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为解决传统纳米二氧化硅合成方法存在的环境和成本问题，研究人员开展利用弯曲弯孢霉（Curvularia spicifera）在固态发酵（SSF）条件下从甘蔗渣中生物合成纳米二氧化硅（SNPs）的研究。结果显示，γ 辐照和响应面法优化可提升产量和调控粒径，该研究为纳米二氧化硅生产提供绿色方案。
在科技飞速发展的当下，纳米材料的应用越来越广泛，纳米二氧化硅（Silica nanoparticles，SNPs）因其独特的性质，在工业、生物医学等诸多领域备受瞩目。然而，传统的 SNPs 化学合成方法存在不少弊端，不仅成本高昂，对环境的危害也很大，需要高温、高压和极端 pH 条件，还会用到如硼氢化钠等危险材料。同时，随着农业的发展，大量有机废物产生，甘蔗渣作为制糖产业的副产物，富含二氧化硅却常被废弃，不仅造成资源浪费，还引发环境污染问题。因此，寻找一种绿色、低成本且高效的 SNPs 生产方法，实现甘蔗渣的资源化利用，成为科研人员亟待攻克的难题。
在此背景下，埃及原子能管理局核研究中心植物研究部的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《BMC Microbiology》上。该研究利用易于操作的真菌模板 —— 弯孢霉（Curvularia spicifera），通过固态发酵从甘蔗渣中生物合成 SNPs，为解决上述问题提供了新的思路。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先是微生物筛选与鉴定技术，从埃及西部沙漠的白砂样本中分离真菌，筛选出能合成 SNPs 的菌株，并通过形态学和分子生物学方法鉴定为弯孢霉 AUMC 15532。其次是 γ 辐照技术，用不同剂量的 γ 射线照射弯孢霉孢子悬液，探究其对 SNPs 生物合成的影响。最后是响应面法（Response Surface Methodology，RSM），采用 Box-Behnken 设计（Box-Behnken Design，BBD）优化发酵条件，确定影响 SNPs 粒径和稳定性的关键因素 。
在研究结果方面：
- 筛选 SNPs 生物合成菌株：研究人员从分离的真菌中筛选出 8 株能利用无机硅源合成 SNPs 的菌株，其中 1、2、5 号菌株合成的粒子粒径较小且多分散指数（Polydispersity Index，PDI）≤0.5。进一步用甘蔗渣作为有机硅源进行固态发酵筛选，5 号菌株（弯孢霉 AUMC 15532）表现最佳，合成的 SNPs 平均粒径为 31.23nm，PDI 最低（0.34）。
- γ 辐照对 SNPs 生物合成的影响：研究发现，不同剂量的 γ 辐照对弯孢霉合成 SNPs 的活性有显著影响。750Gy 的 γ 辐照剂量效果最佳，此时合成的 SiO2量（7.2±0.57mg/g 甘蔗渣废弃物）显著高于未辐照菌株（4.2±0.57mg/g 甘蔗渣废弃物），说明该剂量能显著提高 SNPs 的生物合成活性。
- Box-Behnken 设计优化发酵条件：运用 RSM 结合 BBD 对发酵条件进行优化，结果表明该模型具有较高的精度（R2=0.9511，调整 R2=0.8940），能很好地拟合实验数据。模型中的多个因素，如甘蔗渣重量、真菌培养时间、反应 pH 值和反应时间等，对 SNPs 的粒径均有显著影响。通过模型分析，确定了最佳工艺条件，可获得粒径为 30.64nm 的 SNPs，且该模型能有效控制和预测不同粒径范围的 SNPs。
- 生物合成 SNPs 的表征：对生物合成的 SNPs 进行 FTIR、XRD、SEM 和 TEM 分析。FTIR 分析显示，在 2035cm-1和 1715cm-1处的峰归因于形成 SNPs 的有机成分，478cm-1和 1070cm-1处的峰分别与 Si-O 弯曲振动和硅氧烷键（Si-O-Si）的不对称伸缩振动有关。XRD 图谱显示，在 22° 处有宽峰，表明合成的 SNPs 为无定形结构。SEM 图像显示，SNPs 呈球形，表面光滑，粒径半均一；TEM 图像显示，SNPs 粒径在 24.8nm - 27.8nm 之间。
研究结论和讨论部分指出，该研究成功开发了一种绿色、低成本的 SNPs 生产方法。固态发酵技术利用农业废弃物甘蔗渣作为原料，不仅环保，还降低了生产成本。γ 辐照能显著提高弯孢霉的生物浸出活性，增加 SNPs 的产量。RSM 优化确定了最佳发酵条件，可精准调控 SNPs 的粒径，满足不同应用需求。虽然目前绿色合成纳米颗粒还存在一些问题，如难以大规模生产、尺寸控制有限等，但该研究为纳米二氧化硅的生物合成提供了新的方向，对推动绿色纳米技术在工业、农业和生物医学等领域的应用具有重要意义，有望促进相关产业的可持续发展。
