Планету Земля часто называют колыбелью жизни, и в этом титуле совсем мало преувеличений. Жизнь можно найти и в вечнозеленых тропиках, и в знойных пустынях, и на бескрайних ледяных просторах, и даже в жерлах подводных вулканов. Как сказал Ян Малкольм в фильме «Парк Юрского периода»: «life finds a way».

Ученые из Хьюстонского университета провели исследование любопытных бактерий, проживающих в шахтах Бразилии и способных преобразовывать ионы сульфата меди (CuSO₄) в одноатомную нуль-валентную медь (Cu⁰). Чем столь интересен это процесс, и как его можно применить в мире людей? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

Тяжело представить современный мир без меди. Электрические, магнитные, оптические, антимикробные и каталитические свойства позволяют применять медь во множестве отраслей, от солнечных элементов до антимикробных покрытий. При этом химический синтез одноатомной металлической меди является крайне сложным процессом, требующим инертных или восстановительных условий, а также использования токсичных реагентов. Но вот некоторые организмы способны делать это без труда.

Недавние исследования показали, что многие микроорганизмы, такие как бактерии и грибы, могут продуцировать неорганические наночастицы (НЧ): Ag, Au, Cu, CuO, магнетит и т.д. Особенно любопытны труды, где описан синтез наночастиц меди в диапазоне от 10 до 40 нм внутри- и внеклеточно с использованием бактерий.

В данном случае использовались ферменты редуктазы, такие как NADPH (восстановленная форма никотинамидадениндинуклеотидфосфата, C₂₁H₂₉N₇O₁₇P₃), обладающих окислительно-восстановительным потенциалом для восстановления ионов металлов. Но то, как микроорганизмы естественным образом синтезируют CuO (в размере от 170 до 179 мкм), ранее было неясно.

Почему синтез одноатомной меди столь привлекателен? Дело в том, что отдельные атомы можно использовать и в катализе, и в легировании, и в энергетике. Однако, как мы уже знаем, одноатомный синтез сопряжен с рядом трудностей, среди которых необходимость в использовании токсичных реагентов. Альтернативные методы (осаждение из паровой фазы, распыление и фемтосекундная лазерная абляция) пока еще остаются малоэффективными.

Именно потому ученые решили детально изучить бактерии, которые самостоятельно выполняют одноатомный синтез меди без каких-либо токсичных реагентов.