通过生物纳米工厂Penicillium crustosum实现壳聚糖纳米颗粒的创新合成：优化、表征及其在对抗建筑劣化真菌Trichosporon asahii中的应用

《Biotechnology for Biofuels and Bioproducts》：Innovative mycosynthesis of chitosan nanoparticles via bionanofactory Penicillium crustosum: optimization, characterization, and application against building-deteriorating fungus, Trichosporon asahii

生物腐蚀是威胁现代建筑和文化遗产的主要问题，本研究通过青霉属HNSAM-7菌株的无细胞上清液生物合成壳聚糖纳米颗粒（CNPs），经FCCCD优化后获得最大产量10.71 mg/mL。SEM显示CNPs呈球形（26.19 nm），FTIR证实其结晶性及O–H、-NH2等官能团，正电荷表面（+26.2 mV）增强抗菌活性，250-500 μg/mL浓度对隐球菌杀灭率显著，证实CNPs可作为生物安全涂层防护材料。

　　

摘要

建筑材料的生物腐蚀是一个全球性挑战，它威胁着现代建筑和文化遗产。这种退化主要是由于微生物（尤其是真菌）与来自人为活动产生的含有氮、硫和碳化合物的气态排放物之间的相互作用所导致的，从而逐渐引发建筑表面的生物腐蚀。因此，本研究旨在利用壳聚糖纳米颗粒（CNPs）来减少这种有害影响。本研究采用了一种环保的生物合成方法，利用Penicillium HNSAM-7菌株的无细胞上清液来生产CNPs。根据ITS区域序列分析及其形态特征，该菌株被鉴定为Penicillium crustosum HNSAM-7菌株。对CNPs的物理化学性质进行了表征；扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分析显示，这些生物合成的CNPs呈球形，表面光滑，大小不一，平均直径为26.19纳米。X射线衍射证实了CNPs的晶体性质。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析检测到了多种官能团，包括O–H、-NH₂、CH、CH₂、CONH₂、C–O、C–OH、C–O–C、–C≡CH、O?=?S?=?O、NH、C???O等。CNPs表面带有正电荷，其Zeta电位值为+26.2 mV。为了最大化CNPs的产量，采用了FCCCD工艺，在壳聚糖浓度为1.19%（w/v）、初始pH值为4.99以及无细胞上清液占比为99.94%的条件下，最终获得了10.71 mg/mL的最大产量。通过杀灭时间试验评估了CNPs对Trichosporon asahii的杀菌活性，结果显示较高浓度的CNPs（250和500 μg/mL）具有显著的杀菌效果。SEM分析显示孢子和菌丝结构受到了显著损伤，包括生物膜结构的破坏。这些发现表明，这种环保的生物合成CNPs具有作为生物安全涂层的潜力，可以保护建筑物免受微生物腐蚀。