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क्या छोटे नैनोकण हमेशा बेहतर होते हैं?जैविक रूप से प्रासंगिक परिस्थितियों में चांदी के नैनोकणों के आकार-निर्भर एकत्रीकरण के जैविक प्रभावों को समझें
लेखक: बेल्टेकी पी, रोनावरी ए, ज़कुप्सस्की डी, बोका ई, इगाज़ एन, स्ज़ेरेन्सेस बी, फ़िफ़र आई, वाग्वोल्गी सी, किरिक्सि एम, कोन्या ज़ेड
पीटर बेल्टेकी, 1, * एंड्रिया रोनावरी, 1, * डाल्मा ज़कुप्स्स्की, 1 एज़्टर बोका, 1 नोरा इगाज़, 2 बेटिना स्ज़ेरेन्सेस, 3 इलोना फ़िफ़र, 3 सीसाबा वाग्वोल्गी, 3 पर्यावरण रसायन विज्ञान की मोनिका किरिक्सी, हंगरी, हंगरी विज्ञान और सूचना विज्ञान संकाय , सेज्ड विश्वविद्यालय;2 जैव रसायन और आण्विक जीवविज्ञान विभाग, विज्ञान और सूचना संकाय, सेज्ड विश्वविद्यालय, हंगरी;3 माइक्रोबायोलॉजी विभाग, विज्ञान और सूचना संकाय, सेज्ड विश्वविद्यालय, हंगरी;4MTA-SZTE रिएक्शन कैनेटीक्स और सरफेस केमिस्ट्री रिसर्च ग्रुप, सेज्ड, हंगरी* इन लेखकों ने इस काम में समान रूप से योगदान दिया।संचार: ज़ोल्टन कोन्या एप्लाइड और पर्यावरण रसायन विज्ञान विभाग, विज्ञान और सूचना विज्ञान संकाय, सेज्ड विश्वविद्यालय, रेरिच स्क्वायर 1, सेज्ड, एच-6720, हंगरी फोन +36 62 544620 ईमेल [ईमेल सुरक्षा] उद्देश्य: सिल्वर नैनोकण (एजीएनपी) हैं सबसे अधिक अध्ययन किए जाने वाले नैनोमटेरियल्स में से एक, विशेष रूप से उनके बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के कारण।हालाँकि, नैनोकणों के एकत्रीकरण के कारण, जैविक मीडिया में उनकी उत्कृष्ट साइटोटॉक्सिसिटी और जीवाणुरोधी गतिविधि से अक्सर समझौता किया जाता है।इस कार्य में, 10, 20 और 50 एनएम के औसत व्यास वाले तीन अलग-अलग साइट्रेट-टर्मिनेटेड सिल्वर नैनोकण नमूनों के एकत्रीकरण व्यवहार और संबंधित जैविक गतिविधियों का अध्ययन किया गया।विधि: नैनोकणों को संश्लेषित और चिह्नित करने के लिए ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करें, गतिशील प्रकाश बिखरने और पराबैंगनी-दृश्यमान स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा विभिन्न पीएच मान, NaCl, ग्लूकोज और ग्लूटामाइन सांद्रता पर उनके एकत्रीकरण व्यवहार का मूल्यांकन करें।इसके अलावा, सेल कल्चर में डुल्बेको जैसे मध्यम घटक ईगल मीडियम और भ्रूण बछड़ा सीरम में एकत्रीकरण व्यवहार में सुधार करते हैं।परिणाम: परिणाम बताते हैं कि अम्लीय पीएच और शारीरिक इलेक्ट्रोलाइट सामग्री आम तौर पर माइक्रोन-स्केल एकत्रीकरण को प्रेरित करती है, जिसे बायोमोलेक्यूलर कोरोना के गठन द्वारा मध्यस्थ किया जा सकता है।यह ध्यान देने योग्य है कि बड़े कण अपने छोटे समकक्षों की तुलना में बाहरी प्रभावों के प्रति अधिक प्रतिरोध प्रदर्शित करते हैं।विभिन्न एकत्रीकरण चरणों में नैनोकण समुच्चय के साथ कोशिकाओं का उपचार करके इन विट्रो साइटोटॉक्सिसिटी और जीवाणुरोधी परीक्षण किए गए।निष्कर्ष: हमारे परिणाम कोलाइडल स्थिरता और एजीएनपी की विषाक्तता के बीच गहरा संबंध दर्शाते हैं, क्योंकि अत्यधिक एकत्रीकरण से जैविक गतिविधि का पूर्ण नुकसान होता है।बड़े कणों के लिए देखी गई उच्च स्तर की एंटी-एग्रीगेशन का इन विट्रो विषाक्तता पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है, क्योंकि ऐसे नमूने अधिक रोगाणुरोधी और स्तनधारी कोशिका गतिविधि को बनाए रखते हैं।इन निष्कर्षों से यह निष्कर्ष निकलता है कि, प्रासंगिक साहित्य में आम राय के बावजूद, सबसे छोटे संभावित नैनोकणों को लक्षित करना कार्रवाई का सर्वोत्तम तरीका नहीं हो सकता है।कीवर्ड: बीज-मध्यस्थता वृद्धि, कोलाइडल स्थिरता, आकार-निर्भर एकत्रीकरण व्यवहार, एकत्रीकरण क्षति विषाक्तता
जैसे-जैसे नैनोमटेरियल की मांग और उत्पादन में वृद्धि जारी है, उनकी जैव सुरक्षा या जैविक गतिविधि पर अधिक ध्यान दिया जा रहा है।सिल्वर नैनोकण (एजीएनपी) अपने उत्कृष्ट उत्प्रेरक, ऑप्टिकल और जैविक गुणों के कारण इस वर्ग की सामग्रियों के सबसे अधिक संश्लेषित, शोधित और उपयोग किए जाने वाले प्रतिनिधियों में से एक हैं।1 आमतौर पर यह माना जाता है कि नैनोमटेरियल्स (एजीएनपी सहित) की अनूठी विशेषताओं को मुख्य रूप से उनके बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है।इसलिए, अनिवार्य रूप से समस्या कोई भी प्रक्रिया है जो इस प्रमुख विशेषता को प्रभावित करती है, जैसे कि कण आकार, सतह कोटिंग या एकत्रीकरण, क्या यह नैनोकणों के गुणों को गंभीर रूप से नुकसान पहुंचाएगा जो विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण हैं।
कण आकार और स्टेबलाइजर्स के प्रभाव ऐसे विषय हैं जिन्हें साहित्य में अपेक्षाकृत अच्छी तरह से प्रलेखित किया गया है।उदाहरण के लिए, आम तौर पर स्वीकृत दृष्टिकोण यह है कि छोटे नैनोकण बड़े नैनोकणों की तुलना में अधिक जहरीले होते हैं।2 सामान्य साहित्य के अनुरूप, हमारे पिछले अध्ययनों ने स्तनधारी कोशिकाओं और सूक्ष्मजीवों पर नैनोसिल्वर की आकार-निर्भर गतिविधि का प्रदर्शन किया है।3-5 सतह कोटिंग एक अन्य विशेषता है जिसका नैनोमटेरियल के गुणों पर व्यापक प्रभाव पड़ता है।बस इसकी सतह पर स्टेबलाइजर्स जोड़ने या संशोधित करने से, एक ही नैनोमटेरियल में पूरी तरह से अलग भौतिक, रासायनिक और जैविक गुण हो सकते हैं।कैपिंग एजेंटों का अनुप्रयोग अक्सर नैनोकण संश्लेषण के भाग के रूप में किया जाता है।उदाहरण के लिए, साइट्रेट-टर्मिनेटेड सिल्वर नैनोकण अनुसंधान में सबसे प्रासंगिक एजीएनपी में से एक हैं, जिन्हें प्रतिक्रिया माध्यम के रूप में चयनित स्टेबलाइजर समाधान में सिल्वर नमक को कम करके संश्लेषित किया जाता है।6 साइट्रेट आसानी से अपनी कम लागत, उपलब्धता, जैव-अनुकूलता और चांदी के प्रति मजबूत आकर्षण का लाभ उठा सकता है, जो प्रतिवर्ती सतह सोखना से लेकर आयनिक इंटरैक्शन तक विभिन्न प्रस्तावित इंटरैक्शन में परिलक्षित हो सकता है।7,8 के करीब छोटे अणु और पॉलीएटोमिक आयन, जैसे साइट्रेट, पॉलिमर, पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स और जैविक एजेंट भी आमतौर पर नैनो-सिल्वर को स्थिर करने और उस पर अद्वितीय कार्यात्मकता निष्पादित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।9-12
