Javascript saiki dipateni ing browser sampeyan.Nalika javascript dipateni, sawetara fungsi situs web iki ora bakal bisa digunakake.
Ndhaftar rincian tartamtu lan obatan tartamtu saka kapentingan, lan kita bakal cocog informasi sing nyedhiyani karo artikel ing database ekstensif kita lan ngirim salinan PDF liwat email ing proses pas wektune.
Apa nanopartikel sing luwih cilik mesthi luwih apik?Ngerteni efek biologi saka agregasi gumantung ukuran nanopartikel perak ing kahanan sing cocog karo biologi
Pengarang: Bélteky P, Rónavári A, Zakupszky D, Boka E, Igaz N, Szerencsés B, Pfeiffer I, Vágvölgyi C, Kiricsi M, Kónya Z
Péter Bélteky,1,* Andrea Rónavári,1,* Dalma Zakupszky,1 Eszter Boka,1 Nóra Igaz,2 Bettina Szerencsés,3 Ilona Pfeiffer,3 Csaba Vágvölgyi,3 Mónika Kiricsi of Environmental Chemistry, Science and Hungary Informatics. , Universitas Szeged;2 Departemen Biokimia lan Biologi Molekuler, Fakultas Ilmu lan Informasi, Universitas Szeged, Hongaria;3 Departemen Mikrobiologi, Fakultas Ilmu lan Informasi, Universitas Szeged, Hongaria;4MTA-SZTE Reaction Kinetics and Surface Chemistry Research Group, Szeged, Hongaria* Penulis iki padha nyumbang kanggo karya iki.Komunikasi: Zoltán Kónya Departemen Kimia Terapan lan Lingkungan, Fakultas Sains lan Informatika, Universitas Szeged, Rerrich Square 1, Szeged, H-6720, Hungaria Telpon +36 62 544620 Email [Perlindhungan email] Tujuan: Nanopartikel perak (AgNPs) yaiku salah sawijining nanomaterial sing paling umum diteliti, utamane amarga aplikasi biomedis.Nanging, amarga agregasi nanopartikel, sitotoksisitas lan aktivitas antibakteri sing apik banget asring dikompromi ing media biologis.Ing karya iki, prilaku agregasi lan aktivitas biologi sing gegandhengan karo telung sampel nanopartikel perak sing diakhiri sitrat kanthi diameter rata-rata 10, 20, lan 50 nm diteliti.Cara: Gunakake mikroskop elektron transmisi kanggo nyintesis lan menehi ciri nanopartikel, ngevaluasi prilaku agregasi ing macem-macem nilai pH, NaCl, glukosa lan konsentrasi glutamin kanthi panyebaran cahya dinamis lan spektroskopi sing katon ultraviolet.Kajaba iku, ing komponen medium kultur sel kayata Dulbecco nambah prilaku agregasi ing Eagle Medium lan Fetal Calf Serum.Asil: Asil nuduhake yen pH asam lan kandungan elektrolit fisiologis umume nyebabake agregasi skala mikron, sing bisa dimediasi dening pembentukan korona biomolekul.Wigati dicathet yen partikel sing luwih gedhe nuduhake resistensi sing luwih dhuwur kanggo pengaruh eksternal tinimbang mitra sing luwih cilik.Sitotoksisitas in vitro lan tes antibakteri ditindakake kanthi ngobati sel kanthi agregat nanopartikel ing tahap agregasi sing beda.Kesimpulan: Asil kita nuduhake korélasi sing jero antara stabilitas koloid lan keracunan AgNPs, amarga agregasi ekstrem nyebabake mundhut aktivitas biologis.Tingkat anti-agregasi sing luwih dhuwur sing diamati kanggo partikel sing luwih gedhe nduweni pengaruh sing signifikan marang keracunan in vitro, amarga conto kasebut nahan aktivitas sel antimikroba lan mamalia luwih akeh.Temuan kasebut nyebabake kesimpulan yen, senadyan pendapat umum ing literatur sing relevan, nargetake nanopartikel sing paling cilik bisa uga ora dadi tindakan sing paling apik.Kata kunci: pertumbuhan sing dimediasi wiji, stabilitas koloid, prilaku agregasi gumantung ukuran, toksisitas karusakan agregasi
Amarga panjaluk lan output nanomaterial terus saya tambah, perhatian luwih akeh kanggo biosafety utawa aktivitas biologis.Nanopartikel perak (AgNPs) minangka salah sawijining wakil sing paling umum disintesis, diteliti lan digunakake saka bahan kelas iki amarga sifat katalitik, optik lan biologi sing apik banget.1 Umume dipercaya manawa karakteristik unik saka nanomaterials (kalebu AgNPs) utamane amarga area permukaan spesifik sing gedhe.Mulane, masalah sing ora bisa ditindakake yaiku proses apa wae sing mengaruhi fitur kunci iki, kayata ukuran partikel, lapisan permukaan Utawa agregasi, manawa bakal ngrusak properti nanopartikel sing kritis kanggo aplikasi tartamtu.
