식품 미생물을 이용한 gold nanoparticles의 생합성 및 특성 = Biosynthesis and Characterizaion of Gold Nanoparticles using Food microoranism

국문 초록 (Abstract)

최근 nanoptechnology는 여러 분야에서 중요한 역할을 하며 주목을 받고 있다. 최근 과학자들은 미생물을 이용하여 친환경적인 방법으로 nanoparticles를 합성하려는 시도를 하고 있다. nanoparticles 합성은 미생물을 이용한 intra cellular synthesis 또는 extra cellular synthesis로 진행된다. Extra cellular particles 합성의 경우 간단한 공정을 거쳐 nanoparticles를 생산하며 산업현장에서 좀 더 쉽게 사용할 수 있는 장점이 있다.
본 실험에서는 S. cerevisae, Z. rouxii배양액의 상등액과 A. sojae 의 여과액을 사용하여 gold nanoparticles 생합성을 확인하고자하였다. 시간에 따른 gold nanoparticles의 형성여부는 UV–visible spectrophotometer를 통하여 확인하였으며, 크기와 형태는 TEM을 통하여, nanoparticles의 성분은 X-ray diffraction으로 확인하였다. Gold nanoparticles의 식중독 균에 대한 항균활성을 살펴보기 위해 disk diffusion tests를 실시하였다. 또한 생장 억제된 균체의 표면을 SEM으로 관찰하여 gold nanoparticles의 억제기작을 유추해 보고자 하였다.
1. S. cerevisae, Z. rouxii의 상등액과 A. sojae의 여과액과 gold ions과 함께 shaking incubator에서 반응 시킨 결과 시간의 경과에 따라 Au3+이 환원되어 gold nanoparticles이 형성되면서 반응액이 연한 갈색에서 보라색으로 점차 변하였다. 반면에 1×10-3 M HAuCl4 solution 만을 첨가한 flask에서는 어떤 변화도 관찰 되지 않았다.
2. S. cerevisae, Z. rouxii의 상등액, A. sojae의 여과액과 1×10-3 M HAuCl4 solution을 첨가하여 반응시킨 결과, 시간이 경과함에 따라 Gold nanoparticles의 surface plasmon resonace band인 540 nm 부근에서 peak값이 증가하는 결과를 나타냈다.
3. S. cerevisae, Z. rouxii의 상등액, A. sojae의 여과액에 의해 합성된 gold nanoparticles의 XRD 측정결과 2θ=38, 44. 64 에서 세가지의 뚜렷한 peak를 볼 수 있었다. 세가지 peak 모두 cubic structure(JCPDS No.04-0784)의 gold standard diffraction pattern과 일치 하였다.
4. S. cerevisae, Z. ruxii의 상등액, A. sojae의 여과액을 1×10-3 M HAuCl4과 24시간 동안 반응시킨 결과, Z. ruxii 상등액으로 생합성 한 경우 5-25 nm 크기의 spherical gold nanoaparticles를, S. cerevisae 의 상등액으로 합성한 경우는 20-100 nm 크기의 spherical gold nanoaparticles를 관찰 할 수 있었다. A. sojae의 경우는 앞의 두 균주의 particles의 모양과 달리 40-200 nm 크기의 spherical과 triangular gold nanoparticles를 관찰 할 수 있었다.
5. 초기 pH에 따른 gold nanoparticles의 영향을 살펴본 결과 세 균주 모두 pH 4일 때 540 nm에서의 O.D.값이 큰 것으로 나타났으며, TEM에서는 A. sojae의 경우 particles의 모양과 크기의 변화를 관찰 할 수 있었다.
6. Gold nanoparticles의 항균활성을 살펴본 결과 S. cerevisae, Z. ruxii의 상등액과 A. sojae의 여과액에 의해 합성된 gold nanoparticles는 S. aureus 와 S. typhimurium에서 항균활성이 있었으며, Z. ruxii의 상등액과 A. sojae 여과액에 합성된 gold nanoparticles의 경우 B. cereus 와 E. coli에서도 활성을 보였다.
7. Gold nanoparticles에 의한 식중독균의 손상된 세포 표면을 관찰한 결과 gold nanoparticles를 처리하지 않은 균은 표면이 매끄럽고 형태가 뚜렷하게 유지되며 개체 수가 많지만 gold nanoparticles를 처리한 균은 세포 표면이 거칠어지고 손상을 입은 형태를 보이며 개체수가 적은 것을 관찰 할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The field of nanotechnology plays an increasingly important role in many key technologies of the new millennium. The use of microorganism as possible eco-friendly nanofactories for synthesis of metal nanoparticles such as gold and silver has emerged as a potential alternative to the conventional chemically synthesized nanoparticles.
In the present research work, the extra cellular synthesis of gold nanoparticles has been investigated by taking the culture supernatant of industrially using fermented microorganisms such as Saccharomyces cerevisae, Zygosaccharomyces rouxii and Aspergillus sojae. The synthesis process for all the above organisms is comparatively fast as compared to previous biological process involving microorganisms. The supernatant solution has changed from pale yellow to purple pink upon 24 h of incubation of the metal salt (HAuCl4) indicating complete reduction of the salt to Au3+ ions. The synthesized nanoparticles have been characterized by using UV spectrophotometer, TEM and XRD.
The UV visible spectra recorded at different time intervals have shown distinct absorvance band at 540nm, which has steadily increased in intensity as a function of reaction time without any remarkable shift in the peak position. Phase of the as prepared nanoparticles investigated by X-ray diffraction technique have shown three distinct peaks for gold nanoparticles for all the organisms at 2Ɵ= 38°, 44° and 64°. All the peaks correspond to standard diffraction pattern of gold. Morphology of the synthesized gold nanoparticles has been observed by TEM images which indicate well dispersed and near spherical shaped particles. The gold nanoparticles synthesized by S. cerevisae and Z. rouxii have a size range of 20-100 nm and 5-25 nm respectively. Whereas for A. sojae, triangular nanoplates have also been observed in between spherical shaped gold nanoparticles.
pH is considered as one of the important parameters in synthesizing nanoparticles. In our study we have tried to find the effect on the morphology an size of the synthesized nanoparticles at pH values of 4 and 7. For S. cerevisae and Z. rouxii , almost similar results have been obtained whereas for A. sojae some difference is noticed in the morphology of the nanoparticles. However, from the UV visible spectrum data, it is observed that the synthesis process is better at pH 4 for all the organisms, as more intense and higher absorbance band has been recorded at 540 nm at different time intervals. An attempt has also been made to find the antimicrobial activity of the synthesized nanoparticles against some of the pathogenic bacteria such as Bacillus cereus, Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Salmonella typhimurium. The antimicrobial activity has been studied by Kirby and Bauer disc diffusion method. S. cerevisae and Z. rouxii have shown highest antimicrobial activity against S. aureus and S. typhimurium respectively. Whereas A. sojae has shown highest antimicrobial activity S. typhimurium and E. coli. gold nanoparticles synthesized by A. sojae have shown better antimicrobial activity as compared to gold nanoparticles of S. cerevisiae and Z. ruxii.

