Oxidační rozpouštění nanočástic stříbra - Oxidative dissolution of silver nanoparticles

Nanočástice stříbra (AgNP) působí primárně prostřednictvím procesu známého jako oxidační rozpouštění, kde Ag + ionty jsou uvolňovány prostřednictvím oxidační mechanismus. AgNP mají potenciálně rozsáhlé aplikace v oblasti medicíny, vědy a potravinářského a farmaceutického průmyslu kvůli jejich antimikrobiálním vlastnostem, nízkým cytotoxicita u lidí a levné náklady.

Mechanismus

Oxidační rozpouštění AgNP je v biologických systémech oslabeno složkami nacházejícími se v cytosolu, jako je cystein a glukóza.

Stříbro je stabilní ve vodě a pro dosažení oxidačního rozpuštění potřebuje oxidační prvek. Když oxidační činidla jako peroxid vodíku nebo jsou přítomny kyslík, rozpouštějí AgNP za uvolňování Ag+. Uvolnění Ag+ vede k tvorbě reaktivních forem kyslíku (ROS ) uvnitř buněk, které mohou dále rozpouštět nanočástice. Některé částice nano stříbra vyvíjejí ochranný Ag3OH povrchové skupiny [1] a předpokládá se, že rozpouštění tyto skupiny odstraňuje a tvoří kyslíkové radikály, které tlumí reaktivitu AgNP vstupem do mříž za vzniku vysoce stabilního Ag6Ó oktaedrická struktura.[1] Předpokládalo se, že účinnost AgNP lze přičíst hlavně tvaru, protože nanoprismy a naorody se ukázaly být aktivnějšími než nanosféry, protože mají více exponované fazety, což vede k rychlejšímu uvolňování iontů Ag +.

Faktory prostředí

Faktory prostředí, které hrají roli při rozpouštění částic:

  • pH (rychlost se zvyšuje se zvyšujícím se pH (6-8,5)),
  • přítomnost halogenid ionty (způsobují Ag+ srážky),
  • potahování částic
  • přítomnost redukujících cukrů.[2][3]
  • Přítomnost někoho cystein [3] (inhibuje rozpouštění).
  • přítomnost přírodní organické hmoty.[4][5]

Syntéza

Jednou z metod generování AgNP je redukce suroviny, dusičnanu stříbrného, ​​na elementární stříbro pomocí redukčního činidla, jako je citrát trisodný.

AgNP jsou syntetizovány pomocí mikrovlnná trouba ozáření,[4] gama ozáření [6] UV aktivace,[7] nebo konvenční vytápění [8] prekurzoru dusičnanu stříbrného, ​​AgNO3 pomocí alginát řešení jako stabilizační a snižování činidlo.[4][9] The karboxyl nebo hydroxyl skupiny na internetu alginát reagenční komplexy během syntézy AgNP, které stabilizují reakci.[4] Nanočástice velikost a tvar lze určit změnou poměru alginát na dusičnan stříbrný použitý a / nebo pH.[4] Povlak, jako je PVP mohou být přidány do nanočástic zahříváním a následným pomalé chlazení.[3]

Kinetika

Zastavený tok spektrometrie byl použit k charakterizaci chemický mechanismus a kinetika AgNP. Bylo prokázáno, že oxidační rozpouštění AgNP je a reakce prvního řádu s ohledem jak na stříbro, tak na peroxid vodíku a je nezávislá na velikosti částic.[5]

Antimikrobiální aktivita

Oxidační rozpouštění AgNP vede k antimikrobiálním podmínkám. Ag + ničí několik metabolických mechanismů bakterií, protože: váže se na báze v DNA, brání replikaci buněk, denaturuje ribozomy, čímž brání syntéze bílkovin, lýzuje bakteriální buněčnou membránu a ničí stěny bakteriálních peptidoglykanů.

Antibakteriální,[10][11] antivirový [12] a antifungální [13] vlastnosti byly zkoumány v reakci na AgNP rozpuštění. Antibakteriální aktivity AgNP jsou v kyslíkových podmínkách mnohem silnější než anoxické.[10][14][15][16][17] Prostřednictvím svého oxidačního rozpouštění v biologických systémech mohou být AgNP důležité biomolekuly jako "DNA, peptidy, a kofaktory „Stejně jako absorbovat do nespecifických skupiny a současně narušit několik metabolické cesty.[10] Bylo o nich známo, že mezi nimi působí jako překlenovací agent thioly, mít vztah k organické aminy a fosfáty.[18] Kombinace ionty stříbra „Reakce s biomolekuly s oxidační stres, nakonec vede k toxicita v biologickém prostředí.[19]

Inhibice nitrifikace

Oxidační rozpouštění AgNP, které vede k Ag+, potenciálně inhibuje nitrifikace v rámci Bakterie oxidující amoniak. Klíčovým krokem v nitrifikaci je oxidace z amoniak na hydroxylamin (NH2OH) katalyzovaný podle enzym amoniakmonooxyganáza (AMO).[20] The enzymatická aktivita AMO je vysoce zranitelný vůči interferenci kvůli jeho intracytoplazmatickému umístění a jeho množství měď. Spekuluje se, že Ag+ ionty z AgNP interferují s mědí AMO vazby nahrazením mědi Ag+ což způsobí pokles enzymatické aktivity, a tím i nitrifikaci.[21]