Efek ukuran partikel lan stabilisator minangka subyek sing wis didokumentasikan kanthi relatif apik ing literatur.Contone, tampilan sing umum ditampa yaiku nanopartikel sing luwih cilik luwih beracun tinimbang nanopartikel sing luwih gedhe.2 Konsisten karo literatur umum, panliten sadurunge wis nuduhake aktivitas nanosilver gumantung ukuran ing sel mamalia lan mikroorganisme.3- 5 Lapisan lumahing minangka atribut liyane sing nduweni pengaruh sing wiyar marang sifat nanomaterial.Mung kanthi nambah utawa ngowahi stabilisator ing permukaane, nanomaterial sing padha bisa uga duwe sifat fisik, kimia, lan biologi sing beda banget.Aplikasi saka agen capping paling asring dileksanakake minangka bagéan saka sintesis nanopartikel.Contone, nanopartikel perak sing diakhiri sitrat minangka salah sawijining AgNP sing paling relevan ing riset, sing disintesis kanthi nyuda uyah perak ing larutan stabilisator sing dipilih minangka medium reaksi.6 Sitrat bisa gampang njupuk kauntungan saka biaya murah, kasedhiyan, biokompatibilitas, lan karemenan kuwat kanggo salaka, kang bisa dibayangke ing macem-macem interaksi ngajokaken, saka adsorpsi lumahing reversibel kanggo interaksi ion.Molekul cilik lan ion poliatomik sing cedhak karo 7,8, kayata sitrat, polimer, polielektrolit, lan agen biologi uga umum digunakake kanggo nyetabilake nano-perak lan nindakake fungsionalisasi unik.9-12
Senadyan kamungkinan ngowahi aktivitas nanopartikel kanthi tutup permukaan sing disengaja minangka area sing menarik banget, peran utama lapisan permukaan iki bisa diabaikan, nyedhiyakake stabilitas koloid kanggo sistem nanopartikel.Wilayah permukaan khusus nanomaterial sing gedhe bakal ngasilake energi permukaan sing gedhe, sing ngalangi kemampuan termodinamika sistem kanggo nggayuh energi minimal.13 Tanpa stabilisasi sing tepat, iki bisa nyebabake aglomerasi nanomaterial.Agregasi yaiku pambentukan agregat partikel saka macem-macem wujud lan ukuran sing kedadeyan nalika partikel sing kasebar ketemu lan interaksi termodinamika saiki ngidini partikel kasebut saling adhep-adhepan.Mulane, stabilisator digunakake kanggo nyegah agregasi kanthi ngenalake gaya tolak sing cukup gedhe ing antarane partikel kanggo nglawan daya tarik termodinamika.14
Senadyan subyek ukuran partikel lan jangkoan permukaan wis ditliti kanthi lengkap ing konteks regulasi aktivitas biologis sing dipicu dening nanopartikel, agregasi partikel minangka wilayah sing umume diabaikan.Ana meh ora ana studi pepek kanggo ngatasi stabilitas koloid nanopartikel ing kahanan biologis cocog.10,15-17 Kajaba iku, kontribusi iki arang banget, ing ngendi keracunan sing ana gandhengane karo agregasi uga wis diteliti, sanajan bisa nyebabake reaksi ala, kayata trombosis vaskular, utawa ilang karakteristik sing dikarepake, kayata keracunan, ditampilake ing Figure 1.18, 19 ditampilake.Nyatane, salah siji saka sawetara mekanisme resistensi nanopartikel perak sing dikawruhi ana hubungane karo agregasi, amarga galur E. coli lan Pseudomonas aeruginosa tartamtu dilaporake nyuda sensitivitas nano-perak kanthi nyatakake flagellin protein, flagellin.Nduweni afinitas sing dhuwur kanggo salaka, saéngga nyebabake agregasi.20
Ana sawetara mekanisme beda sing ana gandhengane karo keracunan nanopartikel perak, lan agregasi mengaruhi kabeh mekanisme kasebut.Cara sing paling dibahas babagan aktivitas biologis AgNP, kadhangkala disebut mekanisme "Kuda Trojan", nganggep AgNP minangka operator Ag +.1,21 Mekanisme jaran Trojan bisa njamin paningkatan konsentrasi Ag + lokal, sing ndadékaké generasi ROS lan depolarisasi membran.22-24 Agregasi bisa nyebabake pelepasan Ag+, saengga nyebabake keracunan, amarga nyuda permukaan aktif sing efektif ing ngendi ion perak bisa dioksidasi lan larut.Nanging, AgNPs ora mung bakal nuduhake keracunan liwat release ion.Akeh ukuran lan interaksi sing gegandhengan karo morfologi kudu dianggep.Ing antarane, ukuran lan wujud permukaan nanopartikel minangka ciri sing nemtokake.4,25 Koleksi mekanisme kasebut bisa dikategorikake minangka "mekanisme keracunan sing diinduksi."Ana potensial akeh reaksi mitokondria lan membran permukaan sing bisa ngrusak organel lan nyebabake pati sel.25-27 Amarga pambentukan agregat kanthi alami mengaruhi ukuran lan wujud obyek sing ngemot perak sing diakoni dening sistem urip, interaksi kasebut uga bisa kena pengaruh.
Ing makalah sadurunge babagan pengumpulan nanopartikel perak, kita nuduhake prosedur screening efektif sing kalebu eksperimen biologi kimia lan in vitro kanggo nyinaoni masalah iki.19 Dynamic Light Scattering (DLS) minangka teknik sing disenengi kanggo jinis inspeksi iki amarga materi kasebut bisa nyebar foton kanthi dawa gelombang sing bisa dibandhingake karo ukuran partikel.Wiwit kacepetan gerakan Brownian partikel ing medium cair ana hubungane karo ukuran, owah-owahan intensitas cahya sing kasebar bisa digunakake kanggo nemtokake diameter hidrodinamika rata-rata (Z-mean) saka sampel cairan.28 Kajaba iku, kanthi ngetrapake voltase menyang sampel, potensial zeta (ζ potensial) saka nanopartikel bisa diukur padha karo nilai rata-rata Z.13,28 Yen nilai absolut potensial zeta cukup dhuwur (miturut pedoman umum> ± 30 mV), bakal ngasilake tolak elektrostatik sing kuat ing antarane partikel kanggo nglawan agregasi.Resonansi plasmon permukaan karakteristik (SPR) minangka fenomena optik unik, utamane amarga nanopartikel logam mulia (utamane Au lan Ag).Adhedhasar osilasi elektronik (plasmon permukaan) saka bahan kasebut ing skala nano, dimangerteni manawa AgNPs sferis duwe puncak panyerepan UV-Vis sing cedhak karo 400 nm.30 Intensitas lan owah-owahan dawa gelombang partikel digunakake kanggo nambah asil DLS, amarga cara iki bisa digunakake kanggo ndeteksi agregasi nanopartikel lan adsorpsi permukaan biomolekul.
