Nanopartiküller, yaklaşık 1-100 nm boyutlara sahip yapılardır. Nanopartiküllerin genel avantajı küçük boyutunun partikül için sağladığı büyük yüzey alanına bağlı olarak etki mekanizmasını arttırmasıdır. Gümüş, eşit sayıda pozitif iyonları ve iletim elektronları içeren serbest bir elektron sistemidir. Gümüş nanopartiküller, iyi iletkenlik, kimyasal stabilite, antibakteriyel, antifungal, antiviral aktivite gibi karakteristik özelliklerinin yanı sıra terapötik ortamlarda biyouyumlu özellik gösterir. Parçacıkların nano boyutu, gümüş parçacıkların penetrasyon potansiyelini de arttırır dolayısıyla özelliklerinin daha iyi kullanılmasına yardımcı olur. AgNP'ler, antimikrobiyal uygulamalara, biyosensör malzemelerine, kompozit liflere, kriyojenik süper iletken malzemelere, kozmetik ürünlere ve elektronik bileşenlere dahil edilebilen çok çeşitli uygulama alanlarına sahiptir.

Nanopartikül Üretim Yöntemleri

Nanopartikül üretiminde fiziksel ve kimyasal üretim teknikleri kullanılmaktadır. Üretim yöntemleri için yukarıdan aşağı ‘Top Down’ ve aşağıdan yukarı ‘Bottom Up’ olmak üzere 2 yaklaşım bulunmaktadır. Yukarıdan aşağı yaklaşım kullanılan yöntemlerde, çeşitli tekniklerle mekanik öğütme gerçekleşmesi ve nano boyutlu malzeme elde edilmesi temeline dayanır. Aşağıdan yukarı yaklaşım kullanılan yöntemler ise atomik veya moleküler yapılar kimyasal reaksiyonlar ile nanoboyutlara ulaştırılır.

Çeşitli organik ve inorganik indirgeme ajanları kullanılarak kimyasal indirgeme, ultrasonik radyasyon, lazer ablasyonu, sol-jel, termal ayrışma AgNP'lerin sentezi için yaygın olarak kullanılmaktadır. Fakat bu yöntemlerde üretilen gümüş nanopartiküllerin kararlılığı, agregasyonu, morfolojisi, boyut ve boyut dağılımı gibi sorunlar yaşanmaktadır. Aynı zamanda bu yöntemler üretimde yüksek basınç, sıcaklık, enerji ve toksik kimyasalların kullanımını gerektirir. Ayrıca kimyasal kullanılarak sentezlenen nanopartiküller biyolojik olarak daha az uyumludur. Buda üretilen partiküllerin biyometeryal alandaki kullanımlarını sınırlandırmaktadır. Bu gibi sorunlar nanopartikül üretiminde kimyasal olmayan, çevre dostu yöntemlere ihtiyaç oluşturmuştur. Yeşil sentez yaklaşımı ise nanopartiküllerin düşük maliyetli sentezi, işlem basitliği, kimyasal kullanılmaması, daha az enerji gerektirmesi ve çevre dostu olması ile mevcut problemlere çözüm getirmektedir.

Yeşil Sentez

Yeşil sentez genellikle indirgeme/oksidasyon reaksiyonlarının yer aldığı aşağıdan yukarıya yaklaşımlı bir metal nanopartikül üretim yöntemidir.

Biyolojik yöntemler kullanılarak nano parçacıkların hazırlanmasında yer alan üç ana bileşen, sentez için çözücü ortamı, çevre dostu indirgeyici ajan ve toksik olmayan bir stabilize edici ajandır. Yeşil sentezde indirgeyici ajan olarak bakteri, mantar ve bitkiler kullanılmaktadır.

Yeşil Sentez temel prensipler

1. Yeşil sentez için kullanılan çözücü biyouyumlu ve toksik olmamalıdır.
2. Çevre dostu indirgen madde kullanılmalıdır.
3. Toksik olmayan maddeler seçilerek kararlı nanopartikül sentezi yapılmalıdır.

Yeşil sentezde amaç

•  Atık madde oluşumunu engellemek
• Toksik kimyasal kullanımını sınırlandırmak
• Maksimum enerji verimi sağlamak
• Yenilenebilir hammadde kullanımı sağlamak
• Çevre dostu üretim bileşenleri ile son ürün eldesi sağlamak

Gümüş sentezinde bakteriler

Bakteriler ile gümüş üretiminin ilk örneği Pseudomonas stutzeri AG259 suşu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Gümüş biyosentezinin en yaygın olarak kabul edilen mekanizması, nitrat redüktaz enziminin varlığıdır. Enzim nitratı nitrite dönüştürür. Ardından elektron gümüş iyonuna aktarılır; dolayısıyla gümüş iyonu gümüşe indirgenir (Ag+ ila Ag0 ). Bunun, Ag+ 'nu Ag0 'e etkili bir şekilde dönüştüren nitrat redüktaz gibi NADPH ve NADPH'ye bağlı enzimleri salgıladığı bilinen Bacillus licheniformis'te gözlendiği söylenmiştir. Gümüş nanoparçacıkları enzimler olmadan biyosentezlemenin başka yolları olduğunu gösteren durumlar da vardır. Kurutulmuş Lactobacillus sp. A09, gümüş iyonlarının mikrobiyal hücre duvarındaki gruplarla etkileşimi yoluyla gümüş iyonlarını indirgeyebilmektedir.

Gümüş sentezinde mantarlar

Mantarlar ile gümüş nanopartikül üretimi Ag+ iyonlarının mantar hücrelerinin yüzeyinde tutulması ve mantarlarda bulunan enzimler tarafından gümüş iyonlarının indirgenmesi yoluyla gerçekleşir. İndirgeme işleminde Naftokinonlar ve Antrakinonlar gibi hücre dışı enzimlerin aktif olduğu düşünülmektedir. Gümüş üretiminde bakteri kullanımı ile karşılaştırınca mantarlar doğrudan daha yüksek nanopartikül üretkenliğine dönüşen büyük miktarlarda protein salgılayabilmeleriyle daha fazla nanopartikül üretebilirler. Bitki kullanımı ile karşılaştırırsak, mantar kullanımı ile gümüş üretimi çok yavaş bir süreç içinde gerçekleşir. Bu durum zaman açısından büyük bir dezavantaj oluşturur.

Gümüş sentezinde bitkiler

Gümüş nanopartikül üretiminde bitki özleri kullanımı kolay ulaşılabilir olması, güvenli olması, toksik olmaması, gümüş iyonunu indirgeyebilecek çeşitli metabolitlere sahip olması ve sentezin hızlı gerçekleşmesi yönüyle avantaj oluşturmaktadır. Üretim bitki fitokimyasallarının gümüş iyonunu indirgemesiyle gerçekleşir. İlgili ana fitokimyasallar terpenoidler, flavonlar, ketonlar, aldehitler, amidler ve karboksilik asitlerdir. Her bitkide gerçekleşen mekanizma, dahil olan fitokimyasallar değişimine bağlı olarak farklılık göstersede, ilgili ana mekanizma iyonların indirgenmesidir.