АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА И ОКСИДА ЦИНКА
Аннотация
Введение. Наночастицы металлов могут обладать уникальными свойствами, отличающимися от свойств цельного металла, из которого они получены. Именно это обуславливает повышенный интерес к ним со стороны исследователей всего мира.
Цель исследования. Количественная оценка антибактериального действия наночастиц серебра и оксида цинка на полиантибиотикорезистентные штаммы грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов.
Материал и методы. Выполнен синтез наночастиц серебра и оксида цинка методом лазерной абляции в жидкости. Изучены физические свойства и размеры данных наночастиц на основе спектральных характеристик и атомно-силовой микроскопии. Произведены изучение антибактериальной резистентности исследуемых микроорганизмов, а также количественная оценка антибактериального действия полученных наночастиц на основании определения минимальной ингибирующей и минимальной бактерицидной концентраций.
Результаты. Все используемые в исследовании микроорганизмы являлись клиническими патогенными штаммами, обладающими полиантибактериальной резистентностью. При этом минимальные
ингибирующие концентрации наночастиц серебра составили от 7,81 до 31,25 мкг/мл, а минимальные бактерицидные – от 31,25 до 62,50 мкг/мл, в то время как для наночастиц оксида цинка значения минимальных ингибирующих концентраций находились в пределах от 125 до 500 мкг/мл, а значения минимальных бактерицидных – от 250 до 1000 мкг/мл.
Выводы. Метод лазерной абляции в жидкости позволяет синтезировать химически чистые наночастицы серебра, оксида цинка, а при необходимости и других металлов. Наночастицы серебра и оксида цинка являются эффективными противомикробными агентами по отношению к полиантибиотикорезистентной патогенной микробной флоре. Полученные значения минимальных бактерицидных и минимальных ингибирующих концентраций необходимо учитывать при последующем клиническом внедрении медицинских изделий на основе использования наночастиц металлов.
Литература
Daniel MC, Astruc D. Gold nanoparticles: assembly, supramolecular chemistry, quantum-size-related properties, and applications toward biology, catalysis, and nanotechnology. Chem Rev. 2004;104(1):293-346. https://doi.org/10.1021/cr030698
Zharov VP, Kim JW, Curiel DT, Everts M. Selfassembling nanoclusters in living systems: application for integrated photothermal nanodiagnostics and nanotherapy. Nanomedicine. 2005;1(4):326-45. https://doi.org/10.1016/j.nano.2005.10.006
Ravichandran K, Karthika K, Sakthivel B, Begum NJ, Snega S, Swaminathan K, Senthamilselvi V. Tuning the combined magnetic and antibacterial properties of ZnO nanopowders through Mn doping for biomedical applications. J Magn Magn Mater. 2014;358-359:50-55. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2014.01.008
Moshayedi AJ, Kazemi E, Tabatabaei M, Liao L. Brief modeling equation for metal-oxide; TGS type gas sensors. Filomat. 2020;34(15):4997-5008. https://doi.org/10.2298/FIL2015997M
5) Matei A, Cernica I, Cadar O, Roman C, Schiopu V. Synthesis and characterization of ZnO - polymer nanocomposites. Int J Mater Form. 2008;1:767-770. https://doi.org/10.1007/s12289-008-0288-5
Marcus CN, Paul AW. ZnO tetrapod nanocrystals. J Mater Today. 2007;10(5):50-54. https://doi.org/10.1016/S1369-7021(07)70079-2
Nair S, Sasidharan A, Divya Rani VV, Menon D, Nair S, Manzoor K, Raina S. Role of size scale of ZnO nanoparticles and microparticles on toxicity toward bacteria and osteoblast cancer cells. J Mater Sci Mater Med. 2009;20(Suppl 1):S235-41. https://doi.org/10.1007/s10856-008-3548-5
Wahab R, Kaushik NK, Verma AK, Mishra A, Hwang IH, Yang YB, Shin HS, Kim YS. Fabrication and growth mechanism of ZnO nanostructures and their cytotoxic effect on human brain tumor U87, cervical cancer HeLa, and normal HEK cells. J Biol Inorg Chem. 2011;16(3):431-442. https://doi.org/10.1007/s00775-010-0740-0
9) Rasmussen JW, Martinez E, Louka P, Wingett DG. Zinc oxide nanoparticles for selective destruction of tumor cells and potential for drug delivery applications. Expert Opin Drug Deliv. 2010;7(9):1063-1077. https://doi.org/10.1517/17425247.2010.502560
Cross SE, Innes B, Roberts MS, Tsuzuki T, Robertson TA, McCormick P. Human skin penetration of sunscreen nanoparticles: in-vitro assessment of a novel micronized zinc oxide formulation. Skin Pharmacol Physiol. 2007;20(3):148-154. https://doi.org/10.1159/000098701
Cao G, Wang Y. Nanostructures and nanomaterials: synthesis, properties and applications. London: Imperial College Press; 2011. 596 p.
