Јавасцрипт је тренутно онемогућен у вашем претраживачу.Када је јавасцрипт онемогућен, неке функције ове веб странице неће радити.
Региструјте своје специфичне детаље и одређене лекове од интереса, а ми ћемо ускладити информације које нам дате са чланцима у нашој обимној бази података и благовремено вам послати ПДФ копију путем е-поште.
Да ли су мање наночестице увек боље?Разумети биолошке ефекте агрегације наночестица сребра у зависности од величине под биолошки релевантним условима
Аутори: Белтеки П, Ронавари А, Закупсзки Д, Бока Е, Игаз Н, Сзеренцсес Б, Пфеиффер И, Вагволгии Ц, Кирицси М, Кониа З
Петер Белтеки,1,* Андреа Ронавари,1,* Далма Закупсзки,1 Есзтер Бока,1 Нора Игаз,2 Беттина Сзеренцсес,3 Илона Пфеиффер,3 Цсаба Вагволгии,3 Моника Кирицси из Хемије животне средине, Хунгари оф Сциенце оф Енвиронментал Цхемистри анд Хунгари Факултет информатике , Универзитет у Сегедину;2 Катедра за биохемију и молекуларну биологију, Факултет науке и информисања, Универзитет у Сегедину, Мађарска;3 Одсек за микробиологију, Факултет науке и информисања, Универзитет у Сегедину, Мађарска;4МТА-СЗТЕ Реацтион Кинетицс анд Сурфаце Цхемистри Ресеарцх Гроуп, Сегед, Хунгари* Ови аутори су подједнако допринели овом раду.Комуникација: Золтан Кониа Катедра за примењену хемију и хемију животне средине, Факултет науке и информатике Универзитета у Сегедину, Рерихов трг 1, Сегедин, Х-6720, Мађарска Телефон +36 62 544620 Емаил [Заштита е-поште] Намена: Сребрне наночестице) су (АгНП један од најчешће проучаваних наноматеријала, посебно због њихове биомедицинске примене.Међутим, због агрегације наночестица, њихова одлична цитотоксичност и антибактеријска активност често су угрожени у биолошким медијима.У овом раду проучавано је понашање агрегације и сродне биолошке активности три различита узорка наночестица сребра са завршетком цитратом просечног пречника 10, 20 и 50 нм.Метод: Користити трансмисиони електронски микроскоп за синтезу и карактеризацију наночестица, процену њиховог понашања агрегације при различитим пХ вредностима, концентрацијама НаЦл, глукозе и глутамина динамичким расејањем светлости и ултраљубичастом видљивом спектроскопијом.Поред тога, компоненте медијума ћелијске културе, као што је Дулбеко, побољшавају понашање агрегације у Еагле Медиум-у и Феталном телећем серуму.Резултати: Резултати показују да кисели пХ и физиолошки садржај електролита генерално изазивају агрегацију микрона, што може бити посредовано формирањем биомолекуларне короне.Вреди напоменути да веће честице показују већу отпорност на спољашње утицаје од њихових мањих парњака.Ин витро цитотоксичност и антибактеријски тестови су изведени третирањем ћелија агрегатима наночестица у различитим фазама агрегације.Закључак: Наши резултати откривају дубоку корелацију између колоидне стабилности и токсичности АгНП, пошто екстремна агрегација доводи до потпуног губитка биолошке активности.Већи степен анти-агрегације уочен за веће честице има значајан утицај на ин витро токсичност, јер такви узорци задржавају више антимикробне активности и активности ћелија сисара.Ови налази доводе до закључка да, упркос општем мишљењу у релевантној литератури, циљање на најмање могуће наночестице можда није најбољи начин деловања.Кључне речи: раст посредован семеном, колоидна стабилност, понашање агрегације зависно од величине, токсичност оштећења агрегације
Како потражња и производња наноматеријала настављају да расту, све више пажње се поклања њиховој биолошкој безбедности или биолошкој активности.Сребрне наночестице (АгНП) су једни од најчешће синтетизованих, истраживаних и коришћених представника ове класе материјала због својих одличних каталитичких, оптичких и биолошких својстава.1 Генерално се верује да се јединствене карактеристике наноматеријала (укључујући АгНП) углавном приписују њиховој великој специфичној површини.Стога је неизбежан проблем сваки процес који утиче на ову кључну карактеристику, као што је величина честица, површински премаз или агрегација, да ли ће озбиљно оштетити својства наночестица која су критична за специфичне примене.