Adhedhasar informasi sing dipikolehi, tes viabilitas sel (MTT) lan antibakteri ditindakake kanthi cara ing ngendi keracunan AgNP diterangake minangka fungsi tingkat agregasi, tinimbang (faktor sing paling umum digunakake) konsentrasi nanopartikel.Cara unik iki ngidini kita nduduhake pentinge tingkat agregasi ing aktivitas biologis, amarga, contone, AgNP sing diakhiri sitrat rampung ilang aktivitas biologis sajrone sawetara jam amarga agregasi.19
Ing karya saiki, kita ngarahake nggedhekake kontribusi sadurunge babagan stabilitas koloid sing ana hubungane karo bio lan pengaruhe ing aktivitas biologis kanthi nyinaoni efek ukuran nanopartikel ing agregasi nanopartikel.Iki mesthine minangka salah sawijining studi babagan nanopartikel.Perspektif sing luwih dhuwur lan 31 Kanggo neliti masalah iki, metode pertumbuhan sing dimediasi wiji digunakake kanggo ngasilake AgNP sing diakhiri sitrat ing telung ukuran ukuran sing beda (10, 20, lan 50 nm).6,32 minangka salah sawijining cara sing paling umum.Kanggo nanomaterials sing digunakake sacara umum lan rutin ing aplikasi medis, AgNP sing diakhiri sitrat kanthi ukuran sing beda-beda dipilih kanggo nyinaoni katergantungan ukuran sing bisa ditrapake saka sifat biologis nanosilver sing gegandhengan karo agregasi.Sawise nyintesis AgNPs kanthi ukuran sing beda-beda, kita menehi ciri sampel sing diasilake kanthi mikroskop elektron transmisi (TEM), lan banjur mriksa partikel nggunakake prosedur screening kasebut.Kajaba iku, ing ngarsane kultur sel in vitro Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) lan Fetal Bovine Serum (FBS), prilaku agregasi gumantung ukuran lan prilaku kasebut dievaluasi ing macem-macem nilai pH, NaCl, glukosa, lan konsentrasi glutamin.Karakteristik sitotoksisitas ditemtokake ing kahanan sing komprehensif.Konsensus ilmiah nuduhake yen umume, partikel sing luwih cilik luwih disenengi;diselidiki kita menehi platform kimia lan biologi kanggo nemtokake apa iki cilik.
Telung nanopartikel perak kanthi kisaran ukuran sing beda-beda disiapake kanthi metode pertumbuhan sing dimediasi wiji sing diusulake dening Wan et al., kanthi penyesuaian tipis.6 Cara iki adhedhasar reduksi kimia, nggunakake perak nitrat (AgNO3) minangka sumber perak, natrium borohidrida (NaBH4) minangka reduktor, lan natrium sitrat minangka stabilisator.Kaping pisanan, nyiyapake 75 mL larutan sitrat 9 mM saka sodium sitrat dihidrat (Na3C6H5O7 x 2H2O) lan panas nganti 70°C.Banjur, 2 mL 1% w / v larutan AgNO3 ditambahake ing medium reaksi, banjur larutan natrium borohidrida sing anyar disiapake (2 mL 0,1% w / v) diwutahake menyang campuran kanthi tetes.Suspensi kuning-coklat sing diasilake disimpen ing 70 ° C kanthi aduk kanthi kuat sajrone 1 jam, banjur didinginake nganti suhu kamar.Sampel sing diasilake (disebut AgNP-I wiwit saiki) digunakake minangka basis kanggo pertumbuhan sing dimediasi wiji ing langkah sintesis sabanjure.
Kanggo sintesis suspensi partikel ukuran medium (dilambangake minangka AgNP-II), panas 90 mL 7,6 mM larutan sitrat nganti 80 ° C, nyampur karo 10 mL AgNP-I, banjur nyampur 2 mL 1% w/v larutan AgNO3. Ditahan ing aduk mekanik sing kuat sajrone 1 jam, banjur sampel didinginake nganti suhu kamar.
Kanggo partikel paling gedhe (AgNP-III), baleni proses pertumbuhan sing padha, nanging ing kasus iki, gunakake 10 mL AgNP-II minangka suspensi wiji.Sawise sampel tekan suhu kamar, padha nyetel konsentrasi Ag nominal adhedhasar total isi AgNO3 kanggo 150 ppm kanthi nambah utawa nguap pelarut tambahan ing 40 ° C, lan pungkasanipun nyimpen ing 4 ° C nganti digunakake luwih.
Gunakake FEI Tecnai G2 20 X-Twin Transmission Electron Microscope (TEM) (Fei Corporate Headquarters, Hillsboro, Oregon, USA) kanthi voltase akselerasi 200 kV kanggo mriksa karakteristik morfologi nanopartikel lan njupuk pola difraksi elektron (ED).Paling ora 15 gambar perwakilan (~ 750 partikel) dievaluasi nggunakake paket piranti lunak ImageJ, lan histogram sing diasilake (lan kabeh grafik ing kabeh panliten) digawe ing OriginPro 2018 (OriginLab, Northampton, MA, USA) 33, 34.
Dhiameter hidrodinamik rata-rata (Z-rata-rata), potensial zeta (ζ-potensial) lan resonansi plasmon permukaan karakteristik (SPR) saka sampel diukur kanggo nggambarake sifat koloid awal.Dhiameter hidrodinamika rata-rata lan potensial zeta saka sampel diukur nganggo instrumen Malvern Zetasizer Nano ZS (Instrumen Malvern, Malvern, UK) kanthi nggunakake sel kapiler sing dilipat ing 37 ± 0,1 ° C.Ocean Optik 355 DH-2000-BAL spektrofotometer UV-Vis (Halma PLC, Largo, FL, USA) digunakake kanggo njupuk karakteristik SPR karakteristik saka spektrum panyerepan UV-Vis saka conto ing sawetara 250-800 nm.