यद्यपि जानबूझकर सतह कैपिंग द्वारा नैनोकणों की गतिविधि को बदलने की संभावना एक बहुत ही दिलचस्प क्षेत्र है, इस सतह कोटिंग की मुख्य भूमिका नगण्य है, जो नैनोकण प्रणाली के लिए कोलाइडल स्थिरता प्रदान करती है।नैनोमटेरियल्स का बड़ा विशिष्ट सतह क्षेत्र बड़ी सतह ऊर्जा का उत्पादन करेगा, जो सिस्टम की थर्मोडायनामिक क्षमता को उसकी न्यूनतम ऊर्जा तक पहुंचने में बाधा डालता है।13 उचित स्थिरीकरण के बिना, इससे नैनोमटेरियल्स का ढेर लग सकता है।एकत्रीकरण विभिन्न आकृतियों और आकारों के कणों के समुच्चय का निर्माण है जो तब होता है जब बिखरे हुए कण मिलते हैं और वर्तमान थर्मोडायनामिक इंटरैक्शन कणों को एक-दूसरे से चिपकने की अनुमति देते हैं।इसलिए, कणों के थर्मोडायनामिक आकर्षण का प्रतिकार करने के लिए उनके बीच पर्याप्त रूप से बड़ा प्रतिकारक बल लगाकर एकत्रीकरण को रोकने के लिए स्टेबलाइजर्स का उपयोग किया जाता है।14
यद्यपि नैनोकणों द्वारा ट्रिगर होने वाली जैविक गतिविधियों के विनियमन के संदर्भ में कण आकार और सतह कवरेज के विषय की पूरी तरह से जांच की गई है, कण एकत्रीकरण एक बड़े पैमाने पर उपेक्षित क्षेत्र है।जैविक रूप से प्रासंगिक परिस्थितियों में नैनोकणों की कोलाइडल स्थिरता को हल करने के लिए लगभग कोई गहन अध्ययन नहीं है।10,15-17 इसके अलावा, यह योगदान विशेष रूप से दुर्लभ है, जहां एकत्रीकरण से जुड़ी विषाक्तता का भी अध्ययन किया गया है, भले ही इससे प्रतिकूल प्रतिक्रिया हो सकती है, जैसे संवहनी घनास्त्रता, या वांछित विशेषताओं का नुकसान, जैसे इसकी विषाक्तता, जैसे चित्र 1.18, 19 में दिखाया गया है।वास्तव में, सिल्वर नैनोकण प्रतिरोध के कुछ ज्ञात तंत्रों में से एक एकत्रीकरण से संबंधित है, क्योंकि कुछ ई. कोली और स्यूडोमोनास एरुगिनोसा उपभेदों में प्रोटीन फ्लैगेलिन, फ्लैगेलिन को व्यक्त करके उनकी नैनो-सिल्वर संवेदनशीलता को कम करने की सूचना है।इसमें चांदी के प्रति उच्च आकर्षण है, जिससे एकत्रीकरण प्रेरित होता है।20
चांदी के नैनोकणों की विषाक्तता से संबंधित कई अलग-अलग तंत्र हैं, और एकत्रीकरण इन सभी तंत्रों को प्रभावित करता है।एजीएनपी जैविक गतिविधि की सबसे चर्चित विधि, जिसे कभी-कभी "ट्रोजन हॉर्स" तंत्र के रूप में जाना जाता है, एजीएनपी को एजी + वाहक के रूप में मानता है।1,21 ट्रोजन हॉर्स तंत्र स्थानीय Ag+ सांद्रता में बड़ी वृद्धि सुनिश्चित कर सकता है, जिससे ROS और झिल्ली विध्रुवण की उत्पत्ति होती है।22-24 एकत्रीकरण Ag+ की रिहाई को प्रभावित कर सकता है, जिससे विषाक्तता प्रभावित हो सकती है, क्योंकि यह प्रभावी सक्रिय सतह को कम कर देता है जहां चांदी के आयन ऑक्सीकरण और घुल सकते हैं।हालाँकि, AgNPs न केवल आयन रिलीज के माध्यम से विषाक्तता प्रदर्शित करेंगे।कई आकार और आकारिकी-संबंधी अंतःक्रियाओं पर विचार किया जाना चाहिए।उनमें से, नैनोकणों की सतह का आकार और आकार परिभाषित विशेषताएं हैं।4,25 इन तंत्रों के संग्रह को "प्रेरित विषाक्तता तंत्र" के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।संभावित रूप से कई माइटोकॉन्ड्रियल और सतह झिल्ली प्रतिक्रियाएं होती हैं जो ऑर्गेनेल को नुकसान पहुंचा सकती हैं और कोशिका मृत्यु का कारण बन सकती हैं।25-27 चूंकि समुच्चय का निर्माण स्वाभाविक रूप से जीवित प्रणालियों द्वारा पहचाने जाने वाले चांदी युक्त वस्तुओं के आकार और आकार को प्रभावित करता है, इसलिए ये अंतःक्रियाएं भी प्रभावित हो सकती हैं।
सिल्वर नैनोकणों के एकत्रीकरण पर हमारे पिछले पेपर में, हमने इस समस्या का अध्ययन करने के लिए रासायनिक और इन विट्रो जैविक प्रयोगों से युक्त एक प्रभावी स्क्रीनिंग प्रक्रिया का प्रदर्शन किया था।19 डायनेमिक लाइट स्कैटरिंग (डीएलएस) इस प्रकार के निरीक्षणों के लिए पसंदीदा तकनीक है क्योंकि सामग्री अपने कणों के आकार के बराबर तरंग दैर्ध्य पर फोटॉन को बिखेर सकती है।चूंकि तरल माध्यम में कणों की ब्राउनियन गति गति आकार से संबंधित होती है, इसलिए बिखरे हुए प्रकाश की तीव्रता में परिवर्तन का उपयोग तरल नमूने के औसत हाइड्रोडायनामिक व्यास (जेड-मीन) को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है।28 इसके अलावा, नमूने पर वोल्टेज लागू करके, नैनोकण की ज़ेटा क्षमता (ζ क्षमता) को Z औसत मान के समान मापा जा सकता है।13,28 यदि जेटा क्षमता का पूर्ण मान काफी अधिक है (सामान्य दिशानिर्देशों के अनुसार> ±30 एमवी), तो यह एकत्रीकरण का प्रतिकार करने के लिए कणों के बीच मजबूत इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण उत्पन्न करेगा।विशेषता सतह प्लास्मोन अनुनाद (एसपीआर) एक अद्वितीय ऑप्टिकल घटना है, जिसका श्रेय मुख्य रूप से कीमती धातु नैनोकणों (मुख्य रूप से एयू और एजी) को दिया जाता है।29​​ नैनोस्केल पर इन सामग्रियों के इलेक्ट्रॉनिक दोलनों (सतह प्लास्मोंस) के आधार पर, यह ज्ञात है कि गोलाकार AgNPs में 400 एनएम के करीब एक विशिष्ट यूवी-विज़ अवशोषण शिखर होता है।30 कणों की तीव्रता और तरंग दैर्ध्य बदलाव का उपयोग डीएलएस परिणामों के पूरक के लिए किया जाता है, क्योंकि इस विधि का उपयोग नैनोकण एकत्रीकरण और बायोमोलेक्यूल्स की सतह सोखना का पता लगाने के लिए किया जा सकता है।