Ефекти величине честица и стабилизатора су теме које су релативно добро документоване у литератури.На пример, опште прихваћен став је да су мање наночестице токсичније од већих наночестица.2 У складу са општом литературом, наше претходне студије су показале активност наносребра зависну од величине на ћелијама и микроорганизмима сисара.3– 5 Површински премаз је још један атрибут који има широк утицај на својства наноматеријала.Само додавањем или модификацијом стабилизатора на својој површини, исти наноматеријал може имати потпуно различита физичка, хемијска и биолошка својства.Примена агенса за затварање најчешће се изводи у склопу синтезе наночестица.На пример, наночестице сребра завршене са цитратом су један од најрелевантнијих АгНП у истраживању, који се синтетишу редуковањем соли сребра у изабраном раствору стабилизатора као реакционом медијуму.6 Цитрат може лако да искористи предности своје ниске цене, доступности, биокомпатибилности и снажног афинитета за сребро, што се може одразити у различитим предложеним интеракцијама, од реверзибилне површинске адсорпције до јонских интеракција.Мали молекули и полиатомски јони близу 7,8, као што су цитрати, полимери, полиелектролити и биолошки агенси се такође обично користе за стабилизацију нано-сребра и извођење јединствених функционализација на њему.9-12
Иако је могућност промене активности наночестица намерним површинским затварањем веома интересантна област, главна улога овог површинског премаза је занемарљива, обезбеђујући колоидну стабилност система наночестица.Велика специфична површина наноматеријала ће произвести велику површинску енергију, што омета термодинамичку способност система да достигне своју минималну енергију.13 Без одговарајуће стабилизације, ово може довести до агломерације наноматеријала.Агрегација је формирање агрегата честица различитих облика и величина које настаје када се дисперговане честице сретну и тренутне термодинамичке интеракције омогућавају честицама да се приањају једна за другу.Због тога се стабилизатори користе за спречавање агрегације увођењем довољно велике силе одбијања између честица да се супротстави њиховом термодинамичком привлачењу.14
Иако је предмет величине честица и покривености површине темељно истражен у контексту његове регулације биолошких активности које покрећу наночестице, агрегација честица је у великој мери занемарена област.Готово да не постоји темељна студија за решавање колоидне стабилности наночестица у биолошки релевантним условима.10,15-17 Поред тога, овај допринос је посебно редак, где је токсичност повезана са агрегацијом такође проучавана, чак и ако може изазвати нежељене реакције, као што је васкуларна тромбоза, или губитак жељених карактеристика, као што је његова токсичност, као што је приказано на слици 1.18, приказано је 19.У ствари, један од ретких познатих механизама отпорности на наночестице сребра је повезан са агрегацијом, јер се наводи да одређени сојеви Е. цоли и Псеудомонас аеругиноса смањују своју осетљивост на нано-сребро експресијом протеина флагелина, флагелина.Има висок афинитет према сребру, чиме изазива агрегацију.20
Постоји неколико различитих механизама који се односе на токсичност сребрних наночестица, а агрегација утиче на све ове механизме.Метода биолошке активности АгНП-а о којој се највише расправља, која се понекад назива и механизам „тројанског коња“, сматра АгНП-ове као носиоце Аг+.1,21 Механизам тројанског коња може да обезбеди велико повећање локалне концентрације Аг+, што доводи до стварања РОС и деполаризације мембране.22-24 Агрегација може утицати на ослобађање Аг+, чиме утиче на токсичност, јер смањује ефективну активну површину где јони сребра могу бити оксидовани и растворени.Међутим, АгНП неће показати токсичност само кроз ослобађање јона.Морају се узети у обзир многе интеракције везане за величину и морфологију.Међу њима, величина и облик површине наночестица су карактеристике које дефинишу.4,25 Колекција ових механизама може се категорисати као „механизми изазване токсичности“.Постоји потенцијално много реакција митохондрија и површинске мембране које могу оштетити органеле и изазвати ћелијску смрт.25-27 Пошто формирање агрегата природно утиче на величину и облик објеката који садрже сребро које препознају живи системи, ове интеракције такође могу бити погођене.
У нашем претходном раду о агрегацији сребрних наночестица, демонстрирали смо ефикасан поступак скрининга који се састоји од хемијских и ин витро биолошких експеримената за проучавање овог проблема.19 Динамичко расејање светлости (ДЛС) је пожељна техника за ове врсте инспекција јер материјал може да расипа фотоне на таласној дужини која је упоредива са величином његових честица.Пошто је брзина Брауновог кретања честица у течном медијуму повезана са величином, промена интензитета расејане светлости може се користити за одређивање средњег хидродинамичког пречника (З-средња) течног узорка.28 Поред тога, применом напона на узорак, зета потенцијал (ζ потенцијал) наночестице се може мерити слично З просечној вредности.13,28 Ако је апсолутна вредност зета потенцијала довољно висока (према општим смерницама > ±30 мВ), то ће створити снажно електростатичко одбијање између честица како би се супротставило агрегацији.Карактеристична површинска плазмонска резонанца (СПР) је јединствен оптички феномен, који се углавном приписује наночестицама племенитих метала (углавном Ау и Аг).29​​ На основу електронских осцилација (површинских плазмона) ових материјала на наноскали, познато је да сферни АгНП имају карактеристичан УВ-Вис апсорпциони врх близу 400 нм.30 Интензитет и померање таласне дужине честица се користе за допуну ДЛС резултата, пошто се овај метод може користити за детекцију агрегације наночестица и површинске адсорпције биомолекула.