Sajrone kabeh eksperimen, telung jinis pangukuran sing ana gandhengane karo stabilitas koloid ditindakake bebarengan.Gunakake DLS kanggo ngukur diameter hidrodinamika rata-rata (rata-rata Z) lan potensial zeta (potensial ζ) saka partikel, amarga rata-rata Z ana hubungane karo ukuran rata-rata agregat nanopartikel, lan potensial zeta nuduhake manawa tolak elektrostatik ing sistem kasebut. cukup kuwat kanggo ngimbangi daya tarik Van der Waals antarane nanopartikel.Pangukuran digawe ing rangkap tiga, lan standar deviasi rata-rata Z lan potensial zeta diwilang dening piranti lunak Zetasizer.Spektrum SPR karakteristik partikel dievaluasi kanthi spektroskopi UV-Vis, amarga owah-owahan intensitas puncak lan dawa gelombang bisa nunjukake agregasi lan interaksi permukaan.29,35 Nyatane, resonansi plasmon permukaan ing logam mulia duwe pengaruh banget sing nyebabake metode analisis biomolekul anyar.29,36,37 Konsentrasi AgNPs ing campuran eksperimen kira-kira 10 ppm, lan tujuane kanggo nyetel intensitas panyerepan SPR awal maksimum kanggo 1. Eksperimen ditindakake kanthi cara gumantung wektu ing 0;1.5;3;6;12 lan 24 jam ing macem-macem kahanan biologis.Rincian liyane babagan eksperimen bisa dideleng ing karya sadurunge.19 Singkatipun, macem-macem nilai pH (3; 5; 7.2 lan 9), beda natrium klorida (10 mM; 50 mM; 150 mM), glukosa (3.9 mM; 6.7 mM) lan konsentrasi glutamin (4 mM), lan uga nyiapake Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) lan Fetal Bovine Serum (FBS) (ing banyu lan DMEM) minangka sistem model, lan nyinaoni efek ing prilaku agregasi nanopartikel perak sing disintesis.pH Nilai, NaCl, glukosa, lan glutamin dievaluasi adhedhasar konsentrasi fisiologis, dene jumlah DMEM lan FBS padha karo tingkat sing digunakake ing kabeh eksperimen in vitro.38-42 Kabeh pangukuran ditindakake ing pH 7,2 lan 37 ° C kanthi konsentrasi uyah latar mburi konstan 10 mM NaCl kanggo ngilangi interaksi partikel jarak adoh (kajaba kanggo eksperimen sing gegandhengan karo pH lan NaCl, ing ngendi atribut kasebut minangka variabel ing ngisor iki. sinau).28 Dhaptar macem-macem kahanan diringkes ing Tabel 1. Eksperimen sing ditandhani karo † digunakake minangka referensi lan cocog karo sampel sing ngemot 10 mM NaCl lan pH 7,2.
Garis sel kanker prostat manungsa (DU145) lan keratinosit manungsa sing diabadi (HaCaT) dijupuk saka ATCC (Manassas, VA, USA).Sel dibudidaya kanthi rutin ing Eagle medium essential minimum Dulbecco (DMEM) sing ngemot 4,5 g / L glukosa (Sigma-Aldrich, Saint Louis, MO, USA), ditambah karo 10% FBS, 2 mM L-glutamin, 0,01 % Streptomycin lan 0,005% Penisilin (Sigma-Aldrich, St. Louis, Missouri, AS).Sèl kasebut dibudidaya ing inkubator 37 ° C ing ngisor 5% CO2 lan kelembapan 95%.
Kanggo njelajah owah-owahan ing sitotoksisitas AgNP sing disebabake dening agregasi partikel kanthi cara sing gumantung ing wektu, uji MTT rong langkah ditindakake.Kaping pisanan, daya tahan rong jinis sel diukur sawise perawatan karo AgNP-I, AgNP-II lan AgNP-III.Kanggo tujuan iki, rong jinis sel kasebut diselehake ing piring 96 sumur kanthi kapadhetan 10.000 sel / sumur lan diobati kanthi telung ukuran nanopartikel perak kanthi nambah konsentrasi ing dina kapindho.Sawise 24 jam perawatan, sel kasebut dicuci nganggo PBS lan diinkubasi nganggo reagen MTT 0,5 mg / mL (SERVA, Heidelberg, Jerman) diencerake ing medium kultur sajrone 1 jam ing 37 ° C.Kristal Formazan dibubarake ing DMSO (Sigma-Aldrich, Saint Louis, MO, USA), lan panyerepan diukur ing 570 nm nggunakake pembaca piring Synergy HTX (BioTek-Hungary, Budapest, Hongaria).Nilai panyerepan saka sampel kontrol sing ora diobati dianggep minangka tingkat kelangsungan hidup 100%.Nindakake paling ora 3 eksperimen nggunakake papat replika biologis independen.IC50 diitung saka kurva respon dosis adhedhasar asil vitalitas.
Banjur, ing langkah kapindho, kanthi inkubasi partikel kanthi 150 mM NaCl kanggo wektu sing beda-beda (0, 1,5, 3, 6, 12, lan 24 jam) sadurunge perawatan sel, negara agregasi beda nanopartikel perak diprodhuksi.Sabanjure, uji MTT sing padha ditindakake kaya sing diterangake sadurunge kanggo ngevaluasi owah-owahan ing viabilitas sel sing kena pengaruh agregasi partikel.Gunakake GraphPad Prism 7 kanggo ngevaluasi asil pungkasan, ngitung signifikansi statistik eksperimen kanthi t-test sing ora dipasangake, lan tandhani levele minangka * (p ≤ 0,05), ** (p ≤ 0,01), *** (p ≤ 0,001 ) Lan **** (p ≤ 0,0001).
Telung ukuran nanopartikel perak (AgNP-I, AgNP-II lan AgNP-III) digunakake kanggo kerentanan antibakteri kanggo Cryptococcus neoformans IFM 5844 (IFM; Pusat Riset kanggo Jamur Patogen lan Toksikologi Mikroba, Universitas Chiba) lan Bacillus Test megaterium SZMC 6031 (SZMC: Koleksi Mikrobiologi Szeged) lan E. coli SZMC 0582 ing RPMI 1640 medium (Sigma-Aldrich Co.).Kanggo ngevaluasi owah-owahan aktivitas antibakteri sing disebabake dening agregasi partikel, pisanan, konsentrasi hambat minimal (MIC) ditemtokake kanthi microdilution ing piring mikrotiter 96 sumur.Kanggo 50 μL saka suspensi sel standar (5 × 104 sel / mL ing RPMI 1640 medium), nambah 50 μL saka suspensi nanopartikel perak lan serially dilute kaping pindho konsentrasi (ing medium kasebut, kisaran 0 lan 75 ppm, Yaiku, sampel kontrol ngandhut 50 μL suspensi sel lan 50 μL medium tanpa nanopartikel).Sawisé iku, piring kasebut diinkubasi ing 30 ° C suwene 48 jam, lan kapadhetan optik saka kultur diukur ing 620 nm nggunakake maca piring Nano SPECTROstar (BMG LabTech, Offenburg, Jerman).Eksperimen kasebut ditindakake kaping telu kanthi rangkep.
