EFFECT OF AgNO 3 CONCENTRATION ON THE FORMATION OF SILVER NANOPARTICLES BY A STRAIN OF THE YEAST FUNGUS SACCHAROMYCES ELLIPSOIDEUS BDU - XR1

ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ AgNO₃ НА ФОРМИРОВАНИЕ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА ШТАММОМ ДРОЖЖЕВОГО ГРИБА SACCHAROMYCES ELLIPSOIDEUS BDU – XR1

Научная статья

Азадалиева C.Ф.¹, Джафаров М.М.², Гусейнова С.И.³, Ганбаров Х.Г.^4, *

⁴ ORCID: 0000-0002-6847-3598;

¹ Университет Одлар Юрду, Баку, Азербайджан;

^{2, 3, 4} Бакинский Государственный Университет, Баку, Азербайджан

* Корреспондирующий автор (khuda1949[at]mail.ru)

Aннотация

Целью данной работы было изучение влияния концентрации соли нитрата серебра (AgNО₃) на формирование наночастиц серебра штаммом дрожжевого гриба Saccharomyces ellipsoideus BDU – XR1. Выявлено, что способность исследуемого штамма дрожжевого гриба образовывать наночастицы серебра была наиболее оптимальной в реакционной смеси при концентрации 0.5 и 1.0 мМ AgNО₃. Так, на 7-ой день инкубации наблюдалось как изменение (потемнение) цвета реакционной смеси, так и пик поглощения при длине волны 405 и 408 нм, соответственно, при концентрации 0.5 и 1.0 мМ AgNО₃. При концентрации 3.0, 5.0 и 10.0 мМ соли нитрата серебра процесс биосинтеза наночастиц не наблюдался.

 Под сканирующим электронным микроскопом, сформированные в обоих образцах наночастицы серебра имели округлую форму, а их размер составлял 22.4 и 34.2-37.5 нм, соответственно, при концентрации соли нитрата серебра 0,5 и 1,0 мМ. Рентгеноспектральный анализ образцов показал наличие пика адсорбции (Ag Lal), характерного для наночастиц серебра.

Ключевые слова: Saccharomyces ellipsoideus BDU – XR1, соль нитрата серебра, наночастицы серебра, УФ спектрофотометр, сканирующий электронный микроскоп.

EFFECT OF AgNO ₃ CONCENTRATION ON THE FORMATION OF SILVER NANOPARTICLES BY A STRAIN OF THE YEAST FUNGUS SACCHAROMYCES ELLIPSOIDEUS BDU - XR1

Research article

Azadalieva S.F.¹, Dzhafarov M.M.², Guseynova S.I.³, Ganbarov Kh.G.^4, *

⁴ ORCID: 0000-0002-6847-3598;

¹ Odlar Yurdu University, Baku, Azerbaijan;

^{2, 3, 4} Baku State University, Baku, Azerbaijan

* Corresponding author (khuda1949[at]mail.ru)

Abstract

The aim of this article was to study the effect of the concentration of silver nitrate salt (AgNO3) on the formation of silver nanoparticles by a strain of the yeast fungus Saccharomyces ellipsoideus BDU - XR1. The author determine that the ability of the yeast fungus strain under study to form silver nanoparticles was the most optimal in the reaction mixture at concentrations of 0.5 and 1.0 mM AgNO3. On the 7th day of incubation, both a change (darkening) in the color of the reaction mixture and an absorption peak at wavelengths of 405 and 408 nm, respectively, at concentrations of 0.5 and 1.0 mM AgNO3 were observed. At concentrations of 3.0, 5.0 and 10.0 mM of silver nitrate salt, the process of nanoparticle biosynthesis was not observed.

Under a scanning electron microscope, the silver nanoparticles formed in both samples had a rounded shape, and their size was 22.4 and 34.2-37.5 nm, respectively with a silver nitrate salt concentration of 0.5 and 1.0 mM. X-ray spectral analysis of the samples showed the presence of an adsorption peak (Ag Lal) characteristic of silver nanoparticles.

Keywords: Saccharomyces ellipsoideus BDU - XR1, silver nitrate salt, silver nanoparticles, UV spectrophotometer, scanning electron microscope.