प्राप्त जानकारी के आधार पर, सेल व्यवहार्यता (एमटीटी) और जीवाणुरोधी परख इस तरीके से की जाती है जिसमें एजीएनपी विषाक्तता को (सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला कारक) नैनोकण एकाग्रता के बजाय एकत्रीकरण स्तर के एक कार्य के रूप में वर्णित किया जाता है।यह अनूठी विधि हमें जैविक गतिविधि में एकत्रीकरण स्तर के गहन महत्व को प्रदर्शित करने की अनुमति देती है, क्योंकि, उदाहरण के लिए, एकत्रीकरण के कारण साइट्रेट-समाप्त एजीएनपी कुछ घंटों के भीतर अपनी जैविक गतिविधि पूरी तरह से खो देते हैं।19
वर्तमान कार्य में, हमारा लक्ष्य नैनोकण एकत्रीकरण पर नैनोकण आकार के प्रभाव का अध्ययन करके जैव-संबंधित कोलाइड्स की स्थिरता और जैविक गतिविधि पर उनके प्रभाव में अपने पिछले योगदान का विस्तार करना है।यह निस्संदेह नैनोकणों के अध्ययनों में से एक है।एक उच्च-प्रोफ़ाइल परिप्रेक्ष्य और 31 इस मुद्दे की जांच करने के लिए, तीन अलग-अलग आकार श्रेणियों (10, 20, और 50 एनएम) में साइट्रेट-टर्मिनेटेड एजीएनपी का उत्पादन करने के लिए एक बीज-मध्यस्थता विकास विधि का उपयोग किया गया था।6,32 सबसे आम तरीकों में से एक के रूप में।चिकित्सा अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से और नियमित रूप से उपयोग किए जाने वाले नैनोमटेरियल के लिए, नैनोसिल्वर के एकत्रीकरण-संबंधी जैविक गुणों की संभावित आकार निर्भरता का अध्ययन करने के लिए विभिन्न आकारों के साइट्रेट-टर्मिनेटेड एजीएनपी का चयन किया जाता है।विभिन्न आकारों के एजीएनपी को संश्लेषित करने के बाद, हमने ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (टीईएम) द्वारा उत्पादित नमूनों की विशेषता बताई, और फिर उपरोक्त स्क्रीनिंग प्रक्रिया का उपयोग करके कणों की जांच की।इसके अलावा, इन विट्रो सेल संस्कृतियों डुल्बेको के संशोधित ईगल मीडियम (डीएमईएम) और भ्रूण बोवाइन सीरम (एफबीएस) की उपस्थिति में, आकार-निर्भर एकत्रीकरण व्यवहार और इसके व्यवहार का मूल्यांकन विभिन्न पीएच मान, NaCl, ग्लूकोज और ग्लूटामाइन सांद्रता पर किया गया था।साइटोटोक्सिसिटी की विशेषताएं व्यापक परिस्थितियों में निर्धारित की जाती हैं।वैज्ञानिक सर्वसम्मति से संकेत मिलता है कि सामान्य तौर पर, छोटे कण बेहतर होते हैं;हमारी जांच यह निर्धारित करने के लिए एक रासायनिक और जैविक मंच प्रदान करती है कि क्या यह मामला है।
वान एट अल द्वारा प्रस्तावित बीज-मध्यस्थता विकास विधि द्वारा थोड़े से समायोजन के साथ विभिन्न आकार श्रेणियों वाले तीन चांदी के नैनोकण तैयार किए गए थे।6 यह विधि रासायनिक कटौती पर आधारित है, जिसमें सिल्वर स्रोत के रूप में सिल्वर नाइट्रेट (AgNO3), कम करने वाले एजेंट के रूप में सोडियम बोरोहाइड्राइड (NaBH4) और स्टेबलाइज़र के रूप में सोडियम साइट्रेट का उपयोग किया जाता है।सबसे पहले, सोडियम साइट्रेट डाइहाइड्रेट (Na3C6H5O7 x 2H2O) से 9 एमएम साइट्रेट जलीय घोल का 75 एमएल तैयार करें और 70 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करें।फिर, प्रतिक्रिया माध्यम में 2 एमएल 1% w/v AgNO3 घोल मिलाया गया, और फिर ताजा तैयार सोडियम बोरोहाइड्राइड घोल (2 एमएल 0.1% w/v) को बूंद-बूंद करके मिश्रण में डाला गया।परिणामस्वरूप पीले-भूरे रंग के सस्पेंशन को 1 घंटे के लिए जोरदार सरगर्मी के साथ 70 डिग्री सेल्सियस पर रखा गया, और फिर कमरे के तापमान पर ठंडा किया गया।परिणामी नमूना (अब से AgNP-I के रूप में संदर्भित) का उपयोग अगले संश्लेषण चरण में बीज-मध्यस्थता वृद्धि के आधार के रूप में किया जाता है।
एक मध्यम आकार के कण निलंबन (एजीएनपी-II के रूप में चिह्नित) को संश्लेषित करने के लिए, 90 एमएल 7.6 एमएम साइट्रेट समाधान को 80 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करें, इसे 10 एमएल एजीएनपी-आई के साथ मिलाएं, और फिर 2 एमएल 1% w/v AgNO3 समाधान मिलाएं। 1 घंटे के लिए जोरदार यांत्रिक सरगर्मी के तहत रखा गया था, और फिर नमूने को कमरे के तापमान तक ठंडा कर दिया गया था।
सबसे बड़े कण (एजीएनपी-III) के लिए, उसी वृद्धि प्रक्रिया को दोहराएं, लेकिन इस मामले में, बीज निलंबन के रूप में 10 एमएल एजीएनपी-II का उपयोग करें।नमूने कमरे के तापमान पर पहुंचने के बाद, वे 40°C पर अतिरिक्त विलायक जोड़कर या वाष्पित करके कुल AgNO3 सामग्री के आधार पर अपनी नाममात्र Ag सांद्रता को 150 पीपीएम पर सेट करते हैं, और अंत में उन्हें आगे के उपयोग तक 4°C पर संग्रहीत करते हैं।
नैनोकणों की रूपात्मक विशेषताओं की जांच करने और उनके इलेक्ट्रॉन विवर्तन (ईडी) पैटर्न को पकड़ने के लिए 200 केवी त्वरण वोल्टेज के साथ एफईआई टेक्नाई जी2 20 एक्स-ट्विन ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (टीईएम) (एफईआई कॉर्पोरेट मुख्यालय, हिल्सबोरो, ओरेगन, यूएसए) का उपयोग करें।ImageJ सॉफ़्टवेयर पैकेज का उपयोग करके कम से कम 15 प्रतिनिधि छवियों (~ 750 कण) का मूल्यांकन किया गया था, और परिणामी हिस्टोग्राम (और पूरे अध्ययन में सभी ग्राफ़) ओरिजिनप्रो 2018 (ओरिजनलैब, नॉर्थम्प्टन, एमए, यूएसए) 33, 34 में बनाए गए थे।
नमूनों के औसत हाइड्रोडायनामिक व्यास (जेड-औसत), ज़ेटा क्षमता (ζ-पोटेंशियल) और विशिष्ट सतह प्लास्मोन अनुनाद (एसपीआर) को उनके प्रारंभिक कोलाइडल गुणों को दर्शाने के लिए मापा गया था।नमूने का औसत हाइड्रोडायनामिक व्यास और ज़ेटा क्षमता को 37±0.1°C पर डिस्पोजेबल मुड़ी हुई केशिका कोशिकाओं का उपयोग करके माल्वर्न ज़ेटासाइज़र नैनो जेडएस उपकरण (माल्वर्न इंस्ट्रूमेंट्स, माल्वर्न, यूके) द्वारा मापा गया था।ओशन ऑप्टिक्स 355 डीएच-2000-बीएएल यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोफोटोमीटर (हल्मा पीएलसी, लार्गो, एफएल, यूएसए) का उपयोग 250-800 एनएम की सीमा में नमूनों के यूवी-विज़ अवशोषण स्पेक्ट्रा से विशेषता एसपीआर विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए किया गया था।
