материалов для биотехнологии и медицины / В.П. Зубов, A.E. Иванова, Л.С. Жигис, Е.М. Рапопорт, E.A. Марквичева, Ю.В. Лукин, С.Ю. Зайцев // Биоорганическая химия. - 1999. - Т. 25. - С. 868-880.

98. Волкова, Е.В. Разработка полимерных микросфер для иммунофлуоресцентного анализа / Е.В. Волкова, ИА. Грицкова, СА. Гусев, A^. Лукашевич, A.A. Гусев, Е.Н. Левшенко, ЛА. Злыднева, К.О. Сочилина // Биотехнология. - 2012. - № 4. - С. 74-77.

99. Волкова, Е.В. Создание диагностических тест-систем с использованием полимерных микросфер: дис. ... канд. хим. наук: 03.06.01, 02.00.06 / Волкова Екатерина Владимировна. -Москва, 2014. - 111 с.

100. Mattoussi, H. Self-Assembly of CdSe-ZnS Quantum Dot Bioconjugates Using an Engineered Recombinant Protein / H. Mattoussi, J.M. Mauro, E.R. Goldman, G.P. Anderson, V.C. Sundar, F.V. Mikulec, M.G. Bawendi // J. Am. Chem. Soc. - 2000. - V. 122. - P. 12142-12150.

101. Олейников, ВА. Флуоресцентные полупроводниковые нанокристаллы в биологии и медицине / ВА. Олейников, A^. Суханова, И.Р. Набиев // Российские нанотехнологии. - 2007. - Т. 2. - № 1-2. - С. 160-173.

102. Левшенко, Е.Н. Полимерные микросферы в качестве носителей флуоресцентной метки при построении трехмерной модели сосудистого русла экспериментальных животных / Е.Н. Левшенко, ИА. Грицкова, СА. Гусев, Е.В. Волкова //Биотехнология.-2013.-Т. 29.-№ б.-С. 6570.

103. Волкова, Е.В. Выбор полимерных микросфер для проведения реакции латексной агглютинации в плашечном формате / Е.В. Волкова, A^. Лукашевич, И.С. Левачева, С.М.

Левачев, С.А. Гусев, И.А. Грицкова // ВестникМИТХТим. М.В. Ломоносова. - 2013. - Т. 8. - № 6. - С. 68-72.

104. Gao, X. In vivo cancer targeting and imaging with semiconductor quantum dots / X. Gao, Y. Cui, R.M. Levenson, L.W.K Chung, S. Nie // Nature Biotechnology. - 2004. - V. 22. - P. 969-976.

105. Laemmli, U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4 / U.K. Laemmli // Nature. - 1970. - V. 227. - P. 680-685.

106. Bradford, M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding / M.M. Bradford // Analytical Biochemistry. -1976. - V. 72. - P. 248-254.

107. Маниатис, Т. Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование: методическое руководство / Т. Маниатис, Э. Фрич, Д. Сэмбрук. - М.: Мир. - 1984. - 479 с.

108. Бахтина, А.В. Синтез аминосодержащих полимерных микросфер затравочной сополимеризацией для применения в биотехнологии / А.В. Бахтина, А.А. Сиваев, С.М. Левачев, С.А. Гусев, Н.А. Лобанова, М.А. Лазов, И.А. Грицкова // Тонкие химические технологии. - 2017. - Т. 12. - № 4. - С. 75-84.

109. Лурье, А.А. Сорбенты и хроматографические носители: справочник / А.А. Лурье. - М.: Химия. - 1972. - 320 с.

110. Ng, C.K. Reductive Formation of Palladium Nanoparticles by Shewanella oneidensis: Role of Outer Membrane Cytochromes and Hydrogenases / C.K. Ng, T.K.C. Tan, H. Song, B. Cao // RSC Advances. - 2013. - V. 3. - P. 22498-22503.

