作者及机构
本文由Sook Sin Chan（马来西亚马来亚大学Institut Sains Biologi）、Sze Shin Low（中国宁波诺丁汉大学Research Centre of Life Science and Healthcare）等来自马来西亚、中国、德国多所高校的9位学者合作完成，通讯作者为马来亚大学的Pau Loke Show。研究于2022年3月发表在《Environmental Research》第212卷，文章编号113140。
主题与背景
本文是一篇系统性综述，聚焦”藻类纳米技术（phyconanotechnology）”这一新兴交叉领域，即利用藻类生物活性成分绿色合成金属纳米颗粒（metal nanoparticles, MNPs）的技术。传统化学法合成纳米颗粒存在高毒性试剂（如NaBH₄）、高能耗及环境污染等问题，而微藻因其富含还原性生物分子（如多糖、蛋白质）、生长快速且易规模化培养，成为可持续纳米合成的理想生物工厂。
1. 不同藻类物种的纳米合成潜力
- 分类学基础：藻类按色素组成分为褐藻（Phaeophyta）、红藻（Rhodophyta）、绿藻（Chlorophyta）和蓝藻（Cyanophyta），其细胞壁多糖（如褐藻的褐藻酸、红藻的卡拉胶）及代谢产物（如酚类、萜类）可作为还原剂与封端剂。
- 代表性物种：
- 褐藻：Turbinaria conoides可合成2-19 nm三角形金纳米颗粒（intracellular pathway），Laminaria japonica的胞外合成产生15-20 nm球形金颗粒。
- 红藻：Hypnea musciformis合成的立方相银纳米颗粒（2-55.8 nm）可降解染料（FT-IR证实羟基与多酚参与还原）。
- 绿藻：Chlorella vulgaris通过NADPH依赖型还原酶合成40-60 nm球形金颗粒（TEM验证胞内定位）。
- 蓝藻：Anabaena flos-aquae可同时合成金（12 nm）、银（40 nm）、铂（3.2 nm）等多种纳米颗粒（EDX证实元素纯度）。
证据支持：表1系统汇总了21种藻类合成的纳米颗粒尺寸、形貌及合成位点（如Cystoseira baccata的8.4 nm球形金颗粒通过XRD确认晶相），图3展示SEM表征的典型纳米结构（如Botryococcus braunii的立方体银颗粒）。
2. 纳米合成的分子机制
- 双路径模型：
- 胞外途径：藻类分泌的胞外聚合物（EPS）如藻朊酸盐通过羧基还原Ag⁺为Ag⁰（UV-Vis监测420 nm等离子共振峰）。
- 胞内途径：细胞膜转运金属离子后，NADPH依赖型氧化还原酶（如硝酸还原酶）完成还原（LC-MS鉴定关键蛋白GSP）。
- 关键生物分子：FT-IR证实褐藻的磺化多糖、绿藻的类黄酮及蓝藻的藻蓝蛋白分别通过羰基（C=O）、氨基（-NH₂）等官能团稳定纳米颗粒。
实验依据：Brayner等（2007）发现Calothrix pulvinata在25℃下胞内合成的铂颗粒（3.5 nm）比胞外路径更单分散（DLS分析PDI<0.2）。
3. 合成条件的优化策略
- 光调控：红光（660 nm）促进Chlorella生长（比蓝光增产17%），而UV照射可调控银纳米颗粒尺寸（430 nm曝光60分钟使粒径缩小35%）。
- 温度与pH：60℃时Microchaete NCCU-342合成银颗粒速率最快（Arrhenius方程拟合活化能Ea=45 kJ/mol），pH>7时羟基去质子化增强金属吸附（Zeta电位<-30 mV）。
数据支撑：Wahidin等（2013）证明Nannochloropsis sp.在18:6光暗周期下生物量最高（OD680=1.8），而pH 6时Chlorella sorokiniana脂质含量提升2.3倍。
4. 环境与经济效益
- 可持续性：与传统化学法相比，藻类合成节省能耗80%（无需高温高压），且可利用废水培养（如奶牛尿液使Scenedesmus quadricauda生物量达2.6 g/L）。
- 应用价值：
- 环境修复：藻类合成的纳米零价铁（nZVI）可通过吸附-氧化去除污水中Hg²⁺（去除率>90%，Yang等2019）。
- 生物医学：Spirulina platensis合成的金颗粒具有抗凝活性（APTT延长至120秒，Kushnerova等2010）。
本文为绿色纳米技术的工业化应用提供了理论依据与技术路线，尤其在污水处理、药物递送等领域具有显著潜力。未来研究可聚焦藻类遗传改造以定向合成功能化纳米材料。