無(wú)機(jī)納米材料在能源、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛,過(guò)去幾十年間關(guān)于無(wú)機(jī)納米材料合成方法的研究一直受到廣泛關(guān)注。自然界中普遍存在的生物礦化過(guò)程賦予了生物體合成含有特殊結(jié)構(gòu)和功能的無(wú)機(jī)納米材料的能力。微生物體系合成的無(wú)機(jī)納米材料具有環(huán)境友好、成本低廉、生物相容性好等優(yōu)點(diǎn),正成為納米材料科學(xué)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。我們主要聚焦于微生物體系合成無(wú)機(jī)納米材料的機(jī)理、影響因素、材料分類及其應(yīng)用,總結(jié)了近年來(lái)關(guān)于微生物體系合成無(wú)機(jī)納米材料的研究歷程,并對(duì)該領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)及未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。 

【文章來(lái)源】：無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2020,36(05)北大核心SCICSCD

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【部分圖文】：

非光合細(xì)菌M.thermoacetica合成CdS納米顆粒及隨后還原CO2的示意圖[106]

圖9 非光合細(xì)菌M.thermoacetica合成CdS納米顆粒及隨后還原CO2的示意圖[106]微生物合成CaCO3、CaSO4等無(wú)機(jī)鹽的例子在自然界中相當(dāng)常見(jiàn)。微生物通過(guò)生物礦化合成這些礦物質(zhì)來(lái)維持自身的生存，因此利用微生物這種與生俱來(lái)的能力可以合成一些無(wú)機(jī)鹽類納米材料。例如，河南師范大學(xué)楊林的團(tuán)隊(duì)[108]利用酵母呼吸產(chǎn)生的CO2在生物分子的引導(dǎo)下與溶液中的Ca2+反應(yīng)在胞內(nèi)合成了CaCO3納米顆粒，這種內(nèi)源性的CaCO3支架可以誘導(dǎo)藥物進(jìn)入細(xì)胞，然后作為p H響應(yīng)的藥物遞送載體；廈門大學(xué)賈立山課題組[155]還利用了畢赤酵母(P.pastoris)提取物合成了Cu摻雜的LaCoO3光催化劑，Cu的摻雜和材料表面的生物修飾使得該催化劑對(duì)甲醛溶液制氫反應(yīng)具有較強(qiáng)的光催化活性。此外，微生物細(xì)胞生物礦化的能力還被用于合成細(xì)胞外殼。浙江大學(xué)唐�？嫡n題組[156]通過(guò)提高酵母細(xì)胞表面的電荷密度，在酵母細(xì)胞表面原位誘導(dǎo)合成了一層磷酸鈣外殼，該外殼不僅保持了細(xì)胞的生命活力，還可以在惡劣的外部條件下保護(hù)細(xì)胞。除了上述無(wú)機(jī)鹽外，微生物還被用于合成Sr CO3[157]、BaTiO3[158]、FePO4[50]等多種納米材料�；谖⑸飶�(fù)雜的代謝過(guò)程，未來(lái)利用微生物合成各種具有復(fù)雜成分和結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)納米材料成為了可能。

一些非金屬離子也被報(bào)道可以由微生物體系合成非金屬單質(zhì)及其氧化物、硫化物納米材料，特別是一些準(zhǔn)金屬元素受到了研究者們的廣泛關(guān)注[15,159]。例如，Baesman的團(tuán)隊(duì)[160]用2種厭氧菌合成了具有針狀和球狀的Te納米顆粒；中科院合肥智能機(jī)械研究所劉錦淮的團(tuán)隊(duì)[161]利用B.subtilis合成出Se納米球和納米線并將其用于制備H2O2生物傳感器；Lee的課題組[162]利用希瓦氏菌屬(Shewanella sp.)在厭氧條件下合成了As2S3納米管，隨著時(shí)間的推移，納米管的結(jié)晶度和化學(xué)成分也在不斷變化，最終產(chǎn)生了As4S5、AsS等多種砷化物；As2O3也被報(bào)道可以由微生物合成得到[163]�；谖⑸飶�(qiáng)大的生物還原能力和復(fù)雜的表面結(jié)構(gòu)，近年來(lái)微生物還被用于合成碳納米材料。Salas[164]和李軼[165]的團(tuán)隊(duì)利用Shewanella sp.在常溫有氧條件下還原GO合成了石墨烯材料。加州大學(xué)圣克魯茲分校李軼的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為Shewanella sp.在還原GO的過(guò)程中不僅外膜的細(xì)胞色素c直接介導(dǎo)了胞外的電子轉(zhuǎn)移，而且細(xì)菌自分泌的可溶性電子介質(zhì)也參與了胞外電子轉(zhuǎn)移過(guò)程[165]。中科院化學(xué)研究所劉云圻院士和華中科技大學(xué)王帥的團(tuán)隊(duì)[110]還進(jìn)一步利用硫酸鹽還原菌還原GO得到了氮和硫摻雜的石墨烯材料(圖11)，并將其用于制備檢測(cè)Cd2+和Pb2+的電化學(xué)傳感器。此外，細(xì)菌繁殖時(shí)所合成的細(xì)菌纖維素因具有復(fù)雜的三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)近年來(lái)被廣泛用于合成三維碳納米材料[166]，微生物膜也因具有高比表面積和許多雜原子而被用于合成碳基材料。盡管微生物具有合成多種非金屬納米材料的潛力，但目前這方面的研究還較少，微生物合成其他非金屬納米材料的方法還有待開(kāi)發(fā)。4 總結(jié)與展望

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]活細(xì)胞合成無(wú)機(jī)納米材料[J]. 熊玲紅,崔然,劉茴茴,李勇,謝志雄,張志凌,胡斌,龐代文.  中國(guó)科學(xué):化學(xué). 2016(02)
[2]微生物介導(dǎo)的金納米顆粒合成[J]. 劉紫嫣,周豪,沈娥,王經(jīng)偉,張照婧,沈文麗,馬橋,曲媛媛,周集體.  微生物學(xué)通報(bào). 2015(08)



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