Krishnaraj C, Jagan EG, Rajasekar S, Selvakumar P, Kalaichelvan PT, Mohan N. Synthesis of silver nanoparticles using Acalypha indica leaf extracts and its antibacterial activity against water borne pathogens. Colloids Surf B. 2010;76(1):50-56. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2009.10.008
Abboud Y, Saffaj T, Chagraoui A, Bouari AE, Brouzi K, Tanane O, Ihssane B. Biosynthesis, characterization and antimicrobial activity of copper oxide nanoparticles (CONPs) produced using brown alga extract (Bifurcaria bifurcata). Applied nanoscience. 2014;4:571-576. https://doi.org/10.1007/s13204-013-0233-x
Xia B, He F, Li L. Preparation of bimetallic nanoparticles using a facile green synthesis method and their application. Langmuir. 2013;29(15):4901-4907. https://doi.org/10.1021/la400355u
Ivanov AM, Myslickaja NA, Kapelevich MS. Poluchenie nanochastic pri lazernoj abljacii metallicheskih poverhnostej v zhidkosti i issledovanie poluchennyh struktur opticheskimi metodami [Obtaining nanoparticles during laser ablation of metal surfaces in a liquid and studying the resulting structures by optical methods]. Izvestija KGTU [KSTU News]. 2011;23:18-24. (Russian).
Egorov VI, Nashhekin AV, Obrazcov PA, Sidorov AI, Brunkov PN. Issledovanie morfologicheskih osobennostej nanochastic serebra v pripoverhnostnyh slojah stekla pri ih sinteze metodom termoobrabotki v parah vody [Investigation of the morphological features of silver nanoparticles in near-surface layers of glass during their synthesis by the method of heat treatment in water vapor]. Opticheskii zhurnal [Journal of Optical Technology]. 2013;80(3):61-67. https://doi.org/10.1364/JOT.80.000174 (Russian).
Barngrover BM, Aikens CM. Incremental binding energies of gold(I) and silver(I) thiolate clusters. J Phys Chem A. 2011;115(42):11818-11823. https://doi.org/10.1021/jp2061893
Chernousova S, Epple M. Silver as antibacterial agention, nanoparticle, and metal. Angew Chem Int Ed. 2013;52(6):1636-1653. https://doi.org/10.1002/anie.201205923
Raghupathi KR, Koodali RT, Manna AC. Size-dependent bacterial growth inhibition and mechanism of antibacterial activity of zinc oxide nanoparticles. Langmuir. 2011;27(7):4020-4028. https://doi.org/10.1021/la104825u
Brayner R, Ferrari-Iliou R, Brivois N, Djediat S, Benedetti MF, Fiévet F. Toxicological impact studies based on Escherichia coli bacteria in ultrafine ZnO nanoparticles colloidal medium. Nano Lett. 2006;6(4):866-870. https://doi.org/10.1021/nl052326h
Pasquet J, Chevalier Y, Couval E, Bouvier D, Bolzinger MA. Zinc oxide as a new antimicrobial preservative of topical products: interactions with common formulation ingredients. Int J Pharm. 2015;479(1):88-95. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2014.12.031
Applerot G, Lellouche J, Perkas N, Nitzan Y, Gedanken A, Banin E. ZnO nanoparticle-coated surfaces inhibit bacterial biofilm formation and increase antibiotic susceptibility. RSC Adv. 2012;2(6):2314-2321. https://doi.org/10.1039/c2ra00602b
Sawai J, Shoji S, Igarashi H, Hashimoto A, Kokugan T, Shimizu M, Kojima H. Hydrogen peroxide as an antibacterial factor in zinc oxide powder slurry. J Ferment Bioeng. 1998;86(5):521-522. https://doi.org/10.1016/S0922-338X(98)80165-7
Borda d'Água R, Branquinho R, Duarte MP, Maurício E, Fernando AL, Martins R, Fortunato E. Efficient coverage of ZnO nanoparticles on cotton fibres for antibacterial finishing using a rapid and low cost in situ synthesis. New J Chem. 2018;42(2):1052-1060. https://doi.org/10.1039/C7NJ03418K
Hooper DC. Mechanisms of action of antimicrobials: focus on fluoroquinolones. Clin Infect Dis. 2001;32(1):S9-S15. https://doi.org/10.1086/319370