पूरे प्रयोग के दौरान, कोलाइडल स्थिरता से संबंधित तीन अलग-अलग माप प्रकार एक ही समय में किए गए।कणों के औसत हाइड्रोडायनामिक व्यास (जेड औसत) और जेटा क्षमता (ζ संभावित) को मापने के लिए डीएलएस का उपयोग करें, क्योंकि जेड औसत नैनोकण समुच्चय के औसत आकार से संबंधित है, और जेटा क्षमता इंगित करती है कि सिस्टम में इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण है या नहीं नैनोकणों के बीच वान डेर वाल्स आकर्षण को संतुलित करने के लिए पर्याप्त मजबूत है।माप तीन प्रतियों में किए जाते हैं, और Z माध्य और ज़ेटा क्षमता के मानक विचलन की गणना ज़ेटासाइज़र सॉफ़्टवेयर द्वारा की जाती है।कणों की विशेषता एसपीआर स्पेक्ट्रा का मूल्यांकन यूवी-विज़ स्पेक्ट्रोस्कोपी द्वारा किया जाता है, क्योंकि चरम तीव्रता और तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन एकत्रीकरण और सतह की बातचीत का संकेत दे सकता है।29,35 वास्तव में, कीमती धातुओं में सतह प्लास्मोन प्रतिध्वनि इतनी प्रभावशाली है कि इसने जैव अणुओं के विश्लेषण के नए तरीकों को जन्म दिया है।29,36,37 प्रायोगिक मिश्रण में AgNPs की सांद्रता लगभग 10 पीपीएम है, और इसका उद्देश्य अधिकतम प्रारंभिक एसपीआर अवशोषण की तीव्रता को 1 पर सेट करना है। प्रयोग 0 पर समय-निर्भर तरीके से किया गया था;1.5;3;6;विभिन्न जैविक रूप से प्रासंगिक परिस्थितियों में 12 और 24 घंटे।प्रयोग का वर्णन करने वाले अधिक विवरण हमारे पिछले कार्य में देखे जा सकते हैं।19 संक्षेप में, विभिन्न पीएच मान (3; 5; 7.2 और 9), विभिन्न सोडियम क्लोराइड (10 एमएम; 50 एमएम; 150 एमएम), ग्लूकोज (3.9 एमएम; 6.7 एमएम) और ग्लूटामाइन (4 एमएम) सांद्रता, और मॉडल सिस्टम के रूप में डुलबेको के संशोधित ईगल मीडियम (डीएमईएम) और फीटल बोवाइन सीरम (एफबीएस) (पानी और डीएमईएम में) भी तैयार किया, और संश्लेषित चांदी के नैनोकणों के एकत्रीकरण व्यवहार पर उनके प्रभावों का अध्ययन किया।पीएच, NaCl, ग्लूकोज और ग्लूटामाइन के मूल्यों का मूल्यांकन शारीरिक सांद्रता के आधार पर किया जाता है, जबकि DMEM और FBS की मात्रा संपूर्ण इन विट्रो प्रयोग में उपयोग किए गए स्तरों के समान होती है।38-42 किसी भी लंबी दूरी के कण इंटरैक्शन को खत्म करने के लिए सभी माप पीएच 7.2 और 37 डिग्री सेल्सियस पर 10 मिमी NaCl की निरंतर पृष्ठभूमि नमक एकाग्रता के साथ किए गए थे (कुछ पीएच और NaCl-संबंधित प्रयोगों को छोड़कर, जहां ये विशेषताएं नीचे दिए गए चर हैं अध्ययन)।28 विभिन्न स्थितियों की सूची तालिका 1 में संक्षेपित है। † के साथ चिह्नित प्रयोग को संदर्भ के रूप में उपयोग किया जाता है और यह 10 मिमी NaCl और pH 7.2 वाले नमूने से मेल खाता है।
मानव प्रोस्टेट कैंसर कोशिका रेखा (DU145) और अमर मानव केराटिनोसाइट्स (HaCaT) एटीसीसी (मानसस, वीए, यूएसए) से प्राप्त किए गए थे।कोशिकाओं को नियमित रूप से डुलबेको के न्यूनतम आवश्यक माध्यम ईगल (डीएमईएम) में संवर्धित किया जाता है जिसमें 4.5 ग्राम/लीटर ग्लूकोज (सिग्मा-एल्ड्रिच, सेंट लुइस, एमओ, यूएसए) होता है, जिसे 10% एफबीएस, 2 एमएम एल-ग्लूटामाइन, 0.01% स्ट्रेप्टोमाइसिन और 0.005% के साथ पूरक किया जाता है। पेनिसिलिन (सिग्मा-एल्ड्रिच, सेंट लुइस, मिसौरी, यूएसए)।कोशिकाओं को 37°C इनक्यूबेटर में 5% CO2 और 95% आर्द्रता के तहत संवर्धित किया जाता है।
समय-निर्भर तरीके से कण एकत्रीकरण के कारण एजीएनपी साइटोटॉक्सिसिटी में परिवर्तनों का पता लगाने के लिए, दो-चरणीय एमटीटी परख की गई थी।सबसे पहले, AgNP-I, AgNP-II और AgNP-III के साथ उपचार के बाद दो प्रकार की कोशिकाओं की व्यवहार्यता मापी गई।इसके लिए, दो प्रकार की कोशिकाओं को 10,000 कोशिकाओं/कुएं के घनत्व पर 96-अच्छी प्लेटों में डाला गया और दूसरे दिन बढ़ती सांद्रता में तीन अलग-अलग आकार के चांदी के नैनोकणों के साथ इलाज किया गया।24 घंटे के उपचार के बाद, कोशिकाओं को पीबीएस से धोया गया और 0.5 मिलीग्राम/एमएल एमटीटी अभिकर्मक (सर्वा, हीडलबर्ग, जर्मनी) के साथ 37 डिग्री सेल्सियस पर 1 घंटे के लिए संस्कृति माध्यम में पतला किया गया।फॉर्मेज़ान क्रिस्टल को डीएमएसओ (सिग्मा-एल्ड्रिच, सेंट लुइस, एमओ, यूएसए) में भंग कर दिया गया था, और अवशोषण को सिनर्जी एचटीएक्स प्लेट रीडर (बायोटेक-हंगरी, बुडापेस्ट, हंगरी) का उपयोग करके 570 एनएम पर मापा गया था।अनुपचारित नियंत्रण नमूने का अवशोषण मूल्य 100% जीवित रहने की दर माना जाता है।चार स्वतंत्र जैविक प्रतिकृति का उपयोग करके कम से कम 3 प्रयोग करें।IC50 की गणना जीवन शक्ति परिणामों के आधार पर खुराक प्रतिक्रिया वक्र से की जाती है।
इसके बाद, दूसरे चरण में, सेल उपचार से पहले अलग-अलग समय (0, 1.5, 3, 6, 12 और 24 घंटे) के लिए 150 मिमी NaCl के साथ कणों को इनक्यूबेट करके, चांदी के नैनोकणों के विभिन्न एकत्रीकरण राज्यों का उत्पादन किया गया।इसके बाद, कण एकत्रीकरण से प्रभावित सेल व्यवहार्यता में परिवर्तन का मूल्यांकन करने के लिए पहले बताए अनुसार वही एमटीटी परख की गई।अंतिम परिणाम का मूल्यांकन करने के लिए ग्राफपैड प्रिज्म 7 का उपयोग करें, अयुग्मित टी-परीक्षण द्वारा प्रयोग के सांख्यिकीय महत्व की गणना करें, और इसके स्तर को * (पी ≤ 0.05), ** (पी ≤ 0.01), *** (पी ≤ 0.001) के रूप में चिह्नित करें ) और **** (पी ≤ 0.0001)।
