Een metabole onderzoeksgroep aan de KAIST en de Chung-Ang University in Korea heeft een recombinante E. coli-stam ontwikkeld die 60 nanomaterialen biosynthetiseert die 35 elementen van het periodiek systeem dekken. Onder de elementen, het team kon voor het eerst 33 nieuwe nanomaterialen biosynthetiseren, het bevorderen van het ontwerp van nanomaterialen door de biosynthese van enkele en meerdere elementen.

De studie analyseerde de biosynthesecondities van nanomaterialen met behulp van een Pourbaix-diagram om de produceerbaarheid en kristalliniteit te voorspellen. Onderzoekers bestudeerden een Pourbaix-diagram om de stabiele chemische soort van elk element voor de biosynthese van nanomaterialen te voorspellen bij verschillende niveaus van reductiepotentieel (Eh) en pH. Op basis van de analyses van het Pourbaix-diagram, de aanvankelijke pH van de reactie werd veranderd van 6,5 naar 7,5, resulterend in de biosynthese van meerdere kristallijne nanomaterialen die voorheen amorf of niet gesynthetiseerd waren.

Deze strategie werd uitgebreid tot het biosynthetiseren van nanomaterialen met meerdere elementen. Verschillende nanomaterialen met één en meerdere elementen die in dit onderzoek zijn gebiosynthetiseerd, kunnen mogelijk dienen als nieuwe en nieuwe nanomaterialen voor industriële toepassingen zoals katalysatoren, chemische sensoren, biosensoren, biobeeldvorming, medicijnafgifte, en kankertherapie.

Deze studie, getiteld "Recombinant Escherichia coli als biofabriek voor verschillende nanomaterialen met één en meerdere elementen, " werd online gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ) op 21 mei.

Een recente succesvolle biosynthese van nanomaterialen onder milde omstandigheden zonder fysieke en chemische behandelingen heeft geleid tot de verkenning van de volledige biosynthesecapaciteit van een biologisch systeem voor het produceren van een breed scala aan nanomaterialen en voor het begrijpen van biosynthesemechanismen voor kristallijne versus amorfe nanomaterialen.

Er is een toegenomen belangstelling voor het synthetiseren van verschillende nanomaterialen die nog niet zijn gesynthetiseerd voor verschillende toepassingen, waaronder halfgeleidende materialen, verbeterde zonnecellen, biomedische materialen, en vele anderen. Dit onderzoek rapporteert de constructie van een recombinante E. coli-stam die metallothioneïne mede tot expressie brengt, een metaalbindend eiwit, en fytochelatinesynthase dat het metaalbindende peptide fytochelatine synthetiseert voor de biosynthese van verschillende nanomaterialen. Vervolgens, een E. coli-stam is ontwikkeld om een ​​breed scala aan nanomaterialen te produceren, inclusief degenen die nog nooit eerder zijn gebiosynthetiseerd, door 35 afzonderlijke elementen uit het periodiek systeem te gebruiken en ook door meerdere elementen te combineren.

Distinguished Professor Doh Chang Lee zei:"Een milieuvriendelijk en duurzaam proces is van groot belang voor het produceren van nanomaterialen door niet alleen chemische en fysische methoden, maar ook biologische synthese. Bovendien, er is veel aandacht besteed aan de productie van diverse en nieuwe nanomaterialen voor nieuwe industriële toepassingen. Dit is het eerste rapport dat de biosynthese van verschillende nanomaterialen voorspelt, verreweg het grootste aantal verschillende nanomaterialen met één en meerdere elementen. De strategieën die in dit onderzoek worden gebruikt voor de biosynthese van nanomaterialen zullen nuttig zijn voor het verder diversifiëren van de portfolio van nanomaterialen die kunnen worden vervaardigd."