111. Burgos, W.D. Characterization of uraninite nanoparticles produced by Shewanella oneidensis MR-1 / W.D. Burgos, J.T. McDonongh, J.M. Senko, G. Zhang, A C. Dohnalkova, S.D. Kekky, Y. Gorby, K M. Kenner // Geochimica et Cosmochimica Acta. - 2008. - V. 72. - P. 4901-4915.

112. Burns, J.L. Anaerobic Respiration of Elemental Sulfur and Thiosulfate by Shewanella oneidensis MR-1 Requires psrA, a Homolog of the phsA Gene of Salmonella enterica Serovar Typhimurium LT2 / J.L. Burns, T.J. DiChristina // Appl. Envir. Microbiol. - 2009. - V. 75. - P. 52095217.

113. Рипан, Р. Неорганическая химия. Химия металлов: учебник / Р. Рипан, И. Четяну. - М.: Мир - 1972. - Т. 2. - 872 с.

114. Работнова, И.Л. Общая микробиология: учебное пособие для студентов биолого-почвенных факультетов ун-тов / И.Л. Работнова. - М.: Высшая школа. - 1966. - 272 с.

115. Воейкова, Т.А. Оптимизация микробного синтеза наночастиц сульфида серебра / Т.А.

Воейкова, О.А. Журавлева, Т.С. Грачева, Н.В. Булушова, Т.Т. Исмагулова, К.В. Шайтан, В.Г.

Дебабов // Биотехнология. - 2017. - Т. 33. - № 3. - С. 38-46.

107

116. Воейкова, Т.А. «Белковая корона» наночастиц сульфида серебра, полученных в присутствии грамотрицательных и грамположительных бактерий / Т.А. Воейкова, О.А. Журавлева, Н.В. Булушова, В.П. Вейко, Т.Т. Исмагулова, Т.Н. Лупанова, К.В. Шайтан, В.Г. Дебабов // Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. - 2017. - Т. 35. - № 4. - С. 151-156.

117. Журавлева, О.А. Бактериальный синтез наночастиц сульфидов кадмия и цинка. Характеристика и перспектива их применения / О.А. Журавлева, Т.А. Воейкова, М.Х. Хаддаж, Н.В. Булушова, Т.Т. Исмагулова, А.В. Бахтина, С.А. Гусев, И.А. Грицкова, Т.Н. Лупанова // Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. - 2017. - Т. 36. - № 4. - С. 191-198.

118. Williams, D.B. Transmission Electron Microscopy. A Textbook for Materials Science / D.B. Williams, C.B. Carter. - 2nd ed. - Boston: Springer. - 2009. - 832 p.

119. Pu, Y. Colloidal synthesis of semiconductor quantum dots toward large-scale production: A review / Y. Pu, F. Cai, D. Wang, J.-X. Wang, J.-F. Chen // Ind. Eng. Chem. Res. - 2018. - V. 57. - P. 1790-1802.

120. Журавлева, О.А. Иммобилизация биогенных наночастиц сульфида серебра на полимерные микросферы для создания функциональных комбинированных наноматериалов / О.А. Журавлева, М. Х. Хаддаж, С.А. Гусев, И.А. Грицкова, Л.Ю. Басырева, Т.А. Воейкова, А.Г. Турьянский, С.С. Гижа, В.Г Дебабов // Актуальная биотехнология. - 2016. - Т. 18. - № 3. - С. 66-67.

121. Matiacevich, S.B. A critical evaluation of fluorescence as a potential marker for the Maillard reaction / S.B. Matiacevich, M.P. Buera // Food Chemistry. - 2006. - V. 95. - P. 423-430.

122. Бахтина, А.В. Модифицированные полимерные микросферы в качестве носителей биолигандов в реакции латексной агглютинации: дис. ... канд. хим. наук: 02.00.06 / Бахтина Анна Владимировна. - Москва, 2018. - 106 с.

123. Лукашевич, А.Д. Создание полимерных микросфер для биотехнологии с функционально-модифицированной поверхностью в широком интервале диаметров: дис. . канд. хим. наук: 02.00.06 / Лукашевич Андрей Дмитриевич. - Москва, 2015. - 147 с.