क्रिप्टोकोकस नियोफ़ॉर्मन्स IFM 5844 (IFM; पैथोजेनिक फंगी और माइक्रोबियल टॉक्सिकोलॉजी के लिए अनुसंधान केंद्र, चिबा विश्वविद्यालय) और बैसिलस टेस्ट मेगाटेरियम SZMC 6031 के प्रति जीवाणुरोधी संवेदनशीलता के लिए सिल्वर नैनोकणों के तीन अलग-अलग आकार (AgNP-I, AgNP-II और AgNP-III) का उपयोग किया गया था। (एसजेडएमसी: सेज्ड माइक्रोबायोलॉजी कलेक्शन) और ई. कोलाई एसजेडएमसी 0582 आरपीएमआई 1640 माध्यम में (सिग्मा-एल्ड्रिच कंपनी)।कणों के एकत्रीकरण के कारण जीवाणुरोधी गतिविधि में परिवर्तन का मूल्यांकन करने के लिए, सबसे पहले, उनकी न्यूनतम निरोधात्मक एकाग्रता (एमआईसी) को 96-अच्छी तरह से माइक्रोटिटर प्लेट में माइक्रोडिल्यूशन द्वारा निर्धारित किया गया था।मानकीकृत सेल सस्पेंशन के 50 μL (आरपीएमआई 1640 माध्यम में 5 × 104 सेल/एमएल) में, 50 μL सिल्वर नैनोपार्टिकल सस्पेंशन जोड़ें और क्रमिक रूप से दो बार सांद्रता को पतला करें (उपर्युक्त माध्यम में, सीमा 0 और 75 पीपीएम है, अर्थात, नियंत्रण नमूने में 50 μL सेल सस्पेंशन और 50 μL नैनोकणों के बिना माध्यम शामिल है)।इसके बाद, प्लेट को 48 घंटों के लिए 30 डिग्री सेल्सियस पर इनक्यूबेट किया गया, और स्पेक्ट्रोस्टार नैनो प्लेट रीडर (बीएमजी लैबटेक, ऑफेनबर्ग, जर्मनी) का उपयोग करके संस्कृति के ऑप्टिकल घनत्व को 620 एनएम पर मापा गया।प्रयोग तीन प्रतियों में तीन बार किया गया।
सिवाय इसके कि इस समय 50 μL एकल एकत्रित नैनोकण नमूनों का उपयोग किया गया था, उपरोक्त उपभेदों पर जीवाणुरोधी गतिविधि पर एकत्रीकरण के प्रभाव की जांच करने के लिए पहले वर्णित उसी प्रक्रिया का उपयोग किया गया था।सेल प्रसंस्करण से पहले अलग-अलग समय (0, 1.5, 3, 6, 12 और 24 घंटे) के लिए 150 मिमी NaCl के साथ कणों को इनक्यूबेट करके चांदी के नैनोकणों की विभिन्न एकत्रीकरण स्थितियां उत्पन्न की जाती हैं।आरपीएमआई 1640 माध्यम के 50 μL के साथ पूरक एक निलंबन का उपयोग विकास नियंत्रण के रूप में किया गया था, जबकि विषाक्तता को नियंत्रित करने के लिए, गैर-एकत्रित नैनोकणों के साथ एक निलंबन का उपयोग किया गया था।प्रयोग तीन प्रतियों में तीन बार किया गया।एमटीटी विश्लेषण के समान सांख्यिकीय विश्लेषण का उपयोग करके, अंतिम परिणाम का फिर से मूल्यांकन करने के लिए ग्राफपैड प्रिज्म 7 का उपयोग करें।
सबसे छोटे कणों (एजीएनपी-आई) के एकत्रीकरण स्तर की विशेषता बताई गई है, और परिणाम हमारे पिछले काम में आंशिक रूप से प्रकाशित किए गए थे, लेकिन बेहतर तुलना के लिए, सभी कणों की पूरी तरह से जांच की गई थी।प्रायोगिक डेटा एकत्र किया गया है और निम्नलिखित अनुभागों में चर्चा की गई है।AgNP के तीन आकार।19
टीईएम, यूवी-विज़ और डीएलएस द्वारा किए गए मापों ने सभी एजीएनपी नमूनों के सफल संश्लेषण को सत्यापित किया (चित्र 2ए-डी)।चित्र 2 की पहली पंक्ति के अनुसार, सबसे छोटा कण (एजीएनपी-आई) लगभग 10 एनएम के औसत व्यास के साथ एक समान गोलाकार आकृति विज्ञान दिखाता है।बीज-मध्यस्थता वृद्धि विधि क्रमशः लगभग 20 एनएम और 50 एनएम के औसत कण व्यास के साथ विभिन्न आकार श्रेणियों के साथ AgNP-II और AgNP-III भी प्रदान करती है।कण वितरण के मानक विचलन के अनुसार, तीन नमूनों के आकार ओवरलैप नहीं होते हैं, जो उनके तुलनात्मक विश्लेषण के लिए महत्वपूर्ण है।टीईएम-आधारित कण 2डी अनुमानों के औसत पहलू अनुपात और पतलेपन अनुपात की तुलना करके, यह माना जाता है कि कणों की गोलाकारता का मूल्यांकन इमेजजे के आकार फिल्टर प्लग-इन (चित्रा 2ई) द्वारा किया जाता है।43 कणों के आकार के विश्लेषण के अनुसार, उनका पक्षानुपात (सबसे छोटे परिबद्ध आयत का बड़ा पक्ष/छोटा पक्ष) कण वृद्धि से प्रभावित नहीं होता है, और उनका पतलापन अनुपात (संबंधित पूर्ण वृत्त का मापा क्षेत्र/सैद्धांतिक क्षेत्र) ) धीरे-धीरे कम हो जाता है।इसके परिणामस्वरूप अधिक से अधिक बहुफलकीय कण बनते हैं, जो सिद्धांत रूप में पूर्णतः गोल होते हैं, जो 1 के पतलेपन अनुपात के अनुरूप होते हैं।
चित्र 2 ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (टीईएम) छवि (ए), इलेक्ट्रॉन विवर्तन (ईडी) पैटर्न (बी), आकार वितरण हिस्टोग्राम (सी), विशेषता पराबैंगनी-दृश्यमान (यूवी-विज़) प्रकाश अवशोषण स्पेक्ट्रम (डी), और औसत द्रव साइट्रेट -यांत्रिक व्यास (जेड-औसत), जेटा क्षमता, पहलू अनुपात और मोटाई अनुपात (ई) के साथ समाप्त चांदी के नैनोकणों की तीन अलग-अलग आकार श्रेणियां हैं: AgNP-I 10 एनएम (शीर्ष पंक्ति) है, AgNP-II 20 एनएम (मध्य पंक्ति) है ), AgNP-III (निचली पंक्ति) 50 एनएम है।
यद्यपि विकास विधि की चक्रीय प्रकृति ने कुछ हद तक कण आकार को प्रभावित किया, जिसके परिणामस्वरूप बड़े AgNPs की छोटी गोलाकारता हुई, सभी तीन नमूने अर्ध-गोलाकार बने रहे।इसके अलावा, जैसा कि चित्र 2बी में इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न में दिखाया गया है, नैनो कणों की क्रिस्टलीयता प्रभावित नहीं होती है।प्रमुख विवर्तन वलय - जिसे (111), (220), (200), और (311) चांदी के मिलर सूचकांकों के साथ सहसंबद्ध किया जा सकता है - वैज्ञानिक साहित्य और हमारे पिछले योगदानों के साथ बहुत सुसंगत है।9, 19,44 AgNP-II और AgNP-III के डेबी-शेरर रिंग का विखंडन इस तथ्य के कारण है कि ED छवि एक ही आवर्धन पर कैप्चर की जाती है, इसलिए जैसे-जैसे कण आकार बढ़ता है, प्रति विवर्तित कणों की संख्या इकाई क्षेत्रफल बढ़ता और घटता है।
नैनोकणों का आकार और आकार जैविक गतिविधि को प्रभावित करने के लिए जाना जाता है।3,45 आकार-निर्भर उत्प्रेरक और जैविक गतिविधि को इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि अलग-अलग आकार कुछ क्रिस्टल चेहरों (अलग-अलग मिलर सूचकांक वाले) को फैलाने की प्रवृत्ति रखते हैं, और इन क्रिस्टल चेहरों की अलग-अलग गतिविधियां होती हैं।45,46 चूंकि तैयार कण बहुत समान क्रिस्टल विशेषताओं के अनुरूप समान ईडी परिणाम प्रदान करते हैं, इसलिए यह माना जा सकता है कि हमारे बाद के कोलाइडल स्थिरता और जैविक गतिविधि प्रयोगों में, किसी भी देखे गए अंतर को नैनोकण के आकार के लिए जिम्मेदार ठहराया जाना चाहिए, न कि आकार-संबंधित गुणों के लिए।