Введение

В последнее время, в производстве наночастиц особое внимание уделяется использованию биологических структур. В основе процесса биологического синтеза наночастиц стоит выбор экологически безопасных агентов и использование нетоксичных материалов для стабилизации наночастиц [6], [17], [19], [20]. Использование биологических объектов (грибов, бактерий и растений) в процессе синтеза наночастиц позволяет увеличить количество и уменьшить размер получаемых наночастиц. В частности, большие перспективы имеет применение в этом процессе дрожжей [9], [14], [16] и плесневых грибов [12], [13] и бактерий [7], [18 ].

Стало возможным претворение в жизнь синтеза наночастиц серебра, золота, цинка, селена, титана, платина и других металлов с использованием дрожжевых грибов [8], [11], [14], [15]. С целью применения последних достижений нанотехнологий в медицинской диагностике, биотехнологии и пищевой промышленности, изучается биологическая активность наночастиц серебра, образованных дрожжевыми клетками [4], [6]. Ферменты, выделяемые клеткой гриба, восстанавливают ионы серебра до наночастиц. Наночастицы серебра более интересны своей большой площадью поверхности и уникальными физико-химическими и биологическими свойствами [5], [18], [20].

В наших предыдущих исследованиях показана способность штамма дрожжевого гриба Saccharomyces ellipsoideus BDU-XR1 образовывать наночастицы серебра [1] и изучалось влияние периода инкубации, количества биомассы, температуры и исходной кислотности среды (pH) на образование наночастиц серебра штаммом S. ellipsoideus BDU- XR1 [2], [3], [10]. Целью данной научной работы является изучение влияния концентрации соли AgNO₃ на образование наночастиц серебра у штамма дрожжевого гриба S. ellipsoideus BDU - XR1.

Материалы и методы исследования

Для культивирования дрожжевого гриба Saccharomyces ellipsoideus BDU- XR1 была использована жидкая питательная среда следующего состава: дрожжевой экстракт - 10 г, сахароза - 20 г, пептон - 20 г, вода дистиллированная - 1 л. Культуру гриба получали из «коллекции культур» научно-исследовательской лаборатории «Микробиология и Вирусология» Бакинского Государственного Университета и инкубировали в термостате при температуре 30°C в течение 48 часов. Полученную биомассу отделяли от культуральной жидкости путем фильтрования и промывали 3 раза стерильной дистиллированной водой. Путем погружения 10 граммов влажной биомассы в 90 мл стерильной дистиллированной воды была приготовлена суспензия. В отдельные колбы с приготовленной суспензией были добавлены раствор соли AgNO₃, где концентрация соли составила 0.5 мМ, 1.0 мМ, 3.0 мМ, 5.0 мМ, 10.0 мМ. В качестве контрольного варианта использовали суспензию без добавления раствора AgNO₃. Колбы инкубировались в темноте при температуре 30°C в течение 7 дней. Все опыты проводились в четырех повторностях и анализировались.

Образование наночастиц серебра первоначально оценивалось по визуальному изменению цвета реакционной смеси от светло-желтого до темно-коричневого. В контрольных колбах, инкубированных в тех же условиях, изменение цвета не наблюдалось. Затем, биомассу отделяли фильтрованием и проводили спектрофотометрический анализ образцов с использованием спектрофотометра UV-Vis SPECORD 250 plus (Германия). Форму и размер наночастиц серебра определяли с помощью сканирующего электронного микроскопа (JEOL 7600F, Япония). Рентгеноспектральный анализ образцов осуществляли методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (ЭДС). 

Результаты и их обсуждение

Было изучено формирование наночастиц серебра у дрожжевого гриба Saccharomyces ellipsoideus BDU - XR1 в зависимости от концентрации соли AgNO₃ (0.5, 1.0, 3.0, 5.0 и 10.0 мМ). Формирование наночастиц серебра в реакционных смесях с добавлением соли нитрата серебра в концентрации 0.5 и 1.0 мМ было выявлено на 7-ой день инкубации, на основе потемнения цвета (см. рисунок 1). В контрольной колбе, инкубированной в тех же условиях, изменение цвета не наблюдалось. Изменение света не происходило и при концентрациях нитрата серебра 3.0, 5.0 и 10.0 мМ, что свидетельствует об отсутствии синтеза наночастиц серебра. По-видимому, высокие концентрации ионы серебра оказывает токсическое действие на клетки дрожжей.