На основу добијених информација, тестови виталности ћелија (МТТ) и антибактеријски тестови се изводе на начин на који се токсичност АгНП описује као функција нивоа агрегације, а не (најчешће коришћени фактор) концентрације наночестица.Ова јединствена метода нам омогућава да покажемо дубоку важност нивоа агрегације у биолошкој активности, јер, на пример, АгНП-ови са цитратом у потпуности губе своју биолошку активност у року од неколико сати услед агрегације.19
У садашњем раду, циљ нам је да у великој мери проширимо наше претходне доприносе стабилности био-повезаних колоида и њиховог утицаја на биолошку активност проучавањем утицаја величине наночестица на агрегацију наночестица.Ово је несумњиво једна од студија наночестица.Перспектива вишег профила и 31 Да би се истражило ово питање, коришћена је метода раста посредована семеном да би се произвели АгНП-ови са цитратом у три различита опсега величина (10, 20 и 50 нм).6,32 као један од најчешћих метода.За наноматеријале који се широко и рутински користе у медицинским применама, одабрани су АгНП-ови са цитратом различитих величина да би се проучавала могућа зависност од величине биолошких особина наносребра повезаних са агрегацијом.Након синтезе АгНП различитих величина, произведене узорке смо карактерисали трансмисијском електронском микроскопијом (ТЕМ), а затим испитали честице коришћењем горе поменуте процедуре скрининга.Поред тога, у присуству ин витро ћелијских култура Дулбеццо-овог модификованог орловог медијума (ДМЕМ) и феталног говеђег серума (ФБС), агрегационо понашање зависно од величине и његово понашање процењено је при различитим пХ вредностима, НаЦл, концентрацијама глукозе и глутамина.Карактеристике цитотоксичности одређују се под свеобухватним условима.Научни консензус указује да су генерално мање честице пожељније;наша истрага пружа хемијску и биолошку платформу за утврђивање да ли је то случај.
Три наночестице сребра са различитим распонима величина припремљене су методом раста посредованом семеном коју су предложили Ван ет ал., уз мала подешавања.6 Ова метода се заснива на хемијској редукцији, користећи сребрни нитрат (АгНО3) као извор сребра, натријум борохидрид (НаБХ4) као редукционо средство и натријум цитрат као стабилизатор.Прво припремите 75 мЛ 9 мМ воденог раствора цитрата из натријум цитрат дихидрата (На3Ц6Х5О7 к 2Х2О) и загрејте на 70°Ц.Затим је у реакциони медијум додато 2 мЛ 1% в/в раствора АгНО3, а затим је свеже припремљен раствор натријум борхидрида (2 мЛ 0,1% в/в) сипан у смешу кап по кап.Добијена жуто-браон суспензија је држана на 70°Ц уз снажно мешање 1 сат, а затим охлађена на собну температуру.Добијени узорак (који се од сада назива АгНП-И) се користи као основа за раст посредован семеном у следећем кораку синтезе.
Да бисте синтетизовали суспензију честица средње величине (означена као АгНП-ИИ), загрејте 90 мЛ 7,6 мМ раствора цитрата на 80°Ц, помешајте га са 10 мЛ АгНП-И, а затим помешајте 2 мЛ 1% в/в раствора АгНО3 је држан под снажним механичким мешањем 1 сат, а затим је узорак охлађен на собну температуру.
За највећу честицу (АгНП-ИИИ), поновите исти процес раста, али у овом случају користите 10 мЛ АгНП-ИИ као суспензију семена.Након што узорци достигну собну температуру, постављају своју номиналну концентрацију Аг на основу укупног садржаја АгНО3 на 150 ппм додавањем или испаравањем додатног растварача на 40°Ц, и на крају их чувају на 4°Ц до даље употребе.
Користите ФЕИ Тецнаи Г2 20 Кс-Твин трансмисиони електронски микроскоп (ТЕМ) (ФЕИ корпоративно седиште, Хиллсборо, Орегон, САД) са напоном убрзања од 200 кВ да бисте испитали морфолошке карактеристике наночестица и ухватили њихов образац дифракције електрона (ЕД).Најмање 15 репрезентативних слика (~750 честица) је процењено коришћењем софтверског пакета ИмагеЈ, а резултујући хистограми (и сви графикони у целој студији) су креирани у ОригинПро 2018 (ОригинЛаб, Нортхамптон, МА, САД) 33, 34.
Просечан хидродинамички пречник (З-просек), зета потенцијал (ζ-потенцијал) и карактеристична површинска плазмонска резонанца (СПР) узорака су измерени да би се илустровале њихова почетна колоидна својства.Просечан хидродинамички пречник и зета потенцијал узорка мерени су инструментом Малверн Зетасизер Нано ЗС (Малверн Инструментс, Малверн, УК) коришћењем савијених капиларних ћелија за једнократну употребу на 37±0,1°Ц.Оцеан Оптицс 355 ДХ-2000-БАЛ УВ-Вис спектрофотометар (Халма ПЛЦ, Ларго, ФЛ, САД) је коришћен за добијање карактеристичних СПР карактеристика из УВ-Вис апсорпционих спектра узорака у опсегу од 250-800 нм.