चित्र 2डी में संक्षेपित यूवी-विज़ परिणाम संश्लेषित एजीएनपी की अत्यधिक गोलाकार प्रकृति पर जोर देते हैं, क्योंकि सभी तीन नमूनों की एसपीआर चोटियां लगभग 400 एनएम हैं, जो गोलाकार चांदी नैनोकणों का एक विशिष्ट मूल्य है।29,30 कैप्चर किए गए स्पेक्ट्रा ने नैनोसिल्वर के सफल बीज-मध्यस्थ विकास की भी पुष्टि की।जैसे-जैसे कण का आकार बढ़ता है, AgNP-II के अधिकतम प्रकाश अवशोषण के अनुरूप तरंग दैर्ध्य-अधिक प्रमुखता से-साहित्य के अनुसार, AgNP-III ने एक रेडशिफ्ट का अनुभव किया।6,29
एजीएनपी प्रणाली की प्रारंभिक कोलाइडल स्थिरता के संबंध में, पीएच 7.2 पर कणों के औसत हाइड्रोडायनामिक व्यास और जेटा क्षमता को मापने के लिए डीएलएस का उपयोग किया गया था।चित्र 2E में दर्शाए गए परिणाम दर्शाते हैं कि AgNP-III में AgNP-I या AgNP-II की तुलना में अधिक कोलाइडल स्थिरता है, क्योंकि सामान्य दिशानिर्देशों से संकेत मिलता है कि दीर्घकालिक कोलाइडल स्थिरता के लिए 30 mV निरपेक्ष की जीटा क्षमता आवश्यक है। यह खोज तब और समर्थित होती है जब Z औसत मान (मुक्त और एकत्रित कणों के औसत हाइड्रोडायनामिक व्यास के रूप में प्राप्त) की तुलना TEM द्वारा प्राप्त प्राथमिक कण आकार से की जाती है, क्योंकि दो मान जितने करीब होंगे, नमूने में डिग्री उतनी ही हल्की होगी।वास्तव में, AgNP-I और AgNP-II का Z औसत उनके मुख्य TEM-मूल्यांकित कण आकार से काफी अधिक है, इसलिए AgNP-III की तुलना में, इन नमूनों के एकत्रित होने की संभावना अधिक होने की भविष्यवाणी की गई है, जहां अत्यधिक नकारात्मक जेट क्षमता है एक करीबी आकार Z औसत मान के साथ है।
इस घटना की व्याख्या दुगनी हो सकती है।एक ओर, सभी संश्लेषण चरणों में साइट्रेट सांद्रता को समान स्तर पर बनाए रखा जाता है, जिससे बढ़ते कणों के विशिष्ट सतह क्षेत्र को कम होने से रोकने के लिए चार्ज सतह समूहों की अपेक्षाकृत उच्च मात्रा प्रदान की जाती है।हालाँकि, लेवाक एट अल के अनुसार, साइट्रेट जैसे छोटे अणुओं का नैनोकणों की सतह पर जैव अणुओं द्वारा आसानी से आदान-प्रदान किया जा सकता है।इस मामले में, कोलाइडल स्थिरता उत्पादित बायोमोलेक्यूल्स के कोरोना द्वारा निर्धारित की जाएगी।31 क्योंकि यह व्यवहार हमारे एकत्रीकरण मापों में भी देखा गया था (बाद में अधिक विस्तार से चर्चा की गई है), अकेले साइट्रेट कैपिंग इस घटना की व्याख्या नहीं कर सकती है।
दूसरी ओर, कण का आकार नैनोमीटर स्तर पर एकत्रीकरण प्रवृत्ति के व्युत्क्रमानुपाती होता है।यह मुख्य रूप से पारंपरिक डेरजागुइन-लैंडौ-वेरवे-ओवरबीक (डीएलवीओ) विधि द्वारा समर्थित है, जहां कण आकर्षण को कणों के बीच आकर्षक और प्रतिकारक बलों के योग के रूप में वर्णित किया गया है।हे एट अल के अनुसार, डीएलवीओ ऊर्जा वक्र का अधिकतम मूल्य हेमेटाइट नैनोकणों में नैनोकणों के आकार के साथ घटता है, जिससे न्यूनतम प्राथमिक ऊर्जा तक पहुंचना आसान हो जाता है, जिससे अपरिवर्तनीय एकत्रीकरण (संक्षेपण) को बढ़ावा मिलता है।47 हालाँकि, यह अनुमान लगाया गया है कि डीएलवीओ सिद्धांत की सीमाओं से परे अन्य पहलू भी हैं।हालांकि वैन डेर वाल्स गुरुत्वाकर्षण और इलेक्ट्रोस्टैटिक डबल-लेयर प्रतिकर्षण बढ़ते कण आकार के समान हैं, हॉट्ज़ एट अल द्वारा एक समीक्षा।प्रस्ताव है कि डीएलवीओ की अनुमति की तुलना में इसका एकत्रीकरण पर अधिक प्रभाव पड़ता है।14 उनका मानना ​​है कि नैनोकणों की सतह की वक्रता का अनुमान अब एक सपाट सतह के रूप में नहीं लगाया जा सकता है, जिससे गणितीय अनुमान लागू नहीं होता है।इसके अलावा, जैसे-जैसे कण का आकार घटता है, सतह पर मौजूद परमाणुओं का प्रतिशत अधिक हो जाता है, जिससे इलेक्ट्रॉनिक संरचना और सतह आवेश व्यवहार होता है।और सतह की प्रतिक्रियाशीलता में परिवर्तन होता है, जिससे इलेक्ट्रिक डबल परत में चार्ज में कमी हो सकती है और एकत्रीकरण को बढ़ावा मिल सकता है।
चित्र 3 में AgNP-I, AgNP-II और AgNP-III के DLS परिणामों की तुलना करते समय, हमने देखा कि सभी तीन नमूनों ने समान pH संकेत एकत्रीकरण दिखाया।एक भारी अम्लीय वातावरण (पीएच 3) नमूने की जीटा क्षमता को 0 एमवी तक स्थानांतरित कर देता है, जिससे कण माइक्रोन-आकार के समुच्चय का निर्माण करते हैं, जबकि क्षारीय पीएच अपनी जीटा क्षमता को एक बड़े नकारात्मक मान पर स्थानांतरित कर देता है, जहां कण छोटे समुच्चय (पीएच 5) का निर्माण करते हैं। ).और 7.2) ), या पूरी तरह से असंगठित रहें (पीएच 9)।विभिन्न नमूनों के बीच कुछ महत्वपूर्ण अंतर भी देखे गए।पूरे प्रयोग के दौरान, AgNP-I pH-प्रेरित ज़ेटा संभावित परिवर्तनों के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील साबित हुआ, क्योंकि इन कणों की ज़ेटा क्षमता pH 9 की तुलना में pH 7.2 पर कम हो गई है, जबकि AgNP-II और AgNP-III ने केवल A दिखाया। ζ में काफी परिवर्तन pH 3 के आसपास है। इसके अलावा, AgNP-II ने धीमे बदलाव और मध्यम जीटा क्षमता दिखाई, जबकि AgNP-III ने तीनों में से सबसे हल्का व्यवहार दिखाया, क्योंकि सिस्टम ने उच्चतम निरपेक्ष जीटा मान और धीमी प्रवृत्ति की गति दिखाई, जो दर्शाता है AgNP-III pH-प्रेरित एकत्रीकरण के प्रति सबसे अधिक प्रतिरोधी।ये परिणाम औसत हाइड्रोडायनामिक व्यास माप परिणामों के अनुरूप हैं।उनके प्राइमरों के कण आकार को ध्यान में रखते हुए, AgNP-I ने सभी pH मानों पर निरंतर क्रमिक एकत्रीकरण दिखाया, संभवतः 10 mM NaCl पृष्ठभूमि के कारण, जबकि AgNP-II और AgNP-III ने केवल pH 3 एकत्रीकरण पर महत्वपूर्ण दिखाया।सबसे दिलचस्प अंतर यह है कि अपने बड़े नैनोकण आकार के बावजूद, AgNP-III 24 घंटों में pH 3 पर सबसे छोटा समुच्चय बनाता है, जो इसके एकत्रीकरण विरोधी गुणों को उजागर करता है।24 घंटे के बाद pH 3 पर AgNPs के औसत Z को तैयार नमूने के मूल्य से विभाजित करके, यह देखा जा सकता है कि AgNP-I और AgNP-II के सापेक्ष कुल आकार में 50 गुना, 42 गुना और 22 गुना की वृद्धि हुई है। , क्रमश।तृतीय.
