摘 要：納米銀由于其優異的抗菌性得到了廣泛的研究和應用。而利用生物體系還原制備納米銀作為一種綠色的方法得到了越來越多的關注。本文從生物納米銀的制備體系、還原機理、影響因素、應用及存在的問題等方面進行簡要的介紹，并對其發展進行了展望。 
　　關鍵詞：生物納米銀 還原機理 應用 
　　中圖分類號：TG14 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（b）-0122-03 
　　納米銀即粒徑為納米級別的金屬銀單質，由于其穩定的物理和化學性能，在電子、光學、抗菌、催化等方面具有廣闊的應用前景。納米銀的制備方法很多，物理法和化學法由于實驗條件簡單、易于調控等優點得到了廣泛應用。同時這些方法也面臨著諸如納米粒子團聚、高能耗、反應條件苛刻、難于規模化生產等問題。此外，大量使用有毒有害化學試劑也會對環境造成嚴重危害。因此，清潔、無毒、環境友好型的生物還原法應運而生。 
　　1 生物法制備納米銀 
　　1.1 納米工廠 
　　化學法通常是用還原劑（NaBH4等）將Ag+還原成Ag0，用穩定劑（PVP等）來控制粒徑的生長。而生物法則是由生物體系作為“納米工廠”所產生的分子作為還原劑和穩定劑來實現納米粒子的合成。常用的生物體系有細菌、真菌、酵母菌、藻類和植物[1-3]；反應前驅物常為硝酸銀或者銀氨溶液。一些研究者通過往微生物培養液上清液、菌體洗出液或植物提取液中加入銀前驅物來制備納米銀；一些則直接利用菌體與前驅物反應實現銀離子的還原。前者制備的納米銀分布在反應液中，為胞外還原，此法可有效減少納米粒子分離純化等后處理過程；后者得到的納米銀分布在細胞內或細胞壁上，細胞本身作為一種“支撐體”有效地防止納米粒子的團聚，同時也給納米粒子下游加工帶來了一定的困難。 
　　1.2 還原機理 
　　生物法合成納米銀近年來得到了廣泛的關注，根據還原過程中是否有酶的參與，其還原機理大體可分為：酶還原和非酶還原。 
　　1.2.1 酶還原機理 
　　酶還原指具有生物活性的酶類物質參與實現從Ag+到Ag0的還原過程。Mukherjee等首次報道了這一現象[3]。他們發現納米銀只在菌絲上形成，因此推斷Ag+可以被細胞壁上酶分子中帶負電的羧基化基團吸附，從而在細胞壁上形成Ag0。Ramanathan等認為在菌體中存在銀還原酶并成功地通過溫度對納米銀的形貌進行調控[4]。Kumar等從尖胞鐮刀菌體內提取出了α-NADPH硝基還原酶，再次證實了還原酶在生物還原過程中至關重要的作用[5]。酶還原法因為涉及到微生物代謝，過程較為復雜，所以還原速率較慢。 
　　1.2.2 非酶還原機理 
　　非酶還原過程認為生物體系中不依賴其活性的還原性基團可通過Ag+吸附和原位還原兩個步驟實現Ag+的還原。在許多反應體系中蛋白質都被認為是主要的還原劑和保護劑[6-8]。此外胞外聚合物（EPSs）中的還原性糖、生物表面活性劑和維生素E也可以為Ag+提供吸附位點并作為電子供體將Ag+還原為Ag0[9]。非酶還原過程不受生物生長條件的限制，具有更大的調控空間。 
　　1.3 影響因素 
　　生物法合成納米銀，酶還原過程涉及微生物活性，而非酶還原類似于化學還原，不必考慮微生物活性，因此對微生物生長及普通化學反應有影響的因素如溫度、pH、反應物濃度、反應時間等都會對生物還原過程產生影響。許多研究者通過對這些影響因素進行調控來實現對生物還原速率、轉化率、產物形貌和尺寸的控制。 
　　Sintubin等對多種乳酸桿菌合成納米銀的能力進行了系統的研究，提出EPSs和細胞表面還原性糖是主要的還原性物質。此過程是非酶還原，因此作者在較寬的pH范圍內（2～11.5）進行實驗，發現隨著pH值的增加，Ag+還原率升高；在堿度極高時（pH=11.5）Ag+的還原率也達到最大。此外，pH值也對Ag+還原速率產生較大影響。當pH為11.5時，在一分鐘內反應體系顏色變為深棕色，UV-Vis圖譜中在425nm處的等離子體共振峰證實了納米銀的存在。對此原因推測認為，pH值增加促使葡萄糖等單糖開環形成開鏈醛，當Ag+出現，醛被氧化成羧酸同時Ag+被還原為Ag0[10]。Fu和Govindaraju等也指出了堿性條件可以加速生物反應進程[11-13]。 
　　Lengke等研究了溫度對鮑氏織線藻生物合成納米銀的影響，發現溫度不僅與Ag+還原率呈正比，還對納米銀形貌有影響[14]。Zhang和Huang等也認為高溫有利于反應進行，能夠加快生物還原速率[15，16]。 
　　非酶還原中生物體系對銀離子的耐受力（1～10gL-1）要比酶還原時（0.01～0.1gL-1）高很多，較高的Ag+濃度有利于提高納米銀的產量和在生物細胞上的負載率[1，8]。 
　　不同的生物體系還原合成納米銀的能力不同，通過選擇合適的生物體系，改變反應條件提高納米銀產率，合成形貌尺寸可控的納米粒子將是未來生物納米銀合成研究的主要方向。 
