Окислительное растворение наночастиц серебра - Oxidative dissolution of silver nanoparticles

Наночастицы серебра (AgNP) действуют в основном посредством процесса, известного как окислительное растворение, в которой Ag + ионы высвобождаются через окислительный механизм. AgNP имеют потенциально широкое применение в области медицины, науки, пищевой и фармацевтической промышленности из-за их антимикробных свойств, низкого цитотоксичность у человека и недорогая стоимость.

Механизм

Окислительное растворение AgNP ослабляется в биологических системах компонентами, обнаруженными в цитозоле, такими как цистеин и глюкоза.

Серебро стабильно в воде и нуждается в окислительном элементе для окислительного растворения. Когда окислители Такие как пероксид водорода или кислород, они растворяют AgNP, высвобождая Ag+. Выпуск Ag+ приводит к созданию активных форм кислорода (ROS ) внутри ячеек, которые могут в дальнейшем растворять наночастицы. Некоторые наночастицы серебра выделяют защитный Ag3ОН поверхностные группы [1] и считается, что растворение удаляет эти группы и образует кислородные радикалы, которые ослабляют реакционную способность AgNP, вступая в решетка с образованием высокостабильного Ag6О-октаэдрическая структура.[1] Считалось, что эффективность AgNP в основном может быть связана с формой, поскольку нанопризмы и нороды оказались более активными, чем наносферы, потому что они обладают более высокой степенью воздействия. грани, что приводит к более быстрому высвобождению ионов Ag +.

Факторы окружающей среды

Факторы окружающей среды, которые играют роль в растворении частиц:

  • pH (скорость увеличивается с увеличением pH (6-8,5)),
  • присутствие галогенид ионы (вызывают Ag+ осадки),
  • покрытие частиц
  • наличие редуцирующих сахаров.[2][3]
  • Наличие цистеин [3] (тормозит растворение).
  • наличие естественного органического вещества.[4][5]

Синтез

Одним из методов получения AgNP является восстановление исходного материала, нитрата серебра, до элементарного серебра с использованием восстанавливающего агента, такого как тринатрийцитрат.

AgNP синтезируются с использованием микроволновая печь облучение,[4] гамма облучение [6] УФ активация,[7] или обычное отопление [8] нитрата серебра-прекурсора AgNO3 используя альгинат раствор как стабилизирующий и сокращение агент.[4][9] В карбоксил или же гидроксил группы на альгинат реагент образуют комплексы во время синтеза AgNP, которые стабилизируют реакцию.[4] Наночастицы размер и форму можно указать, изменив соотношение альгинат к нитрат серебра использованный и / или pH.[4] Такое покрытие, как PVP могут быть добавлены к наночастицам путем нагревания и последующего медленное охлаждение.[3]

Кинетика

Остановленный поток спектрометрия был использован для характеристики химический механизм и кинетика AgNPs. Было показано, что окислительное растворение AgNP реакция первого порядка по отношению к серебру и пероксид водорода и не зависит от размера частиц.[5]

Антимикробная активность

Окислительное растворение AgNP приводит к возникновению антимикробных условий. Ag + разрушает несколько метаболических механизмов бактерий, поскольку он: связывается с основаниями в ДНК, предотвращая репликацию клеток, денатурирует рибосомы, тем самым предотвращая синтез белка, лизирует мембрану бактериальной клетки и разрушает стенки бактериальных пептидогликанов.

