of 30/30
ACADEMIA DE ȘTIINȚE A MOLDOVEI INSTITUTUL DE CHIMIE Cu titlu de manuscris C.Z.U.: 544.165.546.72(043.3) ANGHEL LILIA ASPECTE FIZICO-CHIMICE ALE PROCESULUI DE SINTEZĂ MICROBIOLOGICĂ A NANOPARTICULELOR DE FIER 144.01 CHIMIE FIZICĂ Autoreferatul tezei de doctor în științe chimice CHIȘINĂU, 2016

ASPECTE FIZICO-CHIMICE ALE PROCESULUI DE · PDF fileASPECTE FIZICO-CHIMICE ALE PROCESULUI DE SINTEZĂ ... Cuvinte-cheie: nanoparticule de fier, mecanisme moleculare, biosorbție, Dunaliella

  • View
    233

  • Download
    2

Embed Size (px)

Text of ASPECTE FIZICO-CHIMICE ALE PROCESULUI DE · PDF fileASPECTE FIZICO-CHIMICE ALE PROCESULUI DE...

  • ACADEMIA DE TIINE A MOLDOVEI

    INSTITUTUL DE CHIMIE

    Cu titlu de manuscris

    C.Z.U.: 544.165.546.72(043.3)

    ANGHEL LILIA

    ASPECTE FIZICO-CHIMICE ALE PROCESULUI DE SINTEZ

    MICROBIOLOGIC A NANOPARTICULELOR DE FIER

    144.01 CHIMIE FIZIC

    Autoreferatul tezei de doctor n tiine chimice

    CHIINU, 2016

  • Teza de doctorat a fost elaborat n Laboratorul de Chimie Cuantic, Cataliz i Metode Fizice,

    Institutul de Chimie al Academiei de tiine a Moldovei.

    Conductor tiinific:

    DUCA Gheorghe, acad., dr. hab. n t. chimice, prof. univ., Academia de tiine a Moldovei

    Refereni oficiali:

    1. GONA Maria, dr. hab n t. chimice, prof. univ., Universitatea de Stat din Moldova

    2. ISAC-GUUL Tatiana, dr. n t. chimice, conf. univ., Universitatea de Stat din Moldova

    Membrii Consiliului tiinific Specializat:

    1. LUPACU Tudor, preedinte, mem. cor., dr. hab. n t. chimice, prof. cerc., Institutul de Chimie al Academiei de tiine a Moldovei

    2. NASTAS Raisa, secretar tiinific, dr. n t. chimice, conf. cerc., Institutul de Chimie al Academiei de tiine a Moldovei

    3. TIGHINEANU Ion, acad., dr. hab. n t. fizico-matematice, prof. univ., Academia de tiine a Moldovei

    4. RUDIC Valeriu, acad., dr. hab. n t. biologice, prof. univ., Institutul de Microbiologie i Biotehnologie al Academiei de tiine a Moldovei

    5. POVAR Igor, dr. hab. n t. chimice, prof. univ., Institutul de Chimie al Academiei de tiine a Moldovei

    6. FONARI Marina, dr. n t. chimice, conf. cerc., Institutul de Fizic Aplicat al Academiei de tiine a Moldovei

    Susinerea va avea loc la 08 iulie 2016, ora 1400

    , n edina Consiliului tiinific

    Specializat D 05.144.01-01 din cadrul Institutului de Chimie al Academiei de tiine a Moldovei,

    MD-2028, str. Academiei 3, Chiinu, Republica Moldova.

    Teza de doctor i autoreferatul pot fi consultate la Biblioteca tiinific Central A. Lupan a

    Academiei de tiine a Moldovei i pe pagina web a C.N.A.A. (www.cnaa.md).

    Autoreferatul a fost expediat la 08 iunie 2016.