चित्र 3 बढ़ते आकार (10 एनएम: AgNP-I, 20 एनएम: AgNP-II और 50 एनएम: AgNP-III) के साथ साइट्रेट-टर्मिनेटेड सिल्वर नैनोकणों के नमूने के गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन परिणाम औसत हाइड्रोडायनामिक व्यास (Z औसत) के रूप में व्यक्त किए गए हैं ) (दाएं) विभिन्न पीएच स्थितियों के तहत, जीटा क्षमता (बाएं) 24 घंटों के भीतर बदल जाती है।
देखे गए पीएच-निर्भर एकत्रीकरण ने एजीएनपी नमूनों की विशिष्ट सतह प्लास्मोन अनुनाद (एसपीआर) को भी प्रभावित किया, जैसा कि उनके यूवी-विज़ स्पेक्ट्रा द्वारा प्रमाणित है।अनुपूरक चित्र एस1 के अनुसार, सभी तीन सिल्वर नैनोकणों के निलंबन के एकत्रीकरण के बाद उनकी एसपीआर चोटियों की तीव्रता में कमी और एक मध्यम लाल बदलाव होता है।पीएच के कार्य के रूप में इन परिवर्तनों की सीमा डीएलएस परिणामों द्वारा अनुमानित एकत्रीकरण की डिग्री के अनुरूप है, हालांकि, कुछ दिलचस्प रुझान देखे गए हैं।अंतर्ज्ञान के विपरीत, यह पता चला है कि मध्यम आकार का AgNP-II एसपीआर परिवर्तनों के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील है, जबकि अन्य दो नमूने कम संवेदनशील हैं।एसपीआर अनुसंधान में, 50 एनएम सैद्धांतिक कण आकार सीमा है, जिसका उपयोग कणों को उनके ढांकता हुआ गुणों के आधार पर अलग करने के लिए किया जाता है।50 एनएम (AgNP-I और AgNP-II) से छोटे कणों को सरल ढांकता हुआ द्विध्रुव के रूप में वर्णित किया जा सकता है, जबकि कण जो इस सीमा (AgNP-III) तक पहुंचते हैं या उससे अधिक होते हैं, उनमें अधिक जटिल ढांकता हुआ गुण होते हैं, और उनकी प्रतिध्वनि बैंड मल्टीमॉडल परिवर्तनों में विभाजित हो जाती है .दो छोटे कण नमूनों के मामले में, AgNPs को सरल द्विध्रुव के रूप में माना जा सकता है, और प्लाज्मा आसानी से ओवरलैप हो सकता है।जैसे-जैसे कण का आकार बढ़ता है, यह युग्मन अनिवार्य रूप से एक बड़ा प्लाज्मा उत्पन्न करता है, जो देखी गई उच्च संवेदनशीलता को समझा सकता है।29 हालाँकि, सबसे बड़े कणों के लिए, सरल द्विध्रुवीय अनुमान तब मान्य नहीं होता है जब अन्य युग्मन अवस्थाएँ भी घटित हो सकती हैं, जो वर्णक्रमीय परिवर्तनों को इंगित करने के लिए AgNP-III की कम प्रवृत्ति को समझा सकता है।29
हमारी प्रायोगिक स्थितियों के तहत, यह साबित हुआ है कि पीएच मान का विभिन्न आकारों के साइट्रेट-लेपित चांदी के नैनोकणों की कोलाइडल स्थिरता पर गहरा प्रभाव पड़ता है।इन प्रणालियों में, AgNPs की सतह पर नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए -COO- समूहों द्वारा स्थिरता प्रदान की जाती है।साइट्रेट आयन का कार्बोक्सिलेट कार्यात्मक समूह बड़ी संख्या में H+ आयनों में प्रोटोनेटेड होता है, इसलिए उत्पन्न कार्बोक्सिल समूह अब कणों के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण प्रदान नहीं कर सकता है, जैसा कि चित्र 4 की शीर्ष पंक्ति में दिखाया गया है। ले चैटेलियर के सिद्धांत के अनुसार, AgNP नमूने तेजी से pH 3 पर एकत्र हो जाते हैं, लेकिन जैसे-जैसे pH बढ़ता है, वे धीरे-धीरे अधिक से अधिक स्थिर हो जाते हैं।
चित्र 4 विभिन्न पीएच (शीर्ष पंक्ति), NaCl एकाग्रता (मध्य पंक्ति), और बायोमोलेक्युलस (निचली पंक्ति) के तहत एकत्रीकरण द्वारा परिभाषित सतह संपर्क का योजनाबद्ध तंत्र।
चित्र 5 के अनुसार, बढ़ती नमक सांद्रता के तहत विभिन्न आकारों के एजीएनपी निलंबन में कोलाइडल स्थिरता की भी जांच की गई।ज़ेटा क्षमता के आधार पर, इन साइट्रेट-टर्मिनेटेड AgNP प्रणालियों में बढ़ा हुआ नैनोकण आकार फिर से NaCl से बाहरी प्रभावों के लिए बढ़ा हुआ प्रतिरोध प्रदान करता है।AgNP-I में, 10 mM NaCl हल्के एकत्रीकरण को प्रेरित करने के लिए पर्याप्त है, और 50 mM की नमक सांद्रता बहुत समान परिणाम प्रदान करती है।AgNP-II और AgNP-III में, 10 mM NaCl जीटा क्षमता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित नहीं करता है क्योंकि उनका मान (AgNP-II) या नीचे (AgNP-III) -30 mV रहता है।NaCl सांद्रता को 50 mM और अंततः 150 mM NaCl तक बढ़ाना सभी नमूनों में ज़ेटा क्षमता के पूर्ण मूल्य को काफी कम करने के लिए पर्याप्त है, हालांकि बड़े कण अधिक नकारात्मक चार्ज बनाए रखते हैं।ये परिणाम AgNPs के अपेक्षित औसत हाइड्रोडायनामिक व्यास के अनुरूप हैं;10, 50, और 150 मिमी NaCl पर मापी गई Z औसत प्रवृत्ति रेखाएँ अलग-अलग, धीरे-धीरे बढ़ते हुए मान दिखाती हैं।अंत में, सभी तीन 150 मिमी प्रयोगों में माइक्रोन आकार के समुच्चय का पता लगाया गया।
चित्र 5 बढ़ते आकार (10 एनएम: AgNP-I, 20 एनएम: AgNP-II और 50 एनएम: AgNP-III) के साथ साइट्रेट-टर्मिनेटेड सिल्वर नैनोकणों के नमूने के गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन परिणाम औसत हाइड्रोडायनामिक व्यास (Z औसत) के रूप में व्यक्त किए गए हैं ) (दाएं) और ज़ेटा क्षमता (बाएं) विभिन्न NaCl सांद्रता के तहत 24 घंटों के भीतर बदल जाते हैं।
पूरक चित्र S2 में UV-Vis परिणाम दर्शाते हैं कि तीनों नमूनों में 50 और 150 mM NaCl के SPR में तात्कालिक और महत्वपूर्ण कमी आई है।इसे डीएलएस द्वारा समझाया जा सकता है, क्योंकि NaCl-आधारित एकत्रीकरण पीएच-निर्भर प्रयोगों की तुलना में तेजी से होता है, जिसे शुरुआती (0, 1.5 और 3 घंटे) मापों के बीच बड़े अंतर से समझाया जाता है।इसके अलावा, नमक की सघनता बढ़ने से प्रायोगिक माध्यम की सापेक्ष पारगम्यता में भी वृद्धि होगी, जिसका सतह प्लास्मोन प्रतिध्वनि पर गहरा प्रभाव पड़ेगा।29
NaCl के प्रभाव को चित्र 4 की मध्य पंक्ति में संक्षेपित किया गया है। सामान्य तौर पर, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि सोडियम क्लोराइड की सांद्रता बढ़ाने से अम्लता में वृद्धि के समान प्रभाव पड़ता है, क्योंकि Na+ आयनों में कार्बोक्सिलेट समूहों के आसपास समन्वय करने की प्रवृत्ति होती है, नकारात्मक जीटा क्षमता AgNPs को दबाना।इसके अलावा, 150 एमएम NaCl ने तीनों नमूनों में माइक्रोन-आकार के समुच्चय का उत्पादन किया, जो दर्शाता है कि शारीरिक इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता साइट्रेट-टर्मिनेटेड AgNPs की कोलाइडल स्थिरता के लिए हानिकारक है।समान AgNP प्रणालियों पर NaCl की महत्वपूर्ण संघनन सांद्रता (CCC) पर विचार करके, इन परिणामों को चतुराई से प्रासंगिक साहित्य में रखा जा सकता है।हुइन्ह एट अल.गणना की गई कि 71 एनएम के औसत व्यास के साथ साइट्रेट-टर्मिनेटेड सिल्वर नैनोकणों के लिए NaCl का सीसीसी 47.6 मिमी था, जबकि एल बदावी एट अल।देखा गया कि साइट्रेट कोटिंग के साथ 10 एनएम एजीएनपी का सीसीसी 70 एमएम था।10,16 इसके अलावा, लगभग 300 एमएम का महत्वपूर्ण उच्च सीसीसी हे एट अल द्वारा मापा गया था, जिसके कारण उनकी संश्लेषण विधि पहले उल्लिखित प्रकाशन से भिन्न थी।48 यद्यपि वर्तमान योगदान इन मूल्यों के व्यापक विश्लेषण के उद्देश्य से नहीं है, क्योंकि हमारी प्रायोगिक स्थितियाँ पूरे अध्ययन की जटिलता में बढ़ रही हैं, जैविक रूप से प्रासंगिक NaCl सांद्रता 50 mM, विशेष रूप से 150 mM NaCl, काफी अधिक प्रतीत होती है।प्रेरित जमावट, पाए गए मजबूत परिवर्तनों की व्याख्या करता है।