Kajaba yen 50 μL sampel nanopartikel agregat tunggal digunakake ing wektu iki, prosedur sing padha kaya sing diterangake sadurunge digunakake kanggo mriksa efek agregasi ing aktivitas antibakteri ing galur kasebut.Negara agregasi sing beda saka nanopartikel perak diprodhuksi dening inkubasi partikel kanthi 150 mM NaCl kanggo wektu sing beda (0, 1,5, 3, 6, 12, lan 24 jam) sadurunge pangolahan sel.Suspensi sing ditambah karo 50 μL medium RPMI 1640 digunakake minangka kontrol wutah, nalika kanggo ngontrol keracunan, suspensi karo nanopartikel non-agregat digunakake.Eksperimen kasebut ditindakake kaping telu kanthi rangkep.Gunakake GraphPad Prism 7 kanggo ngevaluasi asil pungkasan maneh, nggunakake analisis statistik sing padha karo analisis MTT.
Tingkat agregasi partikel paling cilik (AgNP-I) wis ditondoi, lan asil sebagian diterbitake ing karya sadurunge, nanging kanggo perbandingan sing luwih apik, kabeh partikel disaring kanthi teliti.Data eksperimen dikumpulake lan dirembug ing bagean ngisor iki.Telung ukuran AgNP.19
Pangukuran sing ditindakake dening TEM, UV-Vis lan DLS verifikasi sukses sintesis kabeh sampel AgNP (Gambar 2A-D).Miturut baris pisanan Gambar 2, partikel paling cilik (AgNP-I) nuduhake morfologi bola seragam kanthi diameter rata-rata watara 10 nm.Cara wutah sing dimediasi wiji uga nyedhiyakake AgNP-II lan AgNP-III kanthi kisaran ukuran sing beda-beda kanthi diameter partikel rata-rata kira-kira 20 nm lan 50 nm.Miturut panyimpangan standar distribusi partikel, ukuran telung conto ora tumpang tindih, sing penting kanggo analisis komparatif.Kanthi mbandingaken rasio aspek rata-rata lan rasio thinness saka proyeksi 2D partikel basis TEM, iku dianggep sing sphericity saka partikel wis mandhiri dening ImageJ kang wangun Filter plug-in (Figure 2E).43 Miturut analisis wujud partikel, rasio aspek (sisih gedhe / sisih cendhak persegi dowo paling cilik) ora kena pengaruh pertumbuhan partikel, lan rasio ketipisan (luas sing diukur saka bunder sampurna / area teoritis sing cocog. ) mboko sithik suda.Iki nyebabake partikel polyhedral luwih akeh, sing téori bunder sampurna, cocog karo rasio ketipisan 1.
Gambar 2 Gambar mikroskop elektron transmisi (TEM) (A), pola difraksi elektron (ED) (B), histogram distribusi ukuran (C), spektrum serapan cahaya ultraviolet-visible (UV-Vis) karakteristik (D), lan cairan rata-rata Sitrat nanopartikel perak sing diakhiri kanthi diameter mekanik (Z-rata-rata), potensial zeta, rasio aspek lan rasio kekandelan (E) duwe telung kisaran ukuran sing beda: AgNP-I yaiku 10 nm (baris ndhuwur), AgNP -II yaiku 20 nm (baris tengah). ), AgNP-III (baris ngisor) yaiku 50 nm.
Senajan sifat siklik saka cara wutah mengaruhi wangun partikel kanggo sawetara ombone, asil ing sphericity cilik saka AgNPs luwih gedhe, kabeh telung conto tetep quasi-spherical.Kajaba iku, kaya sing dituduhake ing pola difraksi elektron ing Gambar 2B, nano Kristalinitas partikel ora kena pengaruh.Dering difraksi sing misuwur - sing bisa digandhengake karo indeks (111), (220), (200), lan (311) Miller perak - konsisten banget karo literatur ilmiah lan kontribusi kita sadurunge.9, 19,44 Fragmentasi dering Debye-Scherrer saka AgNP-II lan AgNP-III amarga kasunyatan sing gambar ED dijupuk ing magnification padha, supaya ukuran partikel mundhak, jumlah partikel difraksi saben. area unit mundhak lan suda.
Ukuran lan wangun nanopartikel dikenal kanggo mengaruhi aktivitas biologi.3,45 Aktivitas katalitik lan biologi sing gumantung saka wangun bisa diterangake kanthi kasunyatan manawa wujud sing beda-beda cenderung ngembangake pasuryan kristal tartamtu (duwe indeks Miller sing beda), lan pasuryan kristal kasebut nduweni aktivitas sing beda.45,46 Wiwit partikel sing disiapake nyedhiyakake asil ED sing padha karo karakteristik kristal sing padha, bisa dianggep yen ing stabilitas koloid lan eksperimen aktivitas biologis sabanjure, prabédan sing diamati kudu digandhengake karo ukuran Nanopartikel, dudu sifat sing gegandhengan karo wangun.
Asil UV-Vis sing dirangkum ing Figure 2D luwih nandheske sifat spherical sing akeh banget saka AgNP sing disintesis, amarga puncak SPR saka kabeh telung conto watara 400 nm, sing minangka nilai karakteristik nanopartikel perak bunder.29,30 Spektrum sing dijupuk uga ngonfirmasi pertumbuhan nanosilver sing dimediasi wiji sing sukses.Nalika ukuran partikel mundhak, dawa gelombang cocog kanggo panyerepan cahya maksimum AgNP-II-luwih pinunjul-Miturut literatur, AgNP-III ngalami redshift.6,29
Babagan stabilitas koloid awal sistem AgNP, DLS digunakake kanggo ngukur diameter hidrodinamik rata-rata lan potensial zeta partikel ing pH 7,2.Asil sing digambarake ing Gambar 2E nuduhake yen AgNP-III nduweni stabilitas koloid sing luwih dhuwur tinimbang AgNP-I utawa AgNP-II, amarga pedoman umum nuduhake yen potensial zeta 30 mV mutlak perlu kanggo stabilitas koloid jangka panjang Temuan iki luwih didhukung nalika nilai rata-rata Z (dipikolehi minangka diameter hidrodinamika rata-rata partikel bebas lan agregat) dibandhingake karo ukuran partikel utami sing dipikolehi dening TEM, amarga luwih cedhak karo loro nilai kasebut, luwih entheng gelar Gather ing sampel.Nyatane, rata-rata Z saka AgNP-I lan AgNP-II cukup luwih dhuwur tinimbang ukuran partikel sing dievaluasi TEM utama, mula dibandhingake karo AgNP-III, conto iki diprediksi luwih cenderung agregat, ing ngendi potensial zeta negatif banget. diiringi ukuran cedhak Nilai rata-rata Z.