    Anghel Lilia, 2016

  • 1

    REPERELE CONCEPTUALE ALE CERCETRII

    Actualitatea i importana problemei abordate. Nanotehnologia este un domeniu

    multidisciplinar care poate revoluiona un numr mare de aplicaii n diferite arii ale tiinei i

    tehnologiei. Dezvoltarea continu a acestui domeniu include i crearea noilor metode de sintez

    a materialelor la scar nanometric (sub 100 nm) care s permit controlul riguros al

    dimensiunii, dispersitii, omogenitii i compoziiei chimice ale acestor nanostructuri, dar i

    cercetarea acestora pentru definirea potenialelor aplicaii [1].

    Metoda de sintez este o component important n stabilirea domeniului de aplicabilitate

    a nanoparticulelor, ntruct aceasta influeneaz direct proprietile morfologice, structurale

    (mrimea i forma particulelor), chimice i magnetice ale nanoparticulelor sintetizate [1, 2].

    Astfel, exist un interes continuu ndreptat spre elaborarea noilor metode de sintez a particulelor

    de dimensiuni nanometrice. Nanoparticulele pe baz de fier ca i nanoparticulele n general se

    pot prepara prin metode fizice, chimice sau biologice [3]. Cele mai utilizate tehnici fizice sau

    chimice utilizate pentru sinteza nanoparticulelor pe baz de fier includ condensarea [4], nano-

    dispersarea [5], descompunerea termic [6], reducerea chimic [7], sinteza n micele inverse [8]

    i co-precipitarea [9]. Tehnicile biologice de sintez a materialelor constau n utilizarea

    enzimelor microbiene, agenilor fitochimici cu proprieti oxidante sau reductoare, sau

    utilizarea direct a microorganismelor pentru sinteza nanoparticulelor [10-13]. Metodele

    biologice reprezint o categorie aparte, ntruct acestea ofer posibilitatea de a obine

    nanoparticule ale cror proprieti fizico-chimie sunt compatibile cu proprietile biochimice ale

    mediului celular [14]. Din acest motiv, nanoparticulele obinute prin metodele biologice prezint

    interes pentru aplicaiile bio-medicale. n cadrul categoriei de tehnici biologice de sintez se

    detaeaz metoda microbiologic, care const n utilizarea biomasei celulare pentru obinerea

    particulelor metalice de dimensiuni nanometrice. n ultimii ani asistm la o intensificare a

    cercetrilor la nivel internaional privind sinteza microbiologic a nanoparticulelor metalice.

    Literatura de specialitate abund de dovezi experimentale ce demonstreaz capabilitatea

    mai multor organisme, att unicelulare ct i pluricelulare, de a sintetiza materiale anorganice,

    fie intracelular sau extracelular [15-19]. La nivel naional au fost iniiate cercetrile legate de

    obinerea nanoparticulelor de argint cu utilizarea tulpinii de microalge verzi-albstrii Spirulina

    platensis [20, 21]. n acest context, apare necesitatea de a studia mecanismele care stau la baza

    sintezei microbiologice a nanoparticulelor pe baz de fier i evaluarea rolului macromoleculelor

    organice de tip proteine participante n cadrul acestor mecanisme. Studierea structurii proteinelor

    i a proceselor biochimice ale acestora conduce la o nelegere mai bun a procesului de sintez

  • 2

    microbiologic a particulelor de dimensiuni nanometrice, ceea ce va permite mbuntirea

    parametrilor de structur a nanoparticulelor pentru diferite aplicaii.

    Scopul tezei const n studierea aspectelor fizico-chimice i mecanismului sintezei

    microbiologice a nanoparticulelor pe baz de fier.

