Отримання нанокомпозитів оксиду графену та срібла Вплив навантажень срібла на грампозитивні

Труонг Тхі Туонг Ві

1 Департамент хімічної та матеріальної інженерії та дослідницького центру зелених технологій, Університет Чанг Гун, місто Таоюань 333, Тайвань; moc.liamg@500ivgnoutihtgnourt (T.T.T.V.); moc.liamg@tsnramukhsejar (S.R.K.)

Сельварадж Раджеш Кумар

Бішах Рут

2 Кафедра біохімічної та біомедичної інженерії Університету Чанг Гун, місто Таоюань 333, Тайвань; moc.liamg@nuf4hkahsib (B.R.); wt.ude.ugc.liam@lhc (C.-H.L.)

Чи-Сянь Лю

Чак-Бор Вонг

3 Відділення ортопедичної хірургії, Меморіальна лікарня Чан Гун, місто Кілунг 204, Тайвань; moc.oohay@gnowrobi (C.-B.W.); moc.liamg@iewniylf (C.-W.C.); moc.liamg@2891nehchc (C.-H.C.)

Чіа-Вей Чанг

Чень-Хао Чень

Дейв В. Чен

Шингцзян Джессі Лю

4 Департамент техніки безпеки, охорони здоров'я та навколишнього середовища, Технологічний університет Мін-Чжи, місто Нью-Тайбей 243, Тайвань

5 Відділення радіаційної онкології, Меморіальна лікарня Чан Гуна, місто Таоюань 333, Тайвань

Анотація

У цій роботі наночастинки срібла (Ag NPs) були прикрашені на тіолових (–SH) щеплених шарах оксиду графену (GO) для дослідження антибактеріальної активності грампозитивних бактерій (Staphylococcus aureus) та грамнегативних бактерій (Pseudomonas aeruginosa). Квазісферичні нанорозміри Ag NP були прикріплені до поверхневих шарів GO, що підтверджено використанням скануючої електронної мікроскопії (FESEM) та трансмісійної електронної мікроскопії (TEM) відповідно. Середній розмір нанокомпозитів GO-Ag суттєво зменшився (327 нм) у порівнянні з розмірами первозданних ГО (962 нм), тоді як середній розмір завантажених NP NP Ag був значно меншим, ніж NP NP Ag без GO. Різні концентрації розчинів AgNO3 (0,1, 0,2 та 0,25 М) завантажувались у нанолісти GO і приводили до вмісту Ag 31, 43 та 65% відповідно з розмірами 1–2 нм Ag NP, закріплених на шарах GO . Ці зразки GO-Ag мають негативні поверхневі заряди, однак зразок GO-Ag 0,2 М (43% Ag) продемонстрував найвищу антибактеріальну ефективність. При навантаженні суспензією GO-Ag 10 частин на мільйон лише 0,2 М зразок GO-Ag давав незначне бактеріальне пригнічення (5,79–7,82%). Оскільки вміст GO-Ag подвоювався до 20 ppm, композит GO-Ag 0,2 М виставлявся

49% інгібування. Коли рівень композиційного вмісту GO-Ag 0,2 М був підвищений до 100 ppm, було виявлено майже 100% ефективність гальмування як на золотистому стафілококу (SA), так і на синьогнійній паличці (PA), які були значно вищими, ніж при використанні первинного GO (27% та 33% для SA та PA). Комбінований ефект наночастинок GO та Ag демонструє ефективну антибактеріальну активність.

1. Вступ

В останні роки розвиток антибіотичного матеріалу став спірним через стійкість до антибіотиків. Стійкість до антибіотиків поширилася по всьому світу і загрожує нашому повсякденному життю [1]. Хоча точний механізм антибактеріальної функції все ще використовується, звичайні антибіотики мають багато дефектів через неадекватне травлення, обмеження сечовипускання і швидко втрачають ефективність [2]. Повідомлялося, що стійкість до антибіотиків спричиняє мутації геномної структури, що призводить до змін фенотипів бактерій для зменшення ефективності антибіотиків та розвитку стійкості до антибіотиків [3,4].

Нещодавно багато дослідників виявили переваги оксиду графену (GO) та універсальність доставки ліків та біологічних ресурсів. GO складається із типового двовимірного матеріалу, виготовленого з атомів вуглецю, який щільно упакований у кришталеву решітку стільника [5] і використовувався як перспективний матеріал для приготування нових композитів протягом останніх десятиліть [6]. Більше того, повідомляється, що GO та його композити мають антимікробні, антибактеріальні та протигрибкові агенти [7,8]. Кілька досліджень показали ефективні властивості антибіотиків, використовуючи як фізичні, так і хімічні механізми. Zou та співавт. стверджував, що структура шару GO може обертати клітинну мембрану бактерій і викликати окислювальний стрес на базальній площині, пошкоджуючи таким чином клітинну мембрану [9]. Коли мембрани бактерій піддаються дії графіту або ГО, відбувається окислення глутатіону, важливого клітинного антиоксиданту [10].

Наночастинки срібла (Ag NP) також вважаються ефективним матеріалом з антибактеріальними властивостями. Бактерії менш схильні до розвитку стійкості проти Ag NP, ніж у звичайних антибіотиків [11]. Тому комбінація NP NP та GO пропонується для отримання кращих антибіотичних властивостей, ніж їх окремі компоненти. Зв'язування між GO та Ag забезпечує хорошу гідрофільність, високу хімічну стабільність та високу окислювальну здатність, що викликає мембранний та окислювальний стрес [12]. Пропонований антимікробний механізм полягає в тому, що ГО обертається навколо бактерій, тоді як Аг вбиває бактерії своєю токсичністю [13].

Кілька попередніх дослідників синтезували нанолісти GO, навантажені NP NP Ag, використовуючи імпульсні [14], мікрохвильові печі [15] та методи обробки ультразвуком [16]. Подібно синтезу NP NPs, препарат GO-Ag NP також потребує стабілізатора та відновників. Попередні дослідження повідомляли про деякі дефекти НП GO-Ag, такі як агрегація або утворення неоднорідних НЧ та великі розміри НЧ Ag. Наприклад, Das et al. підготували НП GO-Ag з використанням цитрату натрію та боргідріду натрію (NaBH4) як укупорочних та відновників [17]. Хайдер та ін. приготували відновлений оксид графену (rGO), легований NP NP, використовуючи послідовність AgNO3 у водному NaBH4 в якості поверхнево-активної речовини [18]. Бао та ін. повідомлялося про композити НП GO-Ag, що використовують AgNO3 як попередник солі, гідрохінон як відновник та цитрат як стабілізатор [19]. Однак розмір NP NP Ag все ще був великим (в діапазоні від 20 до 80 нм) і неоднорідно розсіяним по шарах GO. Крім того, основний недолік раніше повідомлених методів свідчить про труднощі в контролі розміру та розподілу, що обмежує систематичне дослідження антибактеріального ефекту [20].