Panjelasan babagan fenomena iki bisa dadi loro.Ing sisih siji, konsentrasi sitrat dijaga ing tingkat sing padha ing kabeh langkah sintesis, nyedhiyakake jumlah klompok permukaan sing cukup dhuwur kanggo nyegah area permukaan spesifik partikel sing tuwuh.Nanging, miturut Levak et al., molekul cilik kaya sitrat bisa gampang diijolke dening biomolekul ing lumahing nanopartikel.Ing kasus iki, stabilitas koloid bakal ditemtokake dening korona biomolekul sing diasilake.31 Amarga prilaku iki uga diamati ing pangukuran agregasi kita (dibahas luwih rinci mengko), citrate capping piyambak ora bisa nerangake fenomena iki.
Ing sisih liya, ukuran partikel berbanding terbalik karo kecenderungan agregasi ing tingkat nanometer.Iki utamané didhukung dening cara tradisional Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO), ing ngendi daya tarik partikel diterangake minangka jumlah gaya atraktif lan repulsive antarane partikel.Miturut He et al., Nilai maksimum kurva energi DLVO suda karo ukuran nanopartikel ing nanopartikel hematite, nggawe luwih gampang kanggo nggayuh energi utami minimal, mangkono mromosiaken irreversible aggregation (kondensasi).47 Nanging, ana spekulasi manawa ana aspek liyane sing ngluwihi watesan teori DLVO.Senajan van der Waals gravitasi lan elektrostatik dobel-lapisan repulsion padha karo nambah ukuran partikel, review dening Hotze et al.ngusulake sing duwe efek kuwat ing kumpulan saka DLVO ngidini.14 Dheweke percaya manawa lengkungan permukaan nanopartikel ora bisa ditaksir maneh minangka permukaan sing rata, saengga estimasi matematika ora bisa ditrapake.Kajaba iku, nalika ukuran partikel suda, persentase atom sing ana ing permukaan dadi luwih dhuwur, sing nyebabake struktur elektronik lan prilaku muatan permukaan.Lan owah-owahan reaktivitas lumahing, kang bisa mimpin kanggo nyuda ing daya ing lapisan pindho listrik lan ningkataké agregasi.
Nalika mbandhingake asil DLS saka AgNP-I, AgNP-II, lan AgNP-III ing Figure 3, kita mirsani yen kabeh telung conto nuduhake pH sing padha nyebabake agregasi.Lingkungan asam banget (pH 3) ngowahi potensial zeta saka sampel dadi 0 mV, nyebabake partikel mbentuk agregat ukuran mikron, dene pH alkalin ngowahi potensial zeta menyang nilai negatif sing luwih gedhe, ing ngendi partikel kasebut mbentuk agregat sing luwih cilik (pH 5). ).Lan 7.2) ), utawa tetep ora dikumpulake (pH 9).Sawetara beda penting antarane sampel beda uga diamati.Sajrone eksperimen, AgNP-I mbuktekake minangka sing paling sensitif marang owah-owahan potensial zeta sing diakibatake pH, amarga potensial zeta partikel kasebut wis suda ing pH 7,2 dibandhingake karo pH 9, dene AgNP-II lan AgNP-III mung nuduhake A owah-owahan owahan ing ζ watara pH 3. Kajaba iku, AgNP-II nuduhake owah-owahan luwih alon lan potensial zeta moderat, nalika AgNP-III nuduhake prilaku mildest saka telu, amarga sistem nuduhake nilai zeta absolut paling dhuwur lan gerakan tren alon, nuduhake AgNP-III Paling tahan kanggo agregasi pH-induced.Asil kasebut konsisten karo asil pangukuran diameter hidrodinamik rata-rata.Ngelingi ukuran partikel primer, AgNP-I nuduhake agregasi bertahap sing konstan ing kabeh nilai pH, kemungkinan amarga latar mburi NaCl 10 mM, dene AgNP-II lan AgNP-III mung nuduhake signifikan ing pH 3 Of gathering.Bentenane sing paling menarik yaiku sanajan ukuran nanopartikel gedhe, AgNP-III mbentuk agregat paling cilik ing pH 3 sajrone 24 jam, nyorot sifat anti-agregasi.Kanthi mbagi rata-rata Z AgNPs ing pH 3 sawise 24 jam kanthi nilai sampel sing disiapake, bisa ditemokake yen ukuran agregat relatif AgNP-I lan AgNP-II wis tambah 50 kali, 42 kali, lan 22 kali. , mungguh.III.
Gambar 3 Asil panyebaran cahya dinamis saka sampel nanopartikel perak sing diakhiri sitrat kanthi ukuran tambah (10 nm: AgNP-I, 20 nm: AgNP-II lan 50 nm: AgNP-III) dituduhake minangka diameter hidrodinamik rata-rata (rata-rata Z ) (tengen) Ing kahanan pH sing beda-beda, potensial zeta (kiwa) owah sajrone 24 jam.
