Prepararea nanocompozitelor oxid de grafen-argint Efectul încărcăturilor de argint asupra gram-pozitiv

Truong Thi Tuong Vi

1 Departamentul de inginerie chimică și a materialelor și Centrul de cercetare pentru tehnologia verde, Universitatea Chang Gung, orașul Taoyuan 333, Taiwan; moc.liamg@500ivgnoutihtgnourt (T.T.T.V.); moc.liamg@tsnramukhsejar (S.R.K.)

Selvaraj Rajesh Kumar

Bishakh Rout

2 Departamentul de Inginerie Biochimică și Biomedică, Universitatea Chang Gung, Taoyuan City 333, Taiwan; moc.liamg@nuf4hkahsib (B.R.); wt.ude.ugc.liam@lhc (C.-H.L.)

Chi-Hsien Liu

2 Departamentul de Inginerie Biochimică și Biomedică, Universitatea Chang Gung, Taoyuan City 333, Taiwan; moc.liamg@nuf4hkahsib (B.R.); wt.ude.ugc.liam@lhc (C.-H.L.)

Chak-Bor Wong

3 Departamentul de Chirurgie Ortopedică, Spitalul Memorial Chang Gung, Keelung City 204, Taiwan; moc.oohay@gnowrobi (C.-B.W.); moc.liamg@iewniylf (C.-W.C.); moc.liamg@2891nehchc (C.-H.C.)

Chia-Wei Chang

3 Departamentul de Chirurgie Ortopedică, Spitalul Memorial Chang Gung, Keelung City 204, Taiwan; moc.oohay@gnowrobi (C.-B.W.); moc.liamg@iewniylf (C.-W.C.); moc.liamg@2891nehchc (C.-H.C.)

Chien-Hao Chen

3 Departamentul de Chirurgie Ortopedică, Spitalul Memorial Chang Gung, Keelung City 204, Taiwan; moc.oohay@gnowrobi (C.-B.W.); moc.liamg@iewniylf (C.-W.C.); moc.liamg@2891nehchc (C.-H.C.)

Dave W. Chen

3 Departamentul de Chirurgie Ortopedică, Spitalul Memorial Chang Gung, Keelung City 204, Taiwan; moc.oohay@gnowrobi (C.-B.W.); moc.liamg@iewniylf (C.-W.C.); moc.liamg@2891nehchc (C.-H.C.)

Shingjiang Jessie Lue

4 Departamentul de Siguranță, Sănătate și Inginerie de Mediu, Universitatea Tehnologică Ming-Chi, New Taipei City 243, Taiwan

5 Departamentul de Oncologie a Radiațiilor, Spitalul Memorial Chang Gung, orașul Taoyuan 333, Taiwan

Abstract

În această lucrare, nanoparticulele de argint (Ag NPs) au fost decorate pe straturi de tiol (–SH) altoite de oxid de grafen (GO) altoit pentru a investiga activitățile antibacteriene din bacteriile Gram-pozitive (Staphylococcus aureus) și bacteriile Gram-negative (Pseudomonas aeruginosa). Ag NP-urile cvasisferice, de dimensiuni nano, au fost atașate la straturile de suprafață GO, confirmat prin utilizarea microscopiei electronice cu scanare cu emisie de câmp (FESEM) și, respectiv, a microscopiei electronice cu transmisie (TEM). Dimensiunea medie a nanocompozitelor GO-Ag a fost semnificativ redusă (327 nm) față de cele ale GO curat (962 nm), în timp ce dimensiunea medie a Ag NP încărcate a fost semnificativ mai mică decât Ag NP fără GO. Diverse concentrații de soluții de AgNO3 (0,1, 0,2 și 0,25 M) au fost încărcate în foi de nano GO și au dus la conținutul de Ag de 31, 43 și respectiv 65%, cu dimensiuni de 1-2 nm de Ag NPs ancorate pe straturile GO . Aceste probe GO-Ag au sarcini de suprafață negative, dar proba GO-Ag 0,2 M (43% Ag) a demonstrat cea mai mare eficiență antibacteriană. La o încărcare de 10 ppm de suspensie GO-Ag, doar o probă GO-Ag 0,2 M a dat o ușoară inhibare bacteriană (5,79-7,82%). Deoarece conținutul GO-Ag a fost dublat la 20 ppm, compusul GO-Ag 0,2 M a expus

49% inhibare. Când nivelul compozit GO-Ag 0,2 M a fost ridicat la 100 ppm, s-au găsit eficiențe de inhibare de aproape 100% atât la Staphylococcus aureus (SA), cât și la Pseudomonas aeruginosa (PA), care au fost semnificativ mai mari decât folosirea GO curat (27% și 33%) ). pentru SA și PA). Efectul combinat al nanoparticulelor GO și Ag demonstrează activități antibacteriene eficiente.