Током целог експеримента, истовремено су вршена три различита типа мерења везаних за колоидну стабилност.Користите ДЛС да измерите просечни хидродинамички пречник (З просек) и зета потенцијал (ζ потенцијал) честица, јер је З просек повезан са просечном величином агрегата наночестица, а зета потенцијал показује да ли је електростатичко одбијање у систему је довољно јак да надокнади Ван дер Валсову привлачност између наночестица.Мерења се врше у три примерка, а стандардна девијација З средње вредности и зета потенцијала се израчунава софтвером Зетасизер.Карактеристични СПР спектри честица се процењују УВ-Вис спектроскопијом, јер промене у вршном интензитету и таласној дужини могу указивати на агрегацију и површинске интеракције.29,35 У ствари, површинска плазмонска резонанца у племенитим металима је толико утицајна да је довела до нових метода анализе биомолекула.29,36,37 Концентрација АгНП у експерименталној смеши је око 10 ппм, а сврха је да се интензитет максималне почетне апсорпције СПР подеси на 1. Експеримент је изведен временски зависно на 0;1.5;3;6;12 и 24 сата под различитим биолошки релевантним условима.Више детаља који описују експеримент можете видети у нашем претходном раду.19 Укратко, различите пХ вредности (3; 5; 7,2 и 9), различите концентрације натријум хлорида (10 мМ; 50 мМ; 150 мМ), глукозе (3,9 мМ; 6,7 мМ) и глутамина (4 мМ) и такође је припремио Дулбеков модификовани орлов медијум (ДМЕМ) и фетални говеђи серум (ФБС) (у води и ДМЕМ) као моделне системе и проучавао њихове ефекте на понашање агрегације синтетизованих наночестица сребра.пХ Вредности НаЦл, глукозе и глутамина се процењују на основу физиолошких концентрација, док су количине ДМЕМ и ФБС исте као и нивои коришћени у целом ин витро експерименту.38-42 Сва мерења су изведена на пХ 7,2 и 37°Ц са константном позадинском концентрацијом соли од 10 мМ НаЦл да би се елиминисале било какве интеракције честица на великим удаљеностима (осим одређених експеримената везаних за пХ и НаЦл, где су ови атрибути варијабле под студија).28 Листа различитих услова је сажета у табели 1. Експеримент означен са † је коришћен као референца и одговара узорку који садржи 10 мМ НаЦл и пХ 7,2.
Ћелијска линија рака простате (ДУ145) и бесмртни хумани кератиноцити (ХаЦаТ) добијени су од АТЦЦ (Манассас, ВА, САД).Ћелије се рутински култивишу у Дулбеццо-овом минималном есенцијалном медијуму Еагле (ДМЕМ) који садржи 4,5 г/Л глукозе (Сигма-Алдрицх, Саинт Лоуис, МО, САД), са додатком 10% ФБС, 2 мМ Л-глутамина, 0,01% стрептомицина и 0,005% Пеницилин (Сигма-Алдрицх, Ст. Лоуис, Миссоури, САД).Ћелије су култивисане у инкубатору на 37°Ц под 5% ЦО2 и 95% влажности.
Да би се истражиле промене у цитотоксичности АгНП изазване агрегацијом честица на временски зависан начин, изведен је МТТ тест у два корака.Прво, измерена је одрживост два типа ћелија након третмана са АгНП-И, АгНП-ИИ и АгНП-ИИИ.У том циљу, две врсте ћелија су засејане у плоче са 96 бунарчића при густини од 10.000 ћелија/бунарићу и третиране са три различите величине наночестица сребра у растућим концентрацијама другог дана.После 24 сата третмана, ћелије су испране са ПБС и инкубиране са 0,5 мг/мЛ МТТ реагенса (СЕРВА, Хеиделберг, Немачка) разблаженим у медијуму културе 1 сат на 37°Ц.Кристали формазана су растворени у ДМСО (Сигма-Алдрицх, Саинт Лоуис, МО, САД), а апсорпција је мерена на 570 нм помоћу читача плоча Синерги ХТКС (БиоТек-Мађарска, Будимпешта, Мађарска).Вредност апсорпције нетретираног контролног узорка се сматра стопом преживљавања од 100%.Извршите најмање 3 експеримента користећи четири независне биолошке реплике.ИЦ50 се израчунава из криве одговора на дозу на основу резултата виталности.
Након тога, у другом кораку, инкубацијом честица са 150 мМ НаЦл у различитим временским периодима (0, 1,5, 3, 6, 12 и 24 сата) пре третмана ћелија, произведена су различита стања агрегације наночестица сребра.Након тога, изведен је исти МТТ тест као што је претходно описано да би се процениле промене у виталности ћелија на које утиче агрегација честица.Користите ГрапхПад Присм 7 да процените коначни резултат, израчунајте статистичку значајност експеримента неупареним т-тестом и означите његов ниво као * (п ≤ 0,05), ** (п ≤ 0,01), *** (п ≤ 0,001 ) И **** (п ≤ 0,0001).
Три различите величине наночестица сребра (АгНП-И, АгНП-ИИ и АгНП-ИИИ) коришћене су за антибактеријску осетљивост на Цриптоцоццус неоформанс ИФМ 5844 (ИФМ; Истраживачки центар за патогене гљиве и микробну токсикологију, Универзитет Чиба) и Бациллус С1ЗМЦ Тест мега6 (СЗМЦ: Сзегед Мицробиологи Цоллецтион) и Е. цоли СЗМЦ 0582 у медијуму РПМИ 1640 (Сигма-Алдрицх Цо.).Да би се процениле промене у антибактеријској активности изазване агрегацијом честица, прво је одређена њихова минимална инхибиторна концентрација (МИЦ) микроразблаживањем у микротитарској плочи са 96 јажица.У 50 μЛ стандардизоване ћелијске суспензије (5 × 104 ћелија/мЛ у медијуму РПМИ 1640), додајте 50 μЛ суспензије наночестица сребра и серијски разблажите двоструку концентрацију (у горе поменутом медијуму опсег је 0 и 75 ппм, тј. контролни узорак садржи 50 μЛ ћелијске суспензије и 50 μЛ медијума без наночестица).Након тога, плоча је инкубирана на 30°Ц током 48 сати, а оптичка густина културе је измерена на 620 нм коришћењем СПЕЦТРОстар Нано читача плоча (БМГ ЛабТецх, Оффенбург, Немачка).Експеримент је изведен три пута у три примерка.