Agregasi gumantung pH sing diamati uga mengaruhi resonansi plasmon permukaan karakteristik (SPR) saka conto AgNP, minangka bukti saka spektrum UV-Vis.Miturut Gambar Tambahan S1, panggabungan kabeh telung suspensi nanopartikel perak diterusake kanthi nyuda intensitas puncak SPR lan owah-owahan abang moderat.Tingkat owah-owahan kasebut minangka fungsi pH konsisten karo tingkat agregasi sing diprediksi dening asil DLS, nanging sawetara tren sing menarik wis diamati.Beda karo intuisi, pranyata AgNP-II ukuran medium paling sensitif marang owah-owahan SPR, dene rong conto liyane kurang sensitif.Ing riset SPR, 50 nm minangka watesan ukuran partikel teoretis, sing digunakake kanggo mbedakake partikel adhedhasar sifat dielektrik.Partikel sing luwih cilik tinimbang 50 nm (AgNP-I lan AgNP-II) bisa diterangake minangka dipol dielektrik sing prasaja, dene partikel sing tekan utawa ngluwihi wates iki (AgNP-III) nduweni sifat dielektrik sing luwih rumit, lan resonansi Pita kasebut pecah dadi owah-owahan multimodal. .Ing kasus rong conto partikel sing luwih cilik, AgNP bisa dianggep minangka dipol sing prasaja, lan plasma bisa tumpang tindih kanthi gampang.Nalika ukuran partikel mundhak, kopling iki ateges ngasilake plasma sing luwih gedhe, sing bisa nerangake sensitivitas sing luwih dhuwur.29 Nanging, kanggo partikel paling gedhé, prakiraan dipole prasaja ora bener nalika negara kopling liyane bisa uga kedadeyan, sing bisa nerangake kecenderungan penurunan AgNP-III kanggo nunjukake owah-owahan spektral.29
Ing kahanan eksperimen, dibuktekake yen nilai pH duweni pengaruh gedhe marang stabilitas koloid nanopartikel perak sing dilapisi sitrat saka macem-macem ukuran.Ing sistem kasebut, stabilitas diwenehake dening klompok -COO- sing duwe muatan negatif ing permukaan AgNPs.Gugus fungsi karboksilat ion sitrat diprotonasi ing jumlah ion H+ sing akeh, mula gugus karboksil sing diasilake ora bisa menehi tolak elektrostatik maneh ing antarane partikel, kaya sing ditampilake ing baris ndhuwur Gambar 4. Miturut prinsip Le Chatelier, AgNP sampel cepet aggregate ing pH 3, nanging mboko sithik dadi luwih lan liyane stabil nalika pH mundhak.
Gambar 4 Mekanisme skematis interaksi permukaan sing ditetepake kanthi agregasi miturut pH (baris ndhuwur), konsentrasi NaCl (baris tengah), lan biomolekul (baris ngisor).
Miturut Figure 5, stabilitas koloid ing suspensi AgNP saka macem-macem ukuran uga diteliti ing nambah konsentrasi uyah.Adhedhasar potensial zeta, ukuran nanopartikel sing tambah ing sistem AgNP sing diakhiri sitrat iki maneh nyedhiyakake resistensi sing luwih apik kanggo pengaruh eksternal saka NaCl.Ing AgNP-I, 10 mM NaCl cukup kanggo ngindhuksi agregasi entheng, lan konsentrasi uyah 50 mM nyedhiyakake asil sing padha.Ing AgNP-II lan AgNP-III, 10 mM NaCl ora mengaruhi potensial zeta amarga nilai kasebut tetep ing (AgNP-II) utawa ngisor (AgNP-III) -30 mV.Nambah konsentrasi NaCl nganti 50 mM lan pungkasane nganti 150 mM NaCl cukup kanggo nyuda nilai absolut potensial zeta ing kabeh sampel, sanajan partikel sing luwih gedhe nahan muatan negatif.Asil kasebut konsisten karo diameter hidrodinamika rata-rata AgNPs sing dikarepake;garis tren rata-rata Z diukur ing 10, 50, lan 150 mM NaCl nuduhake beda, mboko sithik nambah nilai.Pungkasan, agregat ukuran mikron dideteksi ing kabeh telung eksperimen 150 mM.
Gambar 5 Asil panyebaran cahya dinamis saka sampel nanopartikel perak sing diakhiri sitrat kanthi ukuran tambah (10 nm: AgNP-I, 20 nm: AgNP-II lan 50 nm: AgNP-III) dituduhake minangka diameter hidrodinamik rata-rata (rata-rata Z ) (tengen) lan potensial zeta (kiwa) ganti sajrone 24 jam ing konsentrasi NaCl sing beda.
Asil UV-Vis ing Gambar Tambahan S2 nuduhake yen SPR saka 50 lan 150 mM NaCl ing kabeh telung conto duwe penurunan cepet lan signifikan.Iki bisa diterangake dening DLS, amarga agregasi basis NaCl dumadi luwih cepet tinimbang eksperimen gumantung pH, sing diterangake kanthi bedane gedhe antarane pangukuran awal (0, 1,5, lan 3 jam).Kajaba iku, nambah konsentrasi uyah uga bakal nambah permittivity relatif saka medium eksperimen, kang bakal duwe pengaruh banget ing resonansi plasmon lumahing.29
Efek saka NaCl diringkes ing baris tengah Gambar 4. Umumé, bisa disimpulake yen nambah konsentrasi natrium klorida duweni efek sing padha karo nambah keasaman, amarga ion Na + duwe kecenderungan kanggo koordinasi ing sekitar gugus karboksilat, nyuda potensial zeta negatif AgNPs.Kajaba iku, 150 mM NaCl ngasilake agregat ukuran mikron ing kabeh telung conto, nuduhake yen konsentrasi elektrolit fisiologis ngrusak stabilitas koloid AgNP sing diakhiri sitrat.Kanthi nimbang konsentrasi kondensasi kritis (CCC) NaCl ing sistem AgNP sing padha, asil kasebut bisa diselehake kanthi pinter ing literatur sing relevan.Huynh et al.diitung sing CCC saka NaCl kanggo nanopartikel perak sitrat-terminated karo diameteripun rata-rata 71 nm punika 47,6 mM, nalika El Badawy et al.diamati manawa CCC saka 10 nm AgNPs kanthi lapisan sitrat yaiku 70 mM.10,16 Kajaba iku, CCC sing dhuwur banget kira-kira 300 mM diukur dening He et al., sing nyebabake metode sintesis beda karo publikasi sing kasebut sadurunge.48 Sanajan kontribusi saiki ora ngarahake analisis lengkap babagan nilai kasebut, amarga kondisi eksperimen kita tambah akeh ing kerumitan kabeh panliten, konsentrasi NaCl sing relevan sacara biologis 50 mM, utamane 150 mM NaCl, katon cukup dhuwur.koagulasi induksi, nerangake owah-owahan sing kuat sing dideteksi.