1. Introducere

În ultimii ani, dezvoltarea materialelor antibiotice a devenit contestată din cauza rezistenței la antibiotice. Rezistența la antibiotice s-a răspândit în întreaga lume și ne amenință viața de zi cu zi [1]. Chiar dacă mecanismul exact al funcției antibacteriene este încă exploatat, antibioticele convenționale au multe defecte datorate digestiei inadecvate, limitării urinare și pierd rapid eficacitatea [2]. S-a raportat că rezistența la antibiotice provoacă mutații ale structurii genomice, rezultând modificări ale fenotipurilor bacteriilor pentru a reduce eficiența antibioticelor și pentru a dezvolta rezistență la antibiotice [3,4].

Recent, mulți cercetători au descoperit beneficiile oxidului de grafen (GO) și versatilității în furnizarea de medicamente și a resurselor biologice. GO cuprinde un material bidimensional tipic realizat din atomi de carbon, care sunt ambalate dens într-o rețea de cristal cu fagure de miere [5] și a fost utilizat ca material promițător pentru prepararea de noi compozite în ultimele decenii [6]. Mai mult, este raportat că GO și compozitele sale posedă agenți anti-microbieni, anti-bacterieni și anti-fungici [7,8]. Mai multe studii au arătat proprietățile antibiotice eficiente utilizând atât mecanisme fizice, cât și mecanisme chimice. Zou și colab. a susținut că structura stratului GO poate înfășura membrana celulară a bacteriilor și poate provoca stres oxidativ în planul bazal, deteriorând astfel membrana celulară [9]. Când membranele bacteriene sunt expuse la grafit sau GO, are loc oxidarea glutationului, un important antioxidant celular [10].

Nanoparticulele de argint (Ag NPs) sunt, de asemenea, considerate un material eficient cu proprietăți antibacteriene. Bacteriile sunt mai puțin predispuse să dezvolte rezistență împotriva Ag NPs decât cele ale antibioticelor convenționale [11]. Prin urmare, combinația dintre Ag NPs și GO este sugerată pentru a produce proprietăți antibiotice mai bune decât componentele lor individuale. Legarea dintre GO și Ag deține o bună hidrofilitate, o stabilitate chimică ridicată și o capacitate ridicată de oxidare care provoacă stresul de membrană și oxidativ [12]. Mecanismul antimicrobian propus este că GO înfășoară bacteriile în timp ce Ag ucide bacteriile cu toxicitatea sa [13].

Mai mulți cercetători anteriori au sintetizat nanofolii GO încărcate cu Ag NPs folosind metodele pulsate [14], microunde [15] și sonicare [16]. Similar cu sinteza Ag NPs, pregătirea GO-Ag NPs are nevoie, de asemenea, de un stabilizator și agenți reducători. Studiile anterioare au raportat unele defecte ale GO-Ag NPs, cum ar fi agregarea sau formarea de NPs neomogene și dimensiunea mare a Ag NPs. De exemplu, Das și colab. au pregătit NP-urile GO-Ag folosind citrat de sodiu și borohidrură de sodiu (NaBH4) ca agenți de limitare și reducere [17]. Haider și colab. s-a preparat oxid de grafen redus (rGO) dopat cu Ag NPs folosind o secvență de AgNO3 în NaBH4 apos ca agent tensioactiv [18]. Bao și colab. au raportat compozite GO-Ag NPs folosind AgNO3 ca precursor de sare, hidrochinonă ca agent reducător și citrat ca stabilizator [19]. Cu toate acestea, dimensiunea Ag NPs a fost încă mare (variind de la 20 la 80 nm) și împrăștiată în mod eterogen pe straturile GO. Mai mult, dezavantajul major al metodelor raportate anterior demonstrează dificultatea de a controla dimensiunea și distribuția, limitând studiul sistematic asupra efectului antibacterian [20].