Рис. 1 – Потемнение цвета реакционной смеси во время инкубации с биомассой Sacch. ellipsoideus BSU-XR1:

А – контроль; В – опыт

 

 Спектрофотометрический анализ образцов с концентрацией 0.5 и 1.0 мМ показал поглощение при длине волны 405 и 408 нм, соответственно, что характерно для наночастиц серебра (рис. 2). Наибольшее количество наночастиц образовалось при концентрации 1.0 мМ AgNO₃, где оптическая плотность ( см. рисунок 2, кривая 2) намного выше, чем остальные (кривые 1, 3, 4, 5).

Рис. 2 – УФ-спектр ночастиц серебра, образованных дрожжевом грибом Saccharomyces ellipsoideus BDU–XR1 при концентрации AgNO₃: 1 – 0,5 мМ; 2 – 1,0 мМ; 3 – 0,3 мМ; 4 – 0,5 мМ; 5 – 10,0 мМ

 

 Электронно - микроскопический (СЭМ) анализ образцов показал, что наночастицы имеют сферическую форму и разные размеры. Размер наночастиц серебра в смеси соли нитрата серебра с концентрацией 0.5 мМ составил 22.4 нм, а с концентрацией 1.0 мМ был 34.2 - 37.5 нм (см. рисунок 3).

 

Рис. 3 – Наночастицы серебра на СЭМ, сформированные при концентрации AgNO_3. 0,5 мМ (А) и 1,0 мМ (В).

 

По-видимому, это означает, что с увеличением концентрации соли нитрата серебра увеличивается и размер образующихся наночастиц серебра.

Полученные нами данные по увеличению размера наночастиц в зависимости от концентрации соли нитрата совпадают с результатами, полученными при исследовании другого вида дрожжевого гриба Sacharomyces cerevisiae [14].

 Анализ наночастиц, образованных дрожжевым грибом Saccharomyces ellipsoideus BDU-XR1, на рентгеновском спектрометре, показал наличие пика AgLa1, характерного для наночастиц серебра ( cм. рисунок 4).

Рис. 4 – Характерный рентгеновский спектр наночастиц серебра, образованных дрожжевом грибом Saccharomyces ellipsoideus  BDU – XR1 при концентрации соли AgNO₃ 0.5 и 1.0 мM