Осим што је у овом тренутку коришћено 50 μЛ појединачних агрегираних узорака наночестица, коришћена је иста процедура као што је претходно описано да се испита ефекат агрегације на антибактеријску активност на претходно поменуте сојеве.Различита стања агрегације наночестица сребра се производе инкубацијом честица са 150 мМ НаЦл у различитим временским периодима (0, 1,5, 3, 6, 12 и 24 сата) пре обраде ћелије.Као контрола раста коришћена је суспензија са додатком 50 μЛ медијума РПМИ 1640, док је за контролу токсичности коришћена суспензија са неагрегираним наночестицама.Експеримент је изведен три пута у три примерка.Користите ГрапхПад Присм 7 да поново процените коначни резултат, користећи исту статистичку анализу као и МТТ анализа.
Ниво агрегације најмањих честица (АгНП-И) је окарактерисан, а резултати су делимично објављени у нашем претходном раду, али за боље поређење, све честице су детаљно прегледане.Експериментални подаци су прикупљени и дискутовани у наредним одељцима.Три величине АгНП.19
Мерења која су извршили ТЕМ, УВ-Вис и ДЛС потврдила су успешну синтезу свих АгНП узорака (Слика 2А-Д).Према првом реду слике 2, најмања честица (АгНП-И) показује уједначену сферну морфологију са просечним пречником од око 10 нм.Метода раста посредована семеном такође обезбеђује АгНП-ИИ и АгНП-ИИИ различите величине величине са просечним пречником честица од приближно 20 нм и 50 нм, респективно.Према стандардној девијацији дистрибуције честица, величине три узорка се не преклапају, што је важно за њихову компаративну анализу.Упоређивањем просечног односа ширине и висине 2Д пројекција честица заснованих на ТЕМ-у, претпоставља се да је сферичност честица процењена помоћу додатка за филтер облика ИмагеЈ (Слика 2Е).43 Према анализи облика честица, на њихов однос ширина/висина (велика страна/кратка страна најмањег граничног правоугаоника) не утиче раст честица, а њихов однос тананости (мерена површина одговарајућег савршеног круга/теоријске површине ) постепено се смањује.Ово резултира све више и више полиедарских честица, које су у теорији савршено округле, што одговара омјеру танкости од 1.
Слика 2 Слика 2 трансмисионог електронског микроскопа (ТЕМ), узорак електронске дифракције (ЕД) (Б), хистограм расподеле величине (Ц), карактеристичан спектар апсорпције ултраљубичастог (УВ-Вис) светлости (Д) и просечан цитрат течности -завршене наночестице сребра са механичким пречником (З-просек), зета потенцијалом, односом ширине и дебљине (Е) имају три различита опсега величине: АгНП-И је 10 нм (горњи ред), АгНП -ИИ је 20 нм (средњи ред ), АгНП-ИИИ (доњи ред) је 50 нм.
Иако је циклична природа методе раста у извесној мери утицала на облик честице, што је резултирало мањом сфериношћу већих АгНП-а, сва три узорка су остала квази-сферична.Поред тога, као што је приказано на дијаграму дифракције електрона на слици 2Б, нано кристалност честица није погођена.Истакнути дифракциони прстен – који се може довести у корелацију са (111), (220), (200) и (311) Милеровим индексима сребра – веома је конзистентан са научном литературом и нашим претходним доприносима.9, 19,44 Фрагментација Дебие-Сцхерреровог прстена АгНП-ИИ и АгНП-ИИИ је због чињенице да је ЕД слика снимљена при истом увећању, тако да како се величина честица повећава, број дифрактованих честица по јединица површине се повећава и смањује .
Познато је да величина и облик наночестица утичу на биолошку активност.3,45 Каталитичка и биолошка активност зависна од облика може се објаснити чињеницом да различити облици имају тенденцију да пролиферишу одређене кристалне површине (који имају различите Милерове индексе), а ове кристалне површине имају различите активности.45,46 Пошто припремљене честице дају сличне резултате ЕД који одговарају веома сличним карактеристикама кристала, може се претпоставити да у нашим каснијим експериментима колоидне стабилности и биолошке активности све уочене разлике треба приписати величини наночестица, а не својствима везаним за облик.
УВ-Вис резултати сажети на слици 2Д додатно наглашавају огромну сферичну природу синтетизованог АгНП, јер су СПР пикови сва три узорка око 400 нм, што је карактеристична вредност сферних наночестица сребра.29,30 Ухваћени спектри су такође потврдили успешан раст наносребра посредован семеном.Како се величина честица повећава, таласна дужина која одговара максималној апсорпцији светлости АгНП-ИИ-упадљивије-Према литератури, АгНП-ИИИ је доживео црвени помак.6,29
Што се тиче почетне колоидне стабилности АгНП система, ДЛС је коришћен за мерење средњег хидродинамичког пречника и зета потенцијала честица при пХ 7,2.Резултати приказани на слици 2Е показују да АгНП-ИИИ има већу колоидну стабилност од АгНП-И или АгНП-ИИ, јер уобичајене смернице указују да је зета потенцијал од 30 мВ апсолутних неопходан за дугорочну колоидну стабилност. Овај налаз је додатно подржан када З просечна вредност (добијена као средњи хидродинамички пречник слободних и агрегираних честица) се пореди са примарном величином честица добијеном ТЕМ, јер што су две вредности ближе, то је блажи степен Гатхер у узорку.У ствари, З просек АгНП-И и АгНП-ИИ је разумно већи од њихове главне величине честица процењене ТЕМ, тако да се у поређењу са АгНП-ИИИ предвиђа да ће ови узорци имати већу вероватноћу да се агрегирају, где је веома негативан зета потенцијал прати блиска величина З просечна вредност.