    Obiectivele generale urmrite n cadrul cercetrilor descrise n tez sunt urmtoarele:

    - elaborarea unei metodologii de testare a microorganismelor pentru identificarea

    capabilitii de sintez a nanoparticulelor de fier pe baza tulpinii Dunaliella salina

    CNM-AV-02, la nivel de laborator;

    - identificarea factorilor fizico-chimici ce favorizeaz procesul de sintez

    microbiologic a nanoparticulelor pe baz de fier la Dunaliella salina CNM-AV-02;

    - determinarea gruprilor funcionale din biomasa celular a Dunaliellei salina CNM-

    AV-02 implicate n procesul de legare a ionilor de Fe(III);

    - cercetarea proteinelor implicate n procesul de sintez microbiologic a

    nanoparticulelor pe baz de fier la Dunaliella salina CNM-AV-02 prin metode

    experimentale i simulri de dinamic molecular pentru stabilirea mecanismelor care

    stau la baza procedeului de sintez dirijat a nanoparticulelor de fier.

    Noutatea i originalitatea tiinific. Pentru prima dat a fost elaborat metodologia de

    evaluare a capabilitii microorganismelor de a sintetiza nanoparticule pe baz de fier, utiliznd

    ca model de studiu tulpina Dunaliella salina CNM-AV-02.

    Au fost cercetai factorii eseniali i identificate condiiile optime pentru realizarea

    procesului de acumulare a ionilor de fier i formare a unor structuri de dimensiuni nanometrice,

    n celulele vii ale microorganismelor. Pentru prima dat au fost identificate gruprile funcionale

    din biomasa celular a tulpinii de microalge verzi Dunaliella salina CNM-AV-02 implicate n

    procesele fizico-chimice de acumulare a ionilor de fier.

    Pentru prima dat a fost utilizat metoda de simulare de dinamic molecular pentru

    cercetarea mecanismelor procesului de sintez a nanoparticulelor pe baz de fier.

    De asemenea, pentru prima dat au fost stabilite mecanismele ion-moleculare ale

    procesului de sintez microbiologic a nanoparticulelor pe baz de fier prin metode fizico-

    chimice i simulri de dinamic molecular.

    Problema tiinific soluionat const n identificarea mecanismelor ion-moleculare

    care stau la baza procedeului dirijat de sintez a nanoparticulelor de fier cu utilizarea tulpinii de

    microalge verzi Dunaliella salina CNM-AV-02.

    Semnificaia teoretic. Cunotinele fundamentale obinute au fost ulterior utilizate

    pentru explicarea mecanismelor procesului de sintez microbiologic a nanoparticulelor pe baz

  • 3

    de fier cu utilizarea microalgelor. De asemenea, a fost demonstrat posibilitatea utilizrii

    metodelor de simulare de dinamic molecular pentru explicarea fenomenelor fizico-chimice ce

    se petrec la nivel molecular.

    Valoarea aplicativ a lucrrii. Cercetrile aplicative derulate n cadrul acestei teze de

    doctorat ofer posibilitatea evalurii capabilitii microorganismelor de a sintetiza nanoparticule,

    dar i optimizarea metodelor microbiologice existente pentru modificarea dirijat a parametrilor

    fizico-chimici ai nanoparticulelor de interes tiinific.

    Rezultate tiinifice principale naintate spre susinere:

    - Identificarea condiiilor optime pentru realizarea procesului de acumulare a ionilor de fier i

    formare a unor structuri de dimensiuni nanometrice n celulele vii ale tulpinii de microalge

    verzi Dunaliellei salina.

    - Elaborarea procedeului de evaluare a procesului de sorbie microbiologic, fiind recomandat

    ca un protocol de cercetare pentru testarea microorganismelor, cu scopul de a identifica

    capabilitatea de producere a nanoparticulelor metalice.

    - Determinarea gruprilor funcionale ale proteinelor i polizaharidelor, sintetizate de celulele

    vii ale Dunaliellei salina CNM-AV-02, implicate n procesul de legare a ionilor de Fe(III).

    - Identificarea mecanismelor procesului de sintez microbiologic la nivel unimolecular prin

    cercetarea interaciunii moleculei de lactoferin cu ionii de Fe(III) cu aplicarea tehnicilor

    experimentale i computaionale.

    - Stabilirea factorilor ce influeneaz procesul de legare a ionilor de Fe(III) pe centrul activ al

    proteinei.