真菌介导的生物源纳米颗粒多样性研究综述

本文由俄罗斯科学院萨拉托夫科学中心植物与微生物生物化学与生理学研究所（IBPP RAS）微生物实验室的Ekaterina A. Loshchinina、Elena P. Vetchinkina和Maria A. Kupryashina合作完成，发表于2022年12月的期刊《Biomimetics》（卷8，第1期）。文章系统综述了真菌介导的纳米颗粒绿色合成（green synthesis）研究进展，重点分析了不同真菌物种、代谢产物及合成条件对纳米颗粒特性的影响。

研究背景与意义

纳米技术的核心挑战之一是开发高效、可控的纳米颗粒合成方法。传统物理化学合成法虽能快速量产，但存在成本高、环境污染等问题。生物合成（尤其是真菌介导的合成）因其环境友好性、高稳定性和生物相容性成为研究热点。真菌具有强大的酶系统（如漆酶、硝酸还原酶等）和丰富的代谢产物（如多糖、酚类化合物），能通过还原金属离子合成多种纳米颗粒（如Ag、Au、Pt、Se等），并调控其尺寸、形貌和生物活性。本文旨在总结真菌合成纳米颗粒的多样性，比较不同合成策略的优劣，并探讨其应用前景。

主要观点与论据

1. 真菌合成纳米颗粒的多样性

观点：真菌可合成多种金属/类金属纳米颗粒，其特性受物种、代谢产物和合成条件调控。
论据：
- 银纳米颗粒（AgNPs）：研究最广泛，120余种真菌（如曲霉属*Aspergillus*、青霉属*Penicillium*、灵芝属*Ganoderma*）可合成球形、三角形或不规则颗粒（1–250 nm）。例如，*Ganoderma lucidum*子实体提取物合成的AgNPs（15–22 nm）具有抗菌和抗癌活性。
- 金纳米颗粒（AuNPs）：*Lentinus edodes*菌丝提取物可生成球形或六边形颗粒（2–200 nm），其形貌与所用酶（如锰过氧化物酶）相关。
- 铂/钯纳米颗粒（Pt/PdNPs）：*Fusarium oxysporum*通过氢酶催化合成PtNPs（10–180 nm），而*Inonotus obliquus*合成的多孔PdNPs可用于抗癌治疗。
- 硒/碲纳米颗粒（Se/TeNPs）：*Aspergillus terreus*和*Penicillium chrysogenum*能将毒性硒酸盐还原为球形SeNPs（20–120 nm），而*Phanerochaete chrysosporium*合成的TeNPs呈针状（20–465 nm）。

数据支持：表1-8汇总了不同真菌合成纳米颗粒的尺寸、形貌及前体化合物（如AgNO₃、HAuCl₄），并引用超过200篇文献佐证。

2. 合成机制与影响因素

观点：纳米颗粒的形成依赖真菌酶和代谢产物的还原作用，其特性受培养条件（pH、温度、前体浓度）和物理干预（如微波辐射）调控。
论据：
- 酶催化：漆酶（laccase）和硝酸还原酶（nitrate reductase）分别主导AuNPs和AgNPs的还原；*F. oxysporum*的氢酶（hydrogenase）可还原Pt(IV)。
- 代谢产物作用：多糖和酚类化合物（如*Ganoderma applanatum*中的酚类）既作为还原剂，又作为封端剂（capping agent）稳定颗粒。
- 条件优化：*Penicillium polonicum*在pH 9、光照下合成均一AgNPs（10–15 nm）；微波辐射可加速*Pleurotus florida*合成AgNPs（10 nm，150秒）。

案例：*Trichoderma harzianum*通过改变提取方法（机械破碎vs.非破坏性提取）获得不同尺寸的AgNPs（9.6 nm vs. 19.1 nm）。

3. 生物医学与环境应用潜力

观点：真菌源纳米颗粒兼具生物活性和环境修复功能。
论据：
- 抗菌与抗癌：*Aspergillus niger*合成的AgNPs对耐药病原体（如MRSA）有效；*G. lucidum*的AuNPs通过光热疗法抑制肿瘤。
- 环境修复：*F. oxysporum*可从电子垃圾中回收铜纳米颗粒（CuNPs）；*Penicillium oxalicum*合成的FeNPs可降解亚甲基蓝染料。
- 农业应用：*Trichoderma atroviride*的SeNPs能抑制植物病原卵菌（*Phytophthora infestans*）游动孢子。

数据：*Agaricus bisporus*子实体提取物合成的CuNPs（10–60 nm）对革兰氏阴性菌的抑菌圈达15 mm。

研究价值与亮点

1. 系统性综述：首次全面比较了真菌合成Ag、Au、Pt、Pd、Se等纳米颗粒的多样性，填补了Pt/PdNPs真菌合成研究的空白。
   
2. 机制解析：阐明酶与非酶分子（如多糖）在纳米颗粒形成中的协同作用，为定向设计纳米颗粒提供理论依据。
   
3. 应用导向：提出真菌纳米颗粒在抗癌、抗感染和污染治理中的跨领域应用，强调其绿色合成优势。
   
4. 方法创新：整合物理（微波/UV辐射）与生物合成策略，优化纳米颗粒的单分散性。
   

总结

本文揭示了真菌作为“纳米工厂”的潜力，其合成的纳米颗粒在尺寸、形貌和功能上的多样性为生物医学、农业和环境科学提供了新工具。未来研究需进一步探索合成机制的分子细节，并推动规模化生产与应用验证。