Објашњење за овај феномен може бити двоструко.С једне стране, концентрација цитрата се одржава на сличном нивоу у свим корацима синтезе, обезбеђујући релативно високу количину наелектрисаних површинских група како би се спречило смањење специфичне површине честица које расту.Међутим, према Леваку и сарадницима, мали молекули попут цитрата могу се лако заменити биомолекулима на површини наночестица.У овом случају, колоидна стабилност ће бити одређена короном произведених биомолекула.31 Пошто је ово понашање такође примећено у нашим мерењима агрегације (о чему ћемо детаљније говорити касније), само цитратно затварање не може да објасни овај феномен.
С друге стране, величина честица је обрнуто пропорционална тенденцији агрегације на нанометарском нивоу.Ово је углавном подржано традиционалном методом Дерјагуин-Ландау-Вервеи-Овербеек (ДЛВО), где се привлачење честица описује као збир привлачних и одбојних сила између честица.Према Хе ет ал., максимална вредност ДЛВО енергетске криве се смањује са величином наночестица у наночестицама хематита, што олакшава достизање минималне примарне енергије, чиме се промовише неповратно агрегирање (кондензација).47 Међутим, спекулише се да постоје и други аспекти изван ограничења ДЛВО теорије.Иако су ван дер Валсова гравитација и електростатичко двослојно одбијање слични са повећањем величине честица, преглед Хотзеа ет ал.предлаже да има јачи ефекат на агрегацију него што ДЛВО дозвољава.14 Они верују да се површинска закривљеност наночестица више не може проценити као равна површина, због чега је математичка процена неприменљива.Поред тога, како се величина честица смањује, проценат атома присутних на површини постаје већи, што доводи до електронске структуре и понашања површинског наелектрисања.И површинска реактивност се мења, што може довести до смањења наелектрисања у двоструком електричном слоју и промовисати агрегацију.
Када смо упоредили ДЛС резултате за АгНП-И, АгНП-ИИ и АгНП-ИИИ на Слици 3, приметили смо да су сва три узорка показала сличну агрегацију пХ која изазива агрегацију.Јако кисело окружење (пХ 3) помера зета потенцијал узорка на 0 мВ, узрокујући да честице формирају агрегате микронске величине, док алкални пХ помера свој зета потенцијал на већу негативну вредност, где честице формирају мање агрегате (пХ 5 ).И 7.2) или остају потпуно неагрегирани (пХ 9).Уочене су и неке важне разлике између различитих узорака.Током експеримента, АгНП-И се показао најосетљивијим на промене зета потенцијала изазване пХ, јер је зета потенцијал ових честица смањен на пХ 7,2 у поређењу са пХ 9, док су АгНП-ИИ и АгНП-ИИИ показали само А значајна промена ζ је око пХ 3. Поред тога, АгНП-ИИ је показао спорије промене и умерени зета потенцијал, док је АгНП-ИИИ показао најблаже понашање од ова три, јер је систем показао највећу апсолутну зета вредност и споро кретање тренда, што указује на АгНП-ИИИ Најотпорнији на пХ-индуковану агрегацију.Ови резултати су у складу са резултатима мерења просечног хидродинамичког пречника.Узимајући у обзир величину честица њихових прајмера, АгНП-И је показао константну постепену агрегацију при свим пХ вредностима, највероватније због позадине 10 мМ НаЦл, док су АгНП-ИИ и АгНП-ИИИ показали значајну само при пХ 3 сакупљања.Најзанимљивија разлика је у томе што упркос великој величини наночестица, АгНП-ИИИ формира најмање агрегате при пХ 3 за 24 сата, наглашавајући његова својства против агрегације.Дељењем просечног З АгНП-а на пХ 3 после 24 сата са вредношћу припремљеног узорка, може се приметити да су релативне величине агрегата АгНП-И и АгНП-ИИ повећане за 50 пута, 42 пута и 22 пута , редом.ИИИ.
Слика 3. Резултати динамичког расејања светлости узорка наночестица сребра завршених цитратом са повећањем величине (10 нм: АгНП-И, 20 нм: АгНП-ИИ и 50 нм: АгНП-ИИИ) изражени су као просечни хидродинамички пречник (З просек ) (десно) Под различитим пХ условима, зета потенцијал (лево) се мења у року од 24 сата.