Reference

  1. ^ A b Molleman, Bastiaan a Tjisse Hiemstra. „Povrchová struktura nanočástic stříbra jako model pro pochopení oxidačního rozpouštění iontů stříbra.“ Langmuir 31.49 (2015): 13361-3372.
  2. ^ Ho, Ching-Ming, Sammi King Woo Yau, Chun-Nam Lok, Man-Ho So a Chi-Ming Che. „Oxidační rozpouštění nanočástic stříbra biologicky relevantními oxidanty: kinetická a mechanická studie.“ Chemistry: An Asian Journal, 8. ledna 2010. Web. 22. února 2016.
  3. ^ A b C Loza, K., J. Diendorf, C. Sengstock, L. Ruiz-Gonzalez, J.M. Gonzalez-Calbet, M. Vallet-Regi, M. Koller a M. Epple. „Rozpouštění a biologické účinky nanočástic stříbra v biologických médiích.“ Royal Society of Chemistry, 2014.
  4. ^ A b C d E Foliatini ,, F. ,, Yoki Yulizar a Mas Ayu Hafizah. „Syntéza nanočástic stříbra s obsahem alginátu při mikrovlnném záření.“ . Journal of Mathematical and Fundamental Sciences. 47, č. 1 (2015)
  5. ^ A b Ho, Chi-Ming, Sammi King-Woon Yau, Chun-Nam Lok, Man-Ho So a Chi-Ming Che. „Oxidační rozpouštění nanočástic stříbra biologicky relevantními oxidanty: kinetická a mechanická studie.“ Chem. Asian J. Chemistry - An Asian Journal 5.2 (2010): 285-93. Web.
  6. ^ Liu, Y., Chen, S., Zhong, L. & Wu, G., Preparation of High-Stable Silver Nanoparticle Dispersion using the Sodium Alginate as a Stabilizer under Gamma Radiation, Radiat. Phys. Chem., 78 (4), str. 251-255, 2009.
  7. ^ Saha, S., Pal, A., Kundu, S., Basu, S. & Pal, T., Photochemical Green Synthesis of Calcium-Alginate-Stabilized Ag and Au Nanoparticles and their Catalytic Application To 4-Nitrophenol Reduction, Langmuir, 26 (4), str. 2885-2893, 2010.
  8. ^ Chen, P., Zhang, X., Miao, Z., Han, B., An, G. & Liu, Z., In-situ Synthesis of Noble Metal Nanoparticles in Alginate Solution and their Application in Catalysis, J. Nanosci . Nanotechnol., 9 (4), str. 2628-2633, 2009.
  9. ^ H. Wang, X. Qiao, J. Chen a S. Ding, Colloids Surf., A, 2005, 256, 111–115
  10. ^ A b C Ouay, Benjamin Le a Francesco Stellacci. „Antibakteriální aktivita nanočástic stříbra: Surface Science Insight.“ Nano Today 10.3 (2015): 339-54. Web.
  11. ^ S. Kittler, C. Greulich, J. Diendorf, M. Köller, M. Epple, Chem. Mater. 22 (2010) 4548.
  12. ^ ] D. Baram-Pinto, S. Shukla, N. Perkas, A. Gedanken, R. Sarid Bioconjugate. Chem., 20 (2009), str. 1497–1502
  13. ^ M. J. Kasprowicz, M. Kozioł, A. Groczyca Can. J. Microbiol., 56 (2010), str. 247–253.
  14. ^ Z. Xiu, Q. Zhang, H.L. Puppala, V.L. Colvin, P.J.J. Alvarez, Nano Lett. 12 (2012) 4271.
  15. ^ H. Xu, F. Qu, H. Xu, W. Lai, Y. Andrew Wang, Z. Aguilar, H. Wei, Biometals 25 (2012) 45.
  16. ^ K. Loza, J. Diendorf, C. Sengstock, L. Ruiz-Gonzalez, J. M. Gonzalez-Calbet, M. Vallet-Regi, M. Koller, M. Epple, J. Mater. Chem. B 2 (2014) 1634.
  17. ^ Y. Yang, Q. Chen, J. D. Wall, Z. Hu, Water Res. 46 (2012) 1176.
  18. ^ http://infoscience.epfl.ch/record/212520/files/1-s2.0-S1748013215000493-main.pdf
  19. ^ H.-J. Park, J.Y. Kim, J. Kim, J.-H. Lee, J.-S. Hahn, M.B. Gu, J. Yoon, Water Res. 43 (2009) 1027.
  20. ^ Arciero, D .; Vannelli, T .; Logan, M .; Hopper, A. B. Degradace trichlorethylenu bakterií oxidující amoniak Nitrosomonas europaea Biochem. Biophys. Res. Commun. 1989, 159 (2) 640–643
  21. ^ Thurman, R. B .; Gerba, C. P .; Bitton, G. Molekulární mechanismy desinfekce bakterií a virů ionty mědi a stříbra Crit. Rev. Environ. Control 1989, 18 (4) 295–315