पोलीमराइज़ेशन प्रयोग में अगला चरण नैनोकण-बायोमोलेक्यूल इंटरैक्शन का अनुकरण करने के लिए सरल लेकिन जैविक रूप से प्रासंगिक अणुओं का उपयोग करना है।डीएलएस (आंकड़े 6 और 7) और यूवी-विज़ परिणाम (पूरक आंकड़े एस3 और एस4) के आधार पर, कुछ सामान्य निष्कर्षों पर जोर दिया जा सकता है।हमारी प्रायोगिक स्थितियों के तहत, अध्ययन किए गए अणु ग्लूकोज और ग्लूटामाइन किसी भी AgNP प्रणाली में एकत्रीकरण को प्रेरित नहीं करेंगे, क्योंकि Z-माध्य प्रवृत्ति संबंधित संदर्भ माप मूल्य से निकटता से संबंधित है।यद्यपि उनकी उपस्थिति एकत्रीकरण को प्रभावित नहीं करती है, प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि ये अणु AgNPs की सतह पर आंशिक रूप से अधिशोषित होते हैं।इस दृष्टिकोण का समर्थन करने वाला सबसे प्रमुख परिणाम प्रकाश अवशोषण में देखा गया परिवर्तन है।हालाँकि AgNP-I सार्थक तरंग दैर्ध्य या तीव्रता में परिवर्तन प्रदर्शित नहीं करता है, इसे बड़े कणों को मापकर अधिक स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है, जो कि पहले उल्लिखित अधिक ऑप्टिकल संवेदनशीलता के कारण सबसे अधिक संभावना है।सांद्रता के बावजूद, ग्लूकोज नियंत्रण माप की तुलना में 1.5 घंटे के बाद अधिक लाल बदलाव का कारण बन सकता है, जो AgNP-II में लगभग 40 एनएम और AgNP-III में लगभग 10 एनएम है, जो सतह इंटरैक्शन की घटना को साबित करता है।ग्लूटामाइन ने एक समान प्रवृत्ति दिखाई, लेकिन परिवर्तन इतना स्पष्ट नहीं था।इसके अलावा, यह भी उल्लेखनीय है कि ग्लूटामाइन मध्यम और बड़े कणों की पूर्ण ज़ेटा क्षमता को कम कर सकता है।हालाँकि, चूंकि ये ज़ेटा परिवर्तन एकत्रीकरण स्तर को प्रभावित नहीं करते हैं, इसलिए यह अनुमान लगाया जा सकता है कि ग्लूटामाइन जैसे छोटे जैव अणु भी कणों के बीच एक निश्चित डिग्री के स्थानिक प्रतिकर्षण प्रदान कर सकते हैं।
चित्र 6 बढ़ते आकार (10 एनएम: AgNP-I, 20 एनएम: AgNP-II और 50 एनएम: AgNP-III) के साथ साइट्रेट-टर्मिनेटेड सिल्वर नैनोकण नमूनों के गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन परिणाम औसत हाइड्रोडायनामिक व्यास (Z औसत) के रूप में व्यक्त किए जाते हैं। (दाएं) विभिन्न ग्लूकोज सांद्रता की बाहरी परिस्थितियों में, जीटा क्षमता (बाएं) 24 घंटों के भीतर बदल जाती है।
चित्र 7 बढ़ते आकार (10 एनएम: AgNP-I, 20 एनएम: AgNP-II और 50 एनएम: AgNP-III) के साथ साइट्रेट-टर्मिनेटेड सिल्वर नैनोकणों के नमूने के गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन परिणाम औसत हाइड्रोडायनामिक व्यास (Z औसत) के रूप में व्यक्त किए गए हैं ) (दाएं) ग्लूटामाइन की उपस्थिति में, ज़ेटा क्षमता (बाएं) 24 घंटों के भीतर बदल जाती है।
संक्षेप में, ग्लूकोज और ग्लूटामाइन जैसे छोटे बायोमोलेक्यूल्स मापी गई सांद्रता पर कोलाइडल स्थिरता को प्रभावित नहीं करते हैं: हालांकि वे जीटा क्षमता और यूवी-विज़ परिणामों को अलग-अलग डिग्री तक प्रभावित करते हैं, जेड औसत परिणाम सुसंगत नहीं होते हैं।यह इंगित करता है कि अणुओं की सतह सोखना इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण को रोकता है, लेकिन साथ ही आयामी स्थिरता प्रदान करता है।
पिछले परिणामों को पिछले परिणामों से जोड़ने और जैविक स्थितियों का अधिक कुशलता से अनुकरण करने के लिए, हमने कुछ सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले सेल कल्चर घटकों का चयन किया और उन्हें एजीएनपी कोलाइड्स की स्थिरता का अध्ययन करने के लिए प्रयोगात्मक स्थितियों के रूप में उपयोग किया।संपूर्ण इन विट्रो प्रयोग में, एक माध्यम के रूप में DMEM के सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक आवश्यक आसमाटिक स्थितियों को स्थापित करना है, लेकिन रासायनिक दृष्टिकोण से, यह 150 मिमी NaCl के समान कुल आयनिक शक्ति वाला एक जटिल नमक समाधान है। .40 एफबीएस के लिए, यह बायोमोलेक्यूल्स का एक जटिल मिश्रण है - मुख्य रूप से प्रोटीन - सतह सोखने के दृष्टिकोण से, इसमें ग्लूकोज और ग्लूटामाइन के प्रयोगात्मक परिणामों के साथ कुछ समानताएं हैं, रासायनिक संरचना और विविधता के बावजूद सेक्स बहुत अधिक जटिल है।19 डीएलएस और यूवी-क्रमशः चित्र 8 और पूरक चित्र एस5 में दिखाए गए दृश्यमान परिणामों को इन सामग्रियों की रासायनिक संरचना की जांच करके और पिछले अनुभाग में माप के साथ सहसंबंधित करके समझाया जा सकता है।
चित्र 8 बढ़ते आकार (10 एनएम: AgNP-I, 20 एनएम: AgNP-II और 50 एनएम: AgNP-III) के साथ साइट्रेट-टर्मिनेटेड सिल्वर नैनोकणों के नमूने के गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन परिणाम औसत हाइड्रोडायनामिक व्यास (Z औसत) के रूप में व्यक्त किए गए हैं ) (दाएं) सेल कल्चर घटकों डीएमईएम और एफबीएस की उपस्थिति में, जीटा क्षमता (बाएं) 24 घंटों के भीतर बदल जाती है।
DMEM में विभिन्न आकारों के AgNPs के तनुकरण का कोलाइडल स्थिरता पर वैसा ही प्रभाव पड़ता है जैसा उच्च NaCl सांद्रता की उपस्थिति में देखा जाता है।50 वी/वी% डीएमईएम में एजीएनपी के फैलाव से पता चला कि ज़ेटा क्षमता और जेड-औसत मूल्य में वृद्धि और एसपीआर तीव्रता में तेज कमी के साथ बड़े पैमाने पर एकत्रीकरण का पता चला था।यह ध्यान देने योग्य है कि 24 घंटों के बाद डीएमईएम द्वारा प्रेरित अधिकतम समुच्चय आकार प्राइमर नैनोकणों के आकार के व्युत्क्रमानुपाती होता है।
एफबीएस और एजीएनपी के बीच परस्पर क्रिया ग्लूकोज और ग्लूटामाइन जैसे छोटे अणुओं की उपस्थिति में देखी गई बातचीत के समान है, लेकिन प्रभाव अधिक मजबूत होता है।कणों का Z औसत अप्रभावित रहता है, जबकि जीटा क्षमता में वृद्धि का पता लगाया जाता है।एसपीआर शिखर में थोड़ी सी लाल शिफ्ट दिखाई दी, लेकिन शायद अधिक दिलचस्प बात यह है कि एसपीआर की तीव्रता नियंत्रण माप में उतनी महत्वपूर्ण रूप से कम नहीं हुई।इन परिणामों को नैनोकणों की सतह पर मैक्रोमोलेक्यूल्स के जन्मजात सोखना (चित्रा 4 में नीचे की पंक्ति) द्वारा समझाया जा सकता है, जिसे अब शरीर में बायोमोलेक्यूलर कोरोना के गठन के रूप में समझा जाता है।49