Уочена пХ-зависна агрегација је такође утицала на карактеристичну површинску плазмонску резонанцу (СПР) узорака АгНП, што је доказано њиховим УВ-Вис спектром.Према додатној слици С1, агрегација све три суспензије наночестица сребра праћена је смањењем интензитета њихових СПР врхова и умереним црвеним помаком.Степен ових промена у функцији пХ је у складу са степеном агрегације предвиђеним резултатима ДЛС, међутим, примећени су неки занимљиви трендови.Супротно интуицији, испоставља се да је АгНП-ИИ средње величине најосетљивији на промене СПР, док су друга два узорка мање осетљива.У СПР истраживању, 50 нм је теоријска граница величине честица, која се користи за разликовање честица на основу њихових диелектричних својстава.Честице мање од 50 нм (АгНП-И и АгНП-ИИ) могу се описати као једноставни диелектрични диполи, док честице које достижу или прелазе ову границу (АгНП-ИИИ) имају сложеније диелектричне особине, а њихова резонанција Опсег се дели на мултимодалне промене .У случају два мања узорка честица, АгНП се могу сматрати једноставним диполима, а плазма се лако може преклапати.Како се величина честица повећава, ово спајање у суштини производи већу плазму, што може објаснити већу уочену осетљивост.29 Међутим, за највеће честице, једноставна диполна процена није важећа када се могу појавити и друга стања спајања, што може објаснити смањену тенденцију АгНП-ИИИ да указује на спектралне промене.29
У нашим експерименталним условима доказано је да пХ ​​вредност има дубок утицај на колоидну стабилност цитратом обложених наночестица сребра различитих величина.У овим системима, стабилност обезбеђују негативно наелектрисане -ЦОО- групе на површини АгНП.Карбоксилатна функционална група цитрат јона је протонирана у великом броју Х+ јона, тако да генерисана карбоксилна група више не може да обезбеди електростатичко одбијање између честица, као што је приказано у горњем реду слике 4. Према Ле Шателијеовом принципу, АгНП узорци се брзо агрегирају на пХ 3, али постепено постају све стабилнији како се пХ повећава.
Слика 4 Шематски механизам површинске интеракције дефинисан агрегацијом под различитим пХ (горњи ред), концентрацијом НаЦл (средњи ред) и биомолекулима (доњи ред).
Према слици 5, колоидна стабилност у суспензијама АгНП различитих величина такође је испитивана под повећањем концентрације соли.На основу зета потенцијала, повећана величина наночестица у овим АгНП системима са цитратом-терминацијом поново обезбеђује повећану отпорност на спољашње утицаје НаЦл.У АгНП-И, 10 мМ НаЦл је довољно да изазове благу агрегацију, а концентрација соли од 50 мМ даје врло сличне резултате.У АгНП-ИИ и АгНП-ИИИ, 10 мМ НаЦл не утиче значајно на зета потенцијал јер њихове вредности остају на (АгНП-ИИ) или испод (АгНП-ИИИ) -30 мВ.Повећање концентрације НаЦл на 50 мМ и коначно на 150 мМ НаЦл је довољно да се значајно смањи апсолутна вредност зета потенцијала у свим узорцима, иако веће честице задржавају више негативног наелектрисања.Ови резултати су у складу са очекиваним просечним хидродинамичким пречником АгНП;З просечне линије тренда мерене на 10, 50 и 150 мМ НаЦл показују различите, постепено растуће вредности.Коначно, агрегати микронске величине су откривени у сва три експеримента од 150 мМ.
Слика 5. Резултати динамичког расејања светлости узорка наночестица сребра завршених цитратом са повећањем величине (10 нм: АгНП-И, 20 нм: АгНП-ИИ и 50 нм: АгНП-ИИИ) изражени су као просечни хидродинамички пречник (З просек ) (десно) и зета потенцијал (лево) се мењају у року од 24 сата под различитим концентрацијама НаЦл.
Резултати УВ-Вис на додатној слици С2 показују да СПР од 50 и 150 мМ НаЦл у сва три узорка има тренутно и значајно смањење.Ово се може објаснити ДЛС-ом, јер се агрегација на бази НаЦл дешава брже од експеримената зависних од пХ, што се објашњава великом разликом између раних (0, 1,5 и 3 сата) мерења.Поред тога, повећање концентрације соли ће такође повећати релативну пермитивност експерименталног медијума, што ће имати дубок утицај на површинску плазмонску резонанцу.29
Ефекат НаЦл је сумиран у средњем реду на слици 4. Генерално, може се закључити да повећање концентрације натријум хлорида има сличан ефекат као повећање киселости, јер јони На+ имају тенденцију да се координирају око карбоксилатних група. сузбијање негативних зета потенцијалних АгНПс.Поред тога, 150 мМ НаЦл је произвео агрегате микронске величине у сва три узорка, што указује да је физиолошка концентрација електролита штетна за колоидну стабилност АгНП-ова са цитратом.Узимајући у обзир критичну концентрацију кондензације (ЦЦЦ) НаЦл на сличним АгНП системима, ови резултати се могу паметно ставити у релевантну литературу.Хуинх ет ал.израчунали су да је ЦЦЦ НаЦл за наночестице сребра завршене цитратом са просечним пречником од 71 нм 47,6 мМ, док је Ел Бадави ет ал.приметио да је ЦЦЦ 10 нм АгНП са цитратном превлаком 70 мМ.10,16 Поред тога, Хе и сарадници су измерили значајно висок ЦЦЦ од око 300 мМ, што је довело до тога да се њихов метод синтезе разликује од претходно поменуте публикације.48 Иако садашњи допринос није усмерен на свеобухватну анализу ових вредности, јер се наши експериментални услови повећавају у комплексности целокупне студије, биолошки релевантна концентрација НаЦл од 50 мМ, посебно 150 мМ НаЦл, изгледа да је прилично висока.Индукована коагулација, објашњавајући уочене јаке промене.