  Заключение

С помощью методов спектрофотометрического, электронно- микроскопического и рентген спектрального анализа выявлено, что дрожжевой гриб Saccharomyces ellipsoideus BDU - XR1 способен образовывать наночастицы серебра при концентрации соли нитрата серебра 0.5 и 1.0 мМ. А при высоких концентрациях (3.0; 5.0 и 10.0 мМ) нитрата серебра образование наночастиц не наблюдается. По мере увеличения концентрации нитрата серебра от 0.5 мМ до 1.0 мМ размер наночастиц увеличивается от 22.4 нм до 34.2 – 37.5 нм.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Азадалиуева С.Ф. Возможность образования серебряных наночастиц из дрожжевого гриба Saccharomyces ellipsoideus BDU XR -1 в зависимости от температуры / C.Ф.Азадалиева, М.М.Джафаров, С.Э.Меджидова и др. // Перспективы развития науки и образования. Вестник научных конференций, Тамбов. – 2017. - Часть 4. - № 5. – С. 39
2. Азадалиуева С.Ф. Влияние биомассы на образование наночастиц серебра штаммом дрожжевого гриба Saccharomyces ellipsoideus BDU XR -1 / С.Ф.Азадалиева, М.М.Джафаров, С.И.Гусейнова и др. // Научные исследования и разработки. ХХХ Международная научная конференция. Москва. – 2017. С.89
3. Азадалиева С.Ф. Влияние продолжительности инкубации на образование наночастиц серебра штаммом дрожжевого гриба Saccharomyces ellipsoideus BDU – XR1 / С.Ф.Азадалиева, М.М.Джафаров, З.А.Агамалиев и др. // Научные труды Института Микробиологии НАНА. - 2018.- Т.16. - №1. - С.42 – 47
4. Бозкурт Х.С.Получение наночастиц металла с помощью дрожжевых грибов и их изучение / Х.С.Бозкурт, М.М.Джафаров, Х.Г.Ганбаров // Вести Бакинского Университета, Серия естест. Науки. – 2017. - № 2. - С.34 – 42
5. Баранова Е.К.Взаимодействие ионов и кластеров серебра в водных и водно-органических растворах с клетками Candida utilis и Saccharomyces cerevisiae / Е.К.Баранов, А.Л.Мулюкин, А.Н.Козлова и др. // Наукоемкие технологии. – 2005. - Т.6.- № 5.- С.33 – 37
6. Abhishek K. Green and Rapid Synthesis of Anticancerous Silver Nanoparticles by Saccharomyces boulardii and İnsight into Mechanism of Nanoparticle Synthesis / К.Abhishek, J.Sanyog, C.Uttam // Hindawi Publishing Corporation BioMed Research İnternat. – 2013. - V.9. - P.112 – 119
7. Abo–state M.A. Microbial Production of Silver Nanoparticles by Pseudomonas aeruginosa Cell Free Extract / M.A.Abo-state, A.M.Partila // J. Eco. Heal. Env. – 2015. - V.3. - №3. - P.91 – 98
8. Ana M. Biosynthesis of crystalline silver and gold nanoparticles by extremophilic yeasts / M.Ana, G.Mario, R.Ana et al. // Bioinorganic Chemistry and Applications. – 2011.- V.55. - P.1 – 8
9. Atef H. Biosynthesis of silver nanoparticles (Ag-Nps) (a model of metals) by Candida albicans and its antifungal activity on some fungal pathogens / H.Atef, K.Mogda, H.Mahmoud // New York science Journal. – 2013. - V.6(3). - P.27 – 33
10. Azadaliyeva S.F. The influence of initial acidity (pH) on the production of silver nanoparticles by Saccharomyces ellipsoideus BDU – XR1 / S.F.Azadaliyeva // German Science Herald. – 2019. - №3. - P.55 – 57
11. Fatima H. Biosynthesis of silver nanoparticles using Saccharomyces boulardii and study their biological activities / H.Fatime, H.Nawfal, M.Mohammad // European journal of pharmaceutical and medical research. – 2017. - V.4(9).- P.65-74
12. Ganbarov K.G. Silver nanoparticles synthesized by the Azerbaijanian evrironmental isolated Aspergillus niger / K.G.Ganbarov, I.S.Ahmadov, M.A.Ramazanov et al. // Jour. Microbiol. Biotechnol. Food Sciences. – 2014. - V.4 (2). - 137 - 141
13. Ganbarov K..G.The concentration effect of the formation of silver nanoparticles by the mold fungus Aspergillus niger BDU A4 / G.Ganbarov, I.S.Ahmadov, M.A.Ramazanov et al. // Jour. Biotechnol. – 2014. - V.28. - P. 185
14. Hassan K. Biosynthesis of silver nanoparticles using Saccharomyces cerevisiae / K. Hassan, M. Soudabeh, M. Rasoul et al. // An İnternational JournalArtificial Cells, Nanomedicine and Biotechnology. – 2016. - V.44. - P.235 – 239
15. Kaushik R. Photocatalytic activity of biogenic silver nanoparticles synthesized using yeast (Saccharomyces cerevisiae) extract / R.Kaushik, C.Sarkar, C.Ghosh // Applied Nanoscience. – 2015. - V.5. - P.197 – 203
16. Msheik M. Biosynthesis of silver nanoparticles using Saccharomyces cerevisiae with different pH and study of antimicrobial activity against bacterial pathogens / M.Msheik, M.Abdul // Chemical Science Transactions. – 2016. - V.5.- №4. - P.906 – 911
17. Monteiro D.R. Effect of silver nanoparticles against Candida albicans and Candida glabrata biofilms / D.R.Monteiro, S.C.Silva, M.Negri et al. // Lett.Appl. Microbiol. – 2012. - V.54. - P.383 – 391
18. Narayanan K.B. Biological synthesis of metal nanoparticles by microbes / K.B.Narayanan, N.Sakthivel // Advances in Colloid and Interface Science. – 2010.- V.56. - №1–2. - P. 1–13
19. Niknejad F. Green synthesis of silver nanoparticles: Advantage of the yeast Saccharomyces cerevisiae model / F.Niknejad, M.Nabili, R.Daie et al. // Curr. Med. Mycol. – 2015. - V.1. - №3. - P.17 – 24
20. Shailesh R. Ecofriendly production of silver nanoparticles using Candida utilis and its mechanistic action against pathogenic microorganisms / R.Shailesh, N.Mustopa, R.Suryakant et al. // Biotechnology. – - V.5. -№1, - P.33 – 38

