Nanoparticelle da batteri, funghi e estratti vegetali.

Luigi Campanella, già Presidente SCI

Le nano-scienze studiano i materiali nelle componenti più piccole di cui sono composti, quindi a livello atomico e molecolare. Alcune delle applicazioni più moderne ed attuali dei nano-materiali sono la protezione da scritte e graffiti di vetri, carrozzerie, pannelli pubblicitari, l’azione di contrasto allo sporco ed all’umidità su superfici di vetro o specchio; l’azione idrorepellente, l’attività antivegetativa su imbarcazioni e cabine marine.

Per grandi applicazioni si utilizzano dispersioni delle nanoparticelle in alcool; tali applicazioni sono sempre più diffuse e variate, allargando i campi di interesse e di studio. Alcune nano particelle hanno dimostrato proprietà di inibizione della crescita di microorganismi, altre sono state applicate alla decontaminazione delle acque reflue da uranio. Tutto ciò mette in evidenza come le nano-particelle rappresentino promettenti opzioni per la chimica sostenibile. In alcuni casi, la maggior parte in realtà, la loro preparazione comporta metodi e processi non ecocompatibili; da qui l’importanza di superare questo limite con metodi di sintesi delle nanoparticelle che siano riconducibili alla green chemistry.

Nasce così la nanotecnologia verde come combinazione delle nanotecnologie con la chimica verde, che punta a creare nano-materiali sostenibili e sviluppare applicazioni per ridurre i residui dannosi a salute ed ambiente da smaltire. Il risanamento di terreni inquinati è uno dei problemi che rientrano in questa casistica. Questo può avvenire in situ senza la necessità di scavare ed ex situ con rimozione del terreno seguita da trattamento adeguato in condizioni controllate. La nanotecnologia verde ha trovato applicazioni proprio nei metodi di risanamento in situ, ovviamente i più ambiti per la maggiore semplicità operativa. Il primo aspetto da considerare per dare credito al carattere green è quello relativo alla preparazione/sintesi rispettosa di ambiente e salute. Le sintesi tradizionali avvengono per via chimica, che può essere con tecnologia tradizionale o con tecnologia green: nel primo caso si utilizzano spesso solventi tossici e condizioni sperimentali estreme, consumi energetici elevati, mentre nel secondo caso si impiegano reagenti green, per lo più estratti naturali, condizioni ambientali miti, catalisi chimica con ridotti consumi energetici. Successiva alla sintesi è la caratterizzazione che avviene con tecniche diverse XRD, UV, FTIR.

Sono note due classi di nano-materiali ,l’organica e l’inorganica, la prima costituita principalmente da carbonio, la seconda da metalli nobili come l’oro e l’argento. Un’altra classificazione distingue le nano-particelle in naturali, sintetiche, ingegnerizzate, a seconda della loro origine; quelle metalliche rientrano in quest’ultima classe.

I microrganismi hanno talvolta la capacità di ridurre gli ioni metallici conducendo alla sintesi di materiali in nanoscala; ciò avviene attraverso l’azione di enzimi extracellulari secreti dai microorganismi. I batteri hanno una speciale affinità per i materiali e questa proprietà di legarli li rende particolarmente utili nel nanobiorisanamento. Oltre ai batteri analoghi usi hanno i funghi ed i lieviti, questi ultimi in particolare nei casi di sintesi di grandi quantità di nano particelle, in ragione dell’elevato contenuto proteico di questi microorganismi. Infine in letteratura si trovano molti esempi di sintesi di nanoparticelle a partire da estratti di piante. Esistono numerosi articoli nella bibliografia scientifica che, in funzione delle nano particelle che si vogliono sintetizzare, indicano la piante o il microorganismo più idoneo.

Alcuni esempi: per la sintesi di nanoparticelle di argento i microrganismi o le piante più adatti sono il lievito del pane, lo staffilococco, la magnolia,la trigonella e il ficus; per quelle di oro aspergillus penicillium ed eucalipto; per quelle di ferro escherichia coli, papaya, tè verde, rosmarino.

Questo fra l’altro getta luce sulla pretesa di alcuni che le nanoparticelle che si ritrovano nei cibi o nell’ambiente siano tutte sintomo di inquinamento. Non sembra sia così e secondo alcuni anzi talune nanoparticelle hanno un ruolo nella crescita delle piante. Diciamo che c’è molto da studiare.

Dopo la loro caratterizzazione le nanoparticelle vengono applicate al nanorisanamento del sistema in cui è richiesto di abbattere la concentrazione di composti pericolosi per l’uomo e per l’ambiente. L’azione delle nano particelle si può esplicare attraverso l’adsorbimento con conseguente rimozione dei composti adsorbiti o attraverso la loro proprietà di donatori elettronici che comporta una reazione con le specie ioniche metalliche e con gli elettronaccettori con la trasformazione di questi in specie meno tossiche; tale minore tossicità auspicata deve essere però testata.

Alcuni dei problemi che assillano queste nuove tecnologie sono la perdita di attività nel tempo delle nanoparticelle, il trasporto di queste, l’azione tossica nei confronti dei biocatalizzatori, spesso indispensabili per lo sviluppo di una reazione. I microorganismi del suolo ,ad esempio, sono estremamente importanti per il ciclo naturale dei nutrienti nell’ambiente, proteggendo anche il suolo da eventuali composti contaminanti. Dovendo decidere sul metodo più adatto per risanare un sito contaminato vanno tenuti in conto numerosi aspetti, quali l’efficienza, la complessità, il rischio, la disponibilità di risorse, il tempo necessario, giungendo alla conclusione che non esiste un metodo che soddisfi completamente ed inducendo quindi la convinzione di ricorrere ad una multi-tecnologia.

Alcuni riferimenti.

Nanochem Res 3(1): 1-16, Winter and Spring 2018

Sustainability 2018, 10, 913; doi:10.3390/su10040913

J Nanomed Nanotechnol
 Volume 5 • Issue 5 • 1000233


­ M.H. Siddiqui et al. (eds.), Nanotechnology and Plant Sciences,
DOI 10.1007/978-3-319-14502-0_2

Anshup A, Venkataraman JS, Subramaniam C, Kumar RR, Priya S, Kumar TS, Omkumar RV, John A, Pradeep T. (2005). Growth of gold nanoparticles in human cells. Langmuir, 21 11562–11567.

Chaudhuri GR, Paria S. (2012). Core/shell nanoparticles: classes, properties, synthesis mechanisms, characterization, and applications. Chem Rev, 112 (4) 2373-433.

Dwivedi AD, Gopal K. (2010). Biosynthesis of silver and gold nanoparticles using Chenopodium album leaf extract. Colloids Surf A Physicochem Eng Asp, 369 (1–3) 27–33.

Iravani S. (2011). Green synthesis of metal nanoparticles using plants. Green Chem, 13 2638–2650. Iravani S. (2011). Green synthesis of metal nanoparticles using plants. Green Chem, 13 2638–2650.

Un pensiero su “Nanoparticelle da batteri, funghi e estratti vegetali.

  1. Interessante, come sempre!
    E c’è di più! I nostri stessi organi, ad esempio il rene, processano le forme di trasporto di alcuni ioni metallici tossici: Mercurio, Cadmio, Piombo, convertendoli in minuscoli cristalli dei loro solfuri insolubili, che sono stati osservati per via microscopica sia nell’uomo sia negli animali, in particolare nei carnivori artici che bio-accumulano il Mercurio e nei cani groenlandici che se ne cibano.
    Buona giornata
    FMRubino

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