铂纳米颗粒在医疗领域应用极大，但其制造的环境成本非常高昂。研究人员正在寻找将细菌和植物转化为绿色铂工厂的方法。

铂金因多用于汽车催化剂而被熟知——作为贵金属，它的地位比黄金还要高。而在医疗领域，它也有近乎奇迹般的应用。

顺铂和卡铂等化疗药物利用铂抑制了DNA复制并导致细胞死亡的能力。由于其优越的物化性质，铂纳米颗粒（PtNPs）也可用于靶向药物输送、光热疗法、放射治疗、抗菌软膏、生物成像和生物传感器。

尽管其应用前景很诱人，但铂纳米颗粒的双重成本，货币成本和环境成本不容忽视。

铂纳米颗粒是通过物理和化学反应产生的。其物理反应使用高压和高温来生产尺寸和形状一致的纯纳米颗粒，生产成本和能耗巨大。

后一系列化学过程，如溶胶-凝胶过程和热解过程，使用化学试剂将前体金属离子还原为相应的纳米粒子，然后使其稳定。这往往更具成本效益，但使用的化学品对人类和环境健康有害。处理这些纳米颗粒是一个棘手的问题，但也会在纳米颗粒上留下有毒涂层，严重破坏其生物相容性。

合成铂纳米颗粒需要更绿色环保的途径，许多研究人员希望能够从生物学领域找到生产方法。

意大利卡塔尼亚大学物理化学教授CristinaSatriano博士解释说：“铂纳米颗粒治疗应用的主要挑战包括生物相容性、生物利用度、胃肠道降解、稳定性和免疫反应。”“生物合成路线[……]可以克服化学和物理方法的这些局限。”

尽管与金和银纳米粒子生物合成相比，铂纳米颗粒生物合成技术尚处于早期阶段，但如何从大肠杆菌等细菌以及病毒、真菌、藻类和植物中生长和收获这些微小贵金属球的研究也越来越多。

MichaelCapeness博士是爱丁堡大学霍斯福尔小组的实验室经理，该生物技术小组的活动包括利用细菌合成金属纳米粒子。Capeness解释道：“我们在某种程度上截夺了细菌从离子中产生这些粒子的天然能力。无论细菌从何处分离出来，它们都锻炼了这种能力来处理（来自不利环境）对其结构的破坏。它们通过制备纳米颗粒来做到这一点。”

与物理和化学方法不同，生物方法的明显优势在于它们往往对环境无害。

运用生物方法不仅使得能源消耗远低于物理方法，并且生物实体还能进行还原和稳定，否则就需要有毒化学试剂才能达到。生物方法也不需要纯原材料，鉴于不断紧张的地缘政治局势，这些原材料越来越难获得。生物可以通过基因工程挑选特定的金属离子，从稀释的样品中合成铂纳米颗粒，同时，研究人员希望，专门的细菌最终能够在工业规模上从废品（包括电子废品）中合成高价值的纳米颗粒。

生物合成的铂纳米颗粒在医疗应用方面的优势可能最为显著。研究表明，与物理和化学合成的纳米颗粒相比，生物合成的铂纳米颗粒往往具有更高的抗菌性、抗氧化和抗癌活性。这是为什么呢？

我们谈论的纳米粒子是尺寸在1到100纳米之间的任何粒子。就像一袋印度兵豆花生香味什锦小吃一样，铂纳米颗粒有各种形状和尺寸，以及各种性质，如电荷、涂层和结晶度。根据合成它们的条件，两种铂纳米颗粒之间可能存在巨大的差异。一般来说，生物合成——例如通过“稳健”的酶介导的细菌过程——可以产生比“剧烈的”物理和化学过程更小的纳米粒子。生物合成的铂纳米颗粒直径可小至1纳米，而通过化学合成产生的铂纳米颗粒通常为数十纳米，甚至可以粘在一起形成杂乱的宏观斑点。纳米颗粒越小，抗菌剂更有效（例如，它们更容易进入金黄色葡萄球菌的细胞并导致活性氧的产生），其更大的表面积与体积比会带来更多抗癌活性。

生物合成的铂纳米颗粒也更具生物相容性。它们的涂层往往由蛋白质、糖和其他物质组成，这些物质比化学合成的铂纳米颗粒上留下的有毒涂层更容易被人体处理。

生物合成的铂纳米颗粒尚未投入大规模生产。首先，科学家需要优化这些生物过程，例如通过基因工程改造产铂细菌，使其更快、更好地发挥作用，且避免阻碍其工业化相关的刺激。

Capeness表示：“通常，我们会试图对它们进行加工，使其对我们提供的金属具有更强的抵抗力。”“这样，我们可以更快地生产纳米颗粒 […]当我们使用非纯原料时，我们可以从基因上调整细菌使其只对某些金属产生反应。”