Список литературы на английском языке / References in English

1. Azadaliyeva S.F. Vozmozhnost' obrazovanija serebrjanyh nanochastic iz drozhzhevogo griba Saccharomyces ellipsoideus BDU XR -1 v zavisimosti ot temperatury [The possibility of the formation of silver nanoparticles from the yeast fungus Saccharomyces ellipsoideus BDU XR -1 depending on temperature] / C.F.Azadaliyeva, M.M.Jafarov, S.E.Medzhidova et al. // Perspektivy razvitija nauki i obrazovanija. Vestnik nauchnyh konferencij [Prospects for the development of science and education. Bulletin of Scientific conferences], Tambov. - 2017. - Part 4. - No. 5. - p. 39 [in Russian]
2. Azadaliyeva S.F. Vlijanie biomassy na obrazovanie nanochastic serebra shtammom drozhzhevogo griba Saccharomyces ellipsoideus BDU XR -1 [The effect of biomass on the formation of silver nanoparticles by a strain of the yeast fungus Saccharomyces ellipsoideus BDU XR -1] / S.F.Azadaliyeva, M.M.Jafarov, S.I.Huseynova et al. // Nauchnye issledovanija i razrabotki. HHH Mezhdunarodnaja nauchnaja konferencija [Scientific research and development. XXX International Scientific Conference]. Moscow. - 2017. p.89 [in Russian]
3. Azadalieva S.F. Vlijanie prodolzhitel'nosti inkubacii na obrazovanie nanochastic serebra shtammom drozhzhevogo griba Saccharomyces ellipsoideus BDU – XR1 [The effect of incubation duration on the formation of silver nanoparticles by the strain of the yeast fungus Saccharomyces ellipsoideus BDU - XR1] / S.F.Azadalieva, M.M.Jafarov, Z.A.Agamaliev et al. // Nauchnye trudy Instituta Mikrobiologii NANA [Scientific Proceedings of the Institute of Microbiology of ANAS]. - 2018.- Vol.16. - No. 1. - pp.42-47 [in Russian]
4. Bozkurt H.S. Poluchenie nanochastic metalla s pomoshh'ju drozhzhevyh gribov i ih izuchenie [Obtaining metal nanoparticles using yeast fungi and their study] / H.S.Bozkurt, M.M.Jafarov, H.G.Ganbarov // Vesti Bakinskogo Universiteta, Serija estest. Nauki [Vesti of Baku University, A series of estest. Science]. - 2017. - No. 2. - p.34 - 42 [in Russian]
5. Baranova E.K. Vzaimodejstvie ionov i klasterov serebra v vodnyh i vodno-organicheskih rastvorah s kletkami Candida utilis i Saccharomyces cerevisiae [Interaction of silver ions and clusters in aqueous and water-organic solutions with Candida utilis and Saccharomyces cerevisiae cells] / E.K.Baranov, A.L.Mulyukin, A.N.Kozlova et al. // Naukoemkie tehnologii [High-tech technologies]. - 2005. - Vol.6.- No. 5.- pp.33-37. [in Russian]
6. Abhishek K. Green and Rapid Synthesis of Anticancerous Silver Nanoparticles by Saccharomyces boulardii and İnsight into Mechanism of Nanoparticle Synthesis / К.Abhishek, J.Sanyog, C.Uttam // Hindawi Publishing Corporation BioMed Research İnternat. – 2013. - V.9. - P.112 – 119
7. Abo–state M.A. Microbial Production of Silver Nanoparticles by Pseudomonas aeruginosa Cell Free Extract / M.A.Abo-state, A.M.Partila // J. Eco. Heal. Env. – 2015. - V.3. - №3. - P.91 – 98