Следећи корак у експерименту полимеризације је коришћење једноставних, али биолошки релевантних молекула за симулацију интеракције наночестица-биомолекул.На основу ДЛС (слике 6 и 7) и УВ-Вис резултата (додатне слике С3 и С4), могу се тврдити неки општи закључци.У нашим експерименталним условима, проучавани молекули глукозе и глутамина неће изазвати агрегацију ни у једном систему АгНП, јер је З-средњи тренд уско повезан са одговарајућом референтном мерном вредношћу.Иако њихово присуство не утиче на агрегацију, експериментални резултати показују да су ови молекули делимично адсорбовани на површини АгНП.Најистакнутији резултат који подржава овај став је уочена промена у апсорпцији светлости.Иако АгНП-И не показује значајне промене таласне дужине или интензитета, може се јасније уочити мерењем већих честица, што је највероватније због веће оптичке осетљивости поменуте раније.Без обзира на концентрацију, глукоза може изазвати већи црвени помак након 1,5 сата у поређењу са контролним мерењем, што је око 40 нм у АгНП-ИИ и око 10 нм у АгНП-ИИИ, што доказује појаву површинских интеракција.Глутамин је показао сличан тренд, али промена није била тако очигледна.Поред тога, такође је вредно напоменути да глутамин може смањити апсолутни зета потенцијал средњих и великих честица.Међутим, пошто се чини да ове зета промене не утичу на ниво агрегације, може се спекулисати да чак и мали биомолекули попут глутамина могу обезбедити одређени степен просторног одбијања између честица.
Слика 6. Резултати динамичког расејања светлости узорака наночестица сребра са цитратом завршених са повећањем величине (10 нм: АгНП-И, 20 нм: АгНП-ИИ и 50 нм: АгНП-ИИИ) изражени су као просечни хидродинамички пречник (З просек) (десно) Под спољним условима различитих концентрација глукозе, зета потенцијал (лево) се мења у року од 24 сата.
Слика 7. Резултати динамичког расејања светлости узорка наночестица сребра завршених цитратом са повећањем величине (10 нм: АгНП-И, 20 нм: АгНП-ИИ и 50 нм: АгНП-ИИИ) изражени су као просечни хидродинамички пречник (З просек ) (десно) У присуству глутамина, зета потенцијал (лево) се мења у року од 24 сата.
Укратко, мали биомолекули као што су глукоза и глутамин не утичу на колоидну стабилност при измереној концентрацији: иако утичу на зета потенцијал и УВ-Вис резултате у различитом степену, З просечни резултати нису конзистентни.Ово указује да површинска адсорпција молекула инхибира електростатичко одбијање, али у исто време обезбеђује димензиону стабилност.
У циљу повезивања претходних резултата са претходним и вештијег симулирања биолошких услова, одабрали смо неке од најчешће коришћених компоненти ћелијске културе и употребили их као експерименталне услове за проучавање стабилности колоида АгНП.У целом ин витро експерименту, једна од најважнијих функција ДМЕМ-а као медијума је успостављање неопходних осмотских услова, али са хемијске тачке гледишта, то је сложен раствор соли укупне јонске јачине сличне 150 мМ НаЦл. .40 Што се тиче ФБС, то је сложена мешавина биомолекула-углавном протеина-са становишта површинске адсорпције, има неке сличности са експерименталним резултатима глукозе и глутамина, упркос хемијском саставу и разноврсности Пол је много компликованији.19 ДЛС и УВ-Видљиви резултати приказани на слици 8 и допунској слици С5, респективно, могу се објаснити испитивањем хемијског састава ових материјала и њиховом корелацијом са мерењима у претходном одељку.
Слика 8. Резултати динамичког расејања светлости узорка наночестица сребра завршених цитратом са повећањем величине (10 нм: АгНП-И, 20 нм: АгНП-ИИ и 50 нм: АгНП-ИИИ) изражени су као просечни хидродинамички пречник (З просек ) (десно) У присуству компоненти ћелијске културе ДМЕМ и ФБС, зета потенцијал (лево) се мења у року од 24 сата.
Разблаживање АгНП-а различитих величина у ДМЕМ-у има сличан ефекат на колоидну стабилност као што је примећено у присуству високих концентрација НаЦл.Дисперзија АгНП у 50 в/в% ДМЕМ показала је да је агрегација великих размера откривена са повећањем зета потенцијала и З-просечне вредности и наглим смањењем интензитета СПР.Вреди напоменути да је максимална величина агрегата изазвана ДМЕМ-ом након 24 сата обрнуто пропорционална величини наночестица прајмера.
Интеракција између ФБС и АгНП је слична оној уоченој у присуству мањих молекула као што су глукоза и глутамин, али је ефекат јачи.З просек честица остаје непромењен, док се детектује повећање зета потенцијала.СПР пик је показао благи црвени помак, али што је можда још занимљивије, интензитет СПР-а се није смањио толико значајно као у контролном мерењу.Ови резултати се могу објаснити урођеном адсорпцијом макромолекула на површини наночестица (доњи ред на слици 4), што се сада схвата као формирање биомолекуларне короне у телу.49