　　1.4 應用 
　　1.4.1 抗菌性 
　　人們對納米銀的殺菌性應用已久，同樣，研究表明生物法合成的納米銀也能明顯地抑制多種微生物的生長，表現出很強的抗菌性。 
　　Sinbutin等用乳酸桿菌在細胞壁上合成了納米銀，并對化學法合成的納米銀、銀離子、生物銀的抗菌性進行了比較。由最小抑制濃度（MIC）和最低?⑺瑯ǘ齲?MBC）結果可見，生物銀與Ag+有相似的殺菌能力，遠強于化學銀。相比于革蘭氏陽性菌（金黃色葡萄桿菌），生物銀對革蘭氏陰性菌（大腸桿菌、銅綠假單胞桿菌）有更顯著的殺菌性，這主要是由陽性菌和陰性菌不同的細胞結構造成的[2，9]。Bart等人進一步研究了發酵乳酸桿菌合成生物銀的抗病毒性，并且在飲用水中與Ag+、化學納米Ag0的抗病毒性進行了比較。結果表明生物銀Ag0對噬菌體UZ1的殺滅效率更高[7]。 　　生物?{米銀與普通法合成的納米銀一樣，都具有廣譜殺菌性，而且納米銀的物理化學性質對殺菌性有著至關重要的影響。首先，納米銀抗菌性與納米尺寸呈反比，即粒徑越小，比表面積越大，抗菌活性越強。Elechiguerra等人發現粒徑在1～10nm之間的納米銀可以優先和病毒的gp120糖蛋白結合，從而抑制某些病毒和宿主細胞的結合[12]。此外，納米銀的形狀也會影響它的殺菌性。Pal等人發現，三角形的銀納米盤因為含有更多的活性晶面，從而比銀納米棒、銀納米球和Ag+表現出更強的殺菌性[13]。化學法產生的納米粒子在平均粒徑小于40nm或者較高濃度下仍然存在不穩定及團聚的問題，這也必然導致其相對表面積的減少，進而降低抗菌活性。生物法合成的納米銀，在其表面結合的生物分子或者細胞結構的保護和穩定下，可以有效地緩解納米粒子團聚的問題。此外，這些生物分子還可以通過改變納米粒子和目標微生物之間的相互作用來影響抗菌活性。不同的生物質合成的納米銀尺寸、形狀、表面結合的蛋白質或其他生物分子都不同，因此，為了有利于在實際工程中的應用，對生物納米銀的抗菌性進行完善的表征則變得非常重要。 
　　1.4.2 醫學應用 
　　目前由抗生素耐受性細菌在臨床上引發的感染越來越多，因此納米銀應用于醫學領域的研究也越來越多。一些研究發現納米銀不僅具有廣譜性、殺菌性，還能消炎、加速傷口愈合，這使得納米銀應用于移植器械、導管和傷口包扎用品等成為可能[15，16]。Roopan等首次用椰子殼提取物合成粒徑約為23nm的納米銀，并首次報道了此納米銀具有很好的抗蚊蟲作用，進一步研究有望開拓生物納米銀在抗瘧疾藥物方面的應用[17]。Fayaz等研究了由綠色木霉菌合成的生物納米銀對常見抗生素（青霉素、氯霉素、卡那霉素、氨芐青霉素等）抗性的影響。發現，生物納米銀與抗生素的結合能夠有效地提高抗生素的抗性，這種增強作用在氨芐青霉素中表現的最為明顯[18]。Gajbhiye等在對生物銀與氟康唑結合抗真菌性的研究中也發現了類似的增強現象[19]。 
　　雖然以上研究表明生物納米銀對一些耐藥性細菌和真菌都有很好的殺菌性，對于其是否能安全地應用于醫療器械還沒有明確的說法。Chaloupka等曾指出，生物銀表面生物分子、生物組織或制備過程中殘存的活細菌，可能會成為病原體對生物醫學應用造成污染。因此，在確保生物銀能夠安全地應用于醫學領域前，仍需對其毒性和生物相容性進行更深入的研究。 
　　2 面臨的問題 
　　2.1 規模化生產 
　　目前對生物納米銀的研究主要集中在小試水平，若想在實際工程中得到廣泛應用，大規模生產和成本將是其面臨的主要難題。關于大規模生物法合成納米銀的報道還很少，Huang等發明了一種在連續攪拌釜氏反應器中采用側柏葉水提取液快速制備納米銀顆粒的方法。即用蠕動泵將前驅體和側柏葉水提取液以0.5～1mL?min-1的流速持續通入到反應器中，磁力攪拌器進行攪拌，關閉出口閥門，待反應體積達到50mL時，打開出口閥收集反應液，出口流量與進口保持相同以維持反應平衡[20]。雖然此裝置能實現納米銀的連續合成，但是距離實際大規模工業化生產還有大差距。 
　　2.2 擴展應用領域 
　　理論上，生物納米銀應當可以像化學納米銀一樣，被用于催化、生物傳感器、抗菌材料、生物醫學等領域。然而目前人們對生物納米銀的研究多數集中在抗菌性能的測試及生物醫學上的初步嘗試。因此，生物納米銀在各個領域的實際應用仍將是未來人們研究的重點和難點。 
　　3 結語 
　　生物還原作為一種綠色友好的納米銀制備方法在不同的生物體系中得到了應用和證實。生物納米銀在生物質成分的保護下穩定性和分散性得到了較大提高，展現出優異的抗菌性能。今后對其還原機理、規模化生產及擴展應用領域等相關問題仍需要廣大研究者的著重關注。 
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