Langkah sabanjure ing eksperimen polimerisasi yaiku nggunakake molekul sing prasaja nanging relevan sacara biologis kanggo simulasi interaksi nanopartikel-biomolekul.Adhedhasar DLS (Gambar 6 lan 7) lan asil UV-Vis (Gambar Tambahan S3 lan S4), sawetara kesimpulan umum bisa ditegesake.Ing kahanan eksperimen, molekul glukosa lan glutamin sing ditliti ora bakal nyebabake agregasi ing sistem AgNP, amarga tren Z-tegese raket karo nilai pangukuran referensi sing cocog.Sanajan anane ora mengaruhi agregasi, asil eksperimen nuduhake manawa molekul kasebut sebagian diserap ing permukaan AgNPs.Asil sing paling penting sing ndhukung tampilan iki yaiku owah-owahan sing diamati ing panyerepan cahya.Sanajan AgNP-I ora nuduhake owah-owahan dawa gelombang utawa intensitas sing signifikan, nanging bisa diamati kanthi luwih cetha kanthi ngukur partikel sing luwih gedhe, sing paling mungkin amarga sensitivitas optik sing luwih gedhe sing kasebut sadurunge.Preduli saka konsentrasi, glukosa bisa nyebabake owah-owahan abang sing luwih gedhe sawise 1,5 jam dibandhingake karo pangukuran kontrol, yaiku udakara 40 nm ing AgNP-II lan udakara 10 nm ing AgNP-III, sing mbuktekake kedadeyan interaksi permukaan .Glutamine nuduhake gaya sing padha, nanging owah-owahan kasebut ora ketok.Kajaba iku, perlu dicathet yen glutamin bisa nyuda potensial zeta absolut saka partikel medium lan gedhe.Nanging, amarga owah-owahan zeta iki katon ora mengaruhi tingkat agregasi, bisa diduga manawa biomolekul cilik kaya glutamin bisa nyedhiyakake tingkat tolak spasial tartamtu ing antarane partikel.
Gambar 6 Asil panyebaran cahya dinamis saka sampel nanopartikel perak sing diakhiri sitrat kanthi ukuran tambah (10 nm: AgNP-I, 20 nm: AgNP-II lan 50 nm: AgNP-III) dituduhake minangka diameter hidrodinamika rata-rata (rata-rata Z) (tengen) Ing kahanan njaba kanthi konsentrasi glukosa sing beda, potensial zeta (kiwa) ganti sajrone 24 jam.
Gambar 7 Asil panyebaran cahya dinamis saka sampel nanopartikel perak sing diakhiri sitrat kanthi ukuran tambah (10 nm: AgNP-I, 20 nm: AgNP-II lan 50 nm: AgNP-III) dituduhake minangka diameter hidrodinamik rata-rata (rata-rata Z ) (tengen) Yen ana glutamin, potensial zeta (kiwa) owah sajrone 24 jam.
Singkatnya, biomolekul cilik kaya glukosa lan glutamin ora mengaruhi stabilitas koloid ing konsentrasi sing diukur: sanajan bisa mengaruhi potensial zeta lan asil UV-Vis kanthi derajat sing beda-beda, asil rata-rata Z ora konsisten.Iki nuduhake yen adsorpsi permukaan molekul nyegah tolak elektrostatik, nanging ing wektu sing padha nyedhiyakake stabilitas dimensi.
Kanggo ngubungake asil sadurunge karo asil sadurunge lan simulasi kahanan biologi luwih trampil, kita milih sawetara komponen kultur sel sing paling umum digunakake lan digunakake minangka kahanan eksperimen kanggo nyinaoni stabilitas koloid AgNP.Ing kabeh eksperimen in vitro, salah sawijining fungsi sing paling penting saka DMEM minangka media yaiku kanggo netepake kondisi osmotik sing dibutuhake, nanging saka sudut pandang kimia, iki minangka solusi uyah kompleks kanthi kekuatan ion total sing padha karo 150 mM NaCl. .40 Minangka kanggo FBS, iku campuran Komplek saka biomolekul-utamané protein-saka sudut pandang adsorpsi lumahing, iku wis sawetara podho karo asil eksperimen saka glukosa lan glutamin, senadyan komposisi kimia lan bhinéka Jinis luwih rumit.19 DLS lan UV-Asil sing katon ditampilake ing Gambar 8 lan Gambar Tambahan S5, bisa diterangake kanthi mriksa komposisi kimia saka bahan kasebut lan hubungane karo pangukuran ing bagean sadurunge.
Gambar 8 Asil panyebaran cahya dinamis saka sampel nanopartikel perak sing diakhiri sitrat kanthi ukuran tambah (10 nm: AgNP-I, 20 nm: AgNP-II lan 50 nm: AgNP-III) dituduhake minangka diameter hidrodinamik rata-rata (rata-rata Z ) (tengen) Ing ngarsane komponen kultur sel DMEM lan FBS, potensial zeta (kiwa) diganti sajrone 24 jam.
Pengenceran AgNP kanthi ukuran sing beda-beda ing DMEM nduweni efek sing padha ing stabilitas koloid karo sing diamati ing ngarsane konsentrasi NaCl sing dhuwur.Dispersi AgNP ing 50 v / v% DMEM nuduhake yen agregasi skala gedhe dideteksi kanthi nambah potensial zeta lan nilai rata-rata Z lan nyuda intensitas SPR.Perlu dicathet yen ukuran agregat maksimum sing diakibatake dening DMEM sawise 24 jam berbanding terbalik karo ukuran nanopartikel primer.
Interaksi antarane FBS lan AgNP padha karo sing diamati ing ngarsane molekul cilik kayata glukosa lan glutamin, nanging efek luwih kuwat.Rata-rata Z saka partikel tetep ora kena pengaruh, nalika paningkatan potensial zeta dideteksi.Puncak SPR nuduhake owah-owahan abang tipis, nanging bisa uga luwih menarik, intensitas SPR ora suda sacara signifikan kaya ing pangukuran kontrol.Asil kasebut bisa diterangake kanthi adsorpsi bawaan saka makromolekul ing permukaan nanopartikel (baris ngisor ing Gambar 4), sing saiki dingerteni minangka pambentukan korona biomolekul ing awak.49