Biosynthesis of inorganic nanomaterials using microbial cells and bacteriophages

纳米材料 纳米技术 微生物 细菌 化学 材料科学 生化工程 生物 工程类 遗传学
作者
Yoojin Choi,Sang Yup Lee
出处
期刊:Nature Reviews Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:4 (12): 638-656 被引量:181
标识
DOI:10.1038/s41570-020-00221-w
摘要

Inorganic nanomaterials are widely used in chemical, electronics, photonics, energy and medical industries. Preparing a nanomaterial (NM) typically requires physical and/or chemical methods that involve harsh and environmentally hazardous conditions. Recently, wild-type and genetically engineered microorganisms have been harnessed for the biosynthesis of inorganic NMs under mild and environmentally friendly conditions. Microorganisms such as microalgae, fungi and bacteria, as well as bacteriophages, can be used as biofactories to produce single-element and multi-element inorganic NMs. This Review describes the emerging area of inorganic NM biosynthesis, emphasizing the mechanisms of inorganic-ion reduction and detoxification, while also highlighting the proteins and peptides involved. We show how analysing a Pourbaix diagram can help us devise strategies for the predictive biosynthesis of NMs with high producibility and crystallinity and also describe how to control the size and morphology of the product. Here, we survey biosynthetic inorganic NMs of 55 elements and their applications in catalysis, energy harvesting and storage, electronics, antimicrobials and biomedical therapy. Furthermore, a step-by-step flow chart is presented to aid the design and biosynthesis of inorganic NMs employing microbial cells. Future research in this area will add to the diversity of available inorganic NMs but should also address scalability and purity. The biosynthesis of inorganic nanomaterials in microorganisms is an environmentally friendly alternative to chemical synthesis. This Review describes the engineering of microorganisms to rationally prepare nanomaterials for diverse applications.
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