목차 (Table of Contents)

• ABSTRACT Ⅰ
• 서 론 1
• 재료 및 방법 10
• 1. 재료 및 기기 10
• 1.1 사용균주 10
• 1.2 사용시약 10
• 1.3 사용기기 10
• 2. 실험방법 11
• 2.1 균주 배양 11
• 2.1.1 균주 생장곡선 11
• 2.1.2 배양액 제조 11
• 2.2 Gold nanoparticles 생합성 12
• 2.3 Nanoparticles의 특성 12
• 2.3.1 UV- Vis absorbance spectroscopy 12
• 2.3.2 X-ray diffraction 12
• 2.3.3 Transmission electron microscopy 13
• 2.3.4 초기 pH에 따른 gold nanoparticles의 영향 14
• 2.3.5 항균활성 14
• 2.3.6 Scanning electron microscopy 15
• 2.4 통계처리 15
• 결과 및 고찰 16
• 1.1 균주 생장곡선 16
• 1.2 Gold nanoparticles의 특성 18
• 1.2.1 UV-Vis absorbance spectroscopy 18
• 1.2.2 X-ray diffraction 26
• 1.2.3 Transmission electron microscopy 33
• 1.2.4 초기 pH에 따른 gold nanoparticles의 영향 38
• 1.2.5 항균활성 45
• 1.2.6 Scanning Electron Microscopy 48
• 요 약 54
• 참 고 문 헌 57