该过程中最繁琐的部分之一是在铂将金属离子还原为纳米颗粒后，从细菌中回收铂。就像牡蛎中的珍珠一样，纳米颗粒被困在细胞内。回收细胞内产生的纳米颗粒需要通过研磨、应用声波和化学处理使细胞产生孔隙。然后，一旦离子被提取出来，就必须对其进行纯化。这又增加了一项恢复成本。Capeness解释道：“你必须按原样打开细胞。这会将细菌的所有结构释放到基液中，然后你必须将你的纳米粒子从基液中取出。所以这是一个问题。”

使铂纳米颗粒更容易从细菌中分离出来，例如通过基因工程在细胞外制成纳米颗粒，这是该领域的一个主要研究重点。

与此同时，一些研究人员正转向更愿意交出这一“宝贵战利品”。位于印度古吉拉特邦拉杰科德的RK大学的微生物学家和副教授SougataGhosh博士说：“虽然我是一名微生物学家，但我更喜欢植物化学，即植物介导的合成，其中纳米颗粒是细胞外的，因此更容易还原。”

植物通过完全不同的机制产生这些纳米颗粒，它们还没有像细菌那样被彻底地探索过。首先，这个过程通常不是酶介导的。戈什说：“我们喜欢绿茶（植物），因为它含有大量的酚类物质；同时含有大量的抗氧化剂。这些抗氧化剂是一种非常好的还原剂，这就是为什么绿茶提取物是将金属离子还原为金属纳米颗粒的最佳方法之一。”“基于植物的纳米颗粒合成通常是由于多酚、类黄酮或植物中的已有成分或化学物质，而不是酶。”

当然，植物也有其自身的复杂性，比如生长缓慢，与细菌相比极其复杂。由于土壤质量、年龄和气候的差异，与西欧的茶树相比，印度的Ghosh茶树具有独特的植物化学特性。这使得复制研究变得相当困难。然而，由于其额外的复杂性，这个野生的分类学王国提供了一个更广阔的可能性世界。

在细菌和茶树中生长的铂成为NHS病房的固定设备之前，还有很多工作要做。为了与物理和化学方法竞争，生物合成的铂纳米颗粒需要更高效地生产，并且具有更一致的大小和形状。

卡塔尼亚大学的Satriano表示：“通过控制前体还原条件，可以很容易地通过化学或物理合成途径控制铂纳米颗粒的大小和形状。”“生物合成的铂纳米颗粒面临的最大挑战是控制其大小、形态以及多分散性，而这些都是生物纳米颗粒商业化用途所必需的。另一个挑战是产生它们生命系统的内在差异以及相关的生化活动使其难以复制。”

这是一个新兴的研究领域，有着巨大的潜力。生产铂颗粒的细菌就像生产金蛋的鹅，可以为铂金在医疗领域带来更为广泛的应用。

空气污染中的贵金属

英国的一个项目调查了包括铂纳米颗粒在内的高价值金属是否可以从暴露于空气污染的植物中获取。老化的催化转化器产生的铂颗粒随汽车尾气排放，造成颗粒物污染，严重影响人类和环境健康。

科学家们在英格兰东北部的路边种植了石芹。它们可以吸收纳米颗粒，以防止污染物进入土壤，种植碳中和能源的生物量，并允许回收高价值的金属纳米颗粒，这可以作为一种商业模式的基础。

石芹是在约克大学学者的帮助下通过基因工程培育出来的，以促进相关的代谢途径。“研究人员帮助我们引入了某些基因，这些基因对这种纳米颗粒的生物积累起着重要作用，因此我们可以加强合成过程，”TeeGene生物技术有限公司创始人、利物浦约翰摩尔大学天然产物发现中心的学者PattanathuRahman博士说，“普通植物可能会积累几毫克，但通过这种微小的改变，我们可以将效率提高10到100倍。”

从2015年开始，欧盟和英国生物科学理事会资助的概念验证项目于几年前成功结束。虽然TeeGene已将其重点转移到生物表面活性剂上，但Rahman仍对这项工作感兴趣：“我们希望继续在这一领域进行金属生物累积。如果有任何工业合作伙伴或学术合作伙伴感兴趣，我们很乐意支持并继续这一研究旅程。”

（来源：eandt.theiet.org  翻译：世界铂金投资协会）