8. Ana M. Biosynthesis of crystalline silver and gold nanoparticles by extremophilic yeasts / M.Ana, G.Mario, R.Ana et al. // Bioinorganic Chemistry and Applications. – 2011.- V.55. - P.1 – 8
9. Atef H. Biosynthesis of silver nanoparticles (Ag-Nps) (a model of metals) by Candida albicans and its antifungal activity on some fungal pathogens / H.Atef, K.Mogda, H.Mahmoud // New York science Journal. – 2013. - V.6(3). - P.27 – 33
10. Azadaliyeva S.F. The influence of initial acidity (pH) on the production of silver nanoparticles by Saccharomyces ellipsoideus BDU – XR1 / S.F.Azadaliyeva // German Science Herald. – 2019. - №3. - P.55 – 57
11. Fatima H. Biosynthesis of silver nanoparticles using Saccharomyces boulardii and study their biological activities / H.Fatime, H.Nawfal, M.Mohammad // European journal of pharmaceutical and medical research. – 2017. - V.4(9).- P.65-74
12. Ganbarov K.G. Silver nanoparticles synthesized by the Azerbaijanian evrironmental isolated Aspergillus niger / K.G.Ganbarov, I.S.Ahmadov, M.A.Ramazanov et al. // Jour. Microbiol. Biotechnol. Food Sciences. – 2014. - V.4 (2). - 137 - 141
13. Ganbarov K..G.The concentration effect of the formation of silver nanoparticles by the mold fungus Aspergillus niger BDU A4 / G.Ganbarov, I.S.Ahmadov, M.A.Ramazanov et al. // Jour. Biotechnol. – 2014. - V.28. - P. 185
14. Hassan K. Biosynthesis of silver nanoparticles using Saccharomyces cerevisiae / K. Hassan, M. Soudabeh, M. Rasoul et al. // An İnternational JournalArtificial Cells, Nanomedicine and Biotechnology. – 2016. - V.44. - P.235 – 239
15. Kaushik R. Photocatalytic activity of biogenic silver nanoparticles synthesized using yeast (Saccharomyces cerevisiae) extract / R.Kaushik, C.Sarkar, C.Ghosh // Applied Nanoscience. – 2015. - V.5. - P.197 – 203
16. Msheik M. Biosynthesis of silver nanoparticles using Saccharomyces cerevisiae with different pH and study of antimicrobial activity against bacterial pathogens / M.Msheik, M.Abdul // Chemical Science Transactions. – 2016. - V.5.- №4. - P.906 – 911
17. Monteiro D.R. Effect of silver nanoparticles against Candida albicans and Candida glabrata biofilms / D.R.Monteiro, S.C.Silva, M.Negri et al. // Lett.Appl. Microbiol. – 2012. - V.54. - P.383 – 391
18. Narayanan K.B. Biological synthesis of metal nanoparticles by microbes / K.B.Narayanan, N.Sakthivel // Advances in Colloid and Interface Science. – 2010.- V.56. - №1–2. - P. 1–13
19. Niknejad F. Green synthesis of silver nanoparticles: Advantage of the yeast Saccharomyces cerevisiae model / F.Niknejad, M.Nabili, R.Daie et al. // Curr. Med. Mycol. – 2015. - V.1. - №3. - P.17 – 24
20. Shailesh R. Ecofriendly production of silver nanoparticles using Candida utilis and its mechanistic action against pathogenic microorganisms / R.Shailesh, N.Mustopa, R.Suryakant et al. // Biotechnology. – - V.5. -№1, - P.33 – 38