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研究作者及机构
本研究由Carolina Arriaza-Echanes、Jessica L. Campo-Giraldo、Felipe Valenzuela-Ibaceta、Javiera Ramos-Zúñiga和José M. Pérez-Donoso共同完成，研究团队主要来自智利安第斯大学生命科学学院的生物纳米技术与微生物实验室（Bionanotechnology and Microbiology Laboratory, Center for Bioinformatics and Integrative Biology, Facultad de Ciencias de la Vida, Universidad Andrés Bello）。研究论文于2024年3月21日发表在期刊《Nanomaterials》上。

学术背景
本研究属于纳米材料与生物技术交叉领域，重点关注极端环境下微生物在纳米颗粒合成中的应用。近年来，利用极端微生物合成金属纳米颗粒成为一种可持续的策略，能够生成具有独特特性的高质量纳米材料。铜铟硫（Cu-In-S, CIS）纳米颗粒因其低毒性和在生物医学及太阳能电池中的广泛应用而备受关注。然而，关于生物方法合成CIS纳米颗粒的研究却鲜有报道。本研究旨在从南极联合冰川（Union Glacier）的土壤样品中分离酵母菌，探索其合成CIS纳米颗粒的潜力，并评估其在量子点敏化太阳能电池（Quantum Dot-Sensitized Solar Cells, QDSSCs）中的应用。

研究流程
研究分为以下几个主要步骤：
1. 酵母菌的分离与鉴定
- 从南极联合冰川的土壤样品中分离出三种酵母菌，分别命名为A1、A2和A3。
- 通过形态学分析和基因测序，鉴定出A1为Naganishia uzbekistanensis，A2为Naganishia vishniacii，A3为Filobasidium stepposum。
- 测定了三种酵母菌的生长曲线和铜离子（CuSO₄）的最小抑制浓度（MIC），发现它们对铜离子具有较高的耐受性。

1. CIS纳米颗粒的生物合成

   • 将酵母菌暴露于硫酸铜（CuSO₄）、氯化铟（InCl₃）、谷胱甘肽（GSH）和半胱氨酸（Cys）中，观察其合成CIS纳米颗粒的能力。
     
   • 通过紫外-可见吸收光谱和荧光光谱分析，确认CIS纳米颗粒的特征吸收峰（500 nm）和荧光发射峰（650 nm）。
     
   • 使用透射电子显微镜（TEM）和动态光散射（DLS）分析纳米颗粒的尺寸和形貌，发现其尺寸范围为3-5 nm，且呈单分散性。
     
   • 通过能量色散X射线光谱（EDX）确认纳米颗粒的组成，包含铜、铟和硫元素，铜/铟比例为0.15-0.27。
     

2. 纳米颗粒的光稳定性测试

   • 将生物合成的CIS纳米颗粒与仿生合成的CIS纳米颗粒进行光稳定性对比，发现生物合成的纳米颗粒在连续光照下表现出更高的稳定性，且荧光强度随时间增加。
     

3. 量子点敏化太阳能电池的应用

   • 将生物合成的CIS纳米颗粒作为光敏剂应用于量子点敏化太阳能电池，测得其转换效率为0.0247%。
     
   • 与仿生合成的CIS纳米颗粒相比，生物合成的纳米颗粒在太阳能电池中的应用效率较低，但其光稳定性更高。
     

主要结果
1. 酵母菌的分离与鉴定
- 成功从南极土壤中分离出三种酵母菌，其中Filobasidium stepposum表现出较高的CIS纳米颗粒合成能力。
- 三种酵母菌对铜离子的耐受性均高于常用的酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）。

1. CIS纳米颗粒的生物合成

   • Filobasidium stepposum在含有GSH和Cys的条件下成功合成了CIS纳米颗粒，其尺寸和形貌符合预期。
     
   • EDX分析证实纳米颗粒的组成符合CIS的化学计量比，且铜/铟比例随反应时间变化。
     

2. 光稳定性测试

   • 生物合成的CIS纳米颗粒在连续光照下表现出优异的光稳定性，其荧光强度随时间增加，表明其具有光活化特性。
     

3. 量子点敏化太阳能电池的应用

   • 生物合成的CIS纳米颗粒在太阳能电池中的应用效率为0.0247%，虽然低于仿生合成的纳米颗粒，但其光稳定性为其在长期应用中提供了优势。
     

结论
本研究首次报道了利用南极酵母菌Filobasidium stepposum生物合成CIS纳米颗粒的方法。该方法简单、环保且成本低廉，为CIS纳米颗粒的绿色合成提供了新途径。合成的纳米颗粒具有优异的光稳定性，展示了其在量子点敏化太阳能电池中的应用潜力。此外，本研究为极端环境下微生物资源的开发利用提供了重要参考。

研究亮点
1. 首次利用南极酵母菌Filobasidium stepposum生物合成CIS纳米颗粒。
2. 合成的CIS纳米颗粒尺寸小（3-5 nm）、单分散性好，且具有优异的光稳定性。
3. 探索了生物合成CIS纳米颗粒在量子点敏化太阳能电池中的应用，展示了其潜在的技术价值。
4. 研究为极端环境下微生物资源的开发利用提供了新思路，具有重要的科学和应用价值。

以上报告全面介绍了该研究的内容、方法、结果及其意义，为相关领域的研究者提供了详细的参考。