Антибактериальный,[10][11] противовирусное средство [12] и противогрибковый [13] свойства были исследованы в ответ на AgNP растворение. Антибактериальный активность AgNPs намного сильнее в кислородных условиях, чем в аноксических.[10][14][15][16][17] За счет окислительного растворения в биологических системах AgNP могут воздействовать на важные биомолекулы Такие как "ДНК, пептиды, и кофакторы », А также впитываются неспецифическими части и одновременно нарушить несколько метаболические пути.[10] Известно, что они действуют как посредник между тиолы, иметь близость к органические амины и фосфаты.[18] Сочетание ионы серебра Реакция с биомолекулы с окислительный стресс, в конечном итоге приводит к токсичность в биологической среде.[19]

Подавление нитрификации

Окислительное растворение AgNPs с образованием Ag+, потенциально подавляет нитрификация в Аммиакокисляющие бактерии. Ключевым этапом нитрификации является окисление из аммиак к гидроксиламин (NH2OH) катализированный посредством фермент аммиачная монооксиганаза (AMO).[20] В ферментативная активность AMO очень уязвим для интерференции из-за его внутрицитоплазматического расположения и большого количества медь. Предполагается, что Ag+ ионы от AgNP мешают работе меди AMO облигации путем замены меди на Ag+ вызывает снижение ферментативной активности и, следовательно, нитрификацию.[21]

Рекомендации

  1. ^ а б Моллеман, Бастиан и Тжисс Хиемстра. «Структура поверхности наночастиц серебра как модель для понимания окислительного растворения ионов серебра». Langmuir 31.49 (2015): 13361-3372.
  2. ^ Хо, Чинг-Мин, Самми Кинг У Яу, Чун-Нам Лок, Ман-Хо Со и Чи-Мин Че. «Окислительное растворение наночастиц серебра биологически соответствующими окислителями: кинетические и механические исследования». Химия: Азиатский журнал, 8 января 2010 г. Web. 22 февраля 2016 г.
  3. ^ а б c Loza, K., J. Diendorf, C. Sengstock, L. Ruiz-Gonzalez, J.M. Gonzalez-Calbet, M. Vallet-Regi, M. Koller и M. Epple. «Растворение и биологические эффекты наночастиц серебра в биологических средах». Королевское химическое общество, 2014.
  4. ^ а б c d е Фолиатини, Ф., Йоки Юлизар и Мас Аю Хафиза. «Синтез наночастиц серебра с альгинатными крышками под воздействием микроволнового излучения». . Журнал математических и фундаментальных наук. Том 47, No 1 (2015)
  5. ^ а б Хо, Чи-Мин, Самми Кинг-Ун Яу, Чун-Нам Лок, Ман-Хо Со и Чи-Мин Че. «Окислительное растворение наночастиц серебра биологически соответствующими окислителями: кинетические и механические исследования». Chem. Asian J. Chemistry - An Asian Journal 5.2 (2010): 285-93. Интернет.
  6. ^ Лю Ю., Чен С., Чжун Л. и Ву Г. Получение высокостабильной дисперсии наночастиц серебра с использованием альгината натрия в качестве стабилизатора под действием гамма-излучения // Radiat. Phys. Chem., 78 (4), стр. 251-255, 2009.
  7. ^ Саха, С., Пал, А., Кунду, С., Басу, С. и Пал, Т., Фотохимический зеленый синтез стабилизированных альгинатом кальция наночастиц Ag и Au и их каталитическое применение для восстановления 4-нитрофенола, Langmuir, 26 (4), стр. 2885-2893, 2010.
  8. ^ Чен П., Чжан Х., Мяо З., Хан Б., Ан Г. и Лю З. Синтез in-situ наночастиц благородных металлов в растворе альгината и их применение в катализе, J. Nanosci . Нанотехнологии, 9 (4), стр. 2628-2633, 2009.
  9. ^ Х. Ван, Х. Цяо, Дж. Чен и С. Дин, Colloids Surf., A, 2005, 256, 111–115
  10. ^ а б c Уай, Бенджамин Ле и Франческо Стеллаччи. «Антибактериальная активность наночастиц серебра: взгляд на науку о поверхности». Нано сегодня 10.3 (2015): 339-54. Интернет.
  11. ^ S. Kittler, C. Greulich, J. Diendorf, M. Köller, M. Epple, Chem. Mater. 22 (2010) 4548.
  12. ^ ] Д. Барам-Пинто, С. Шукла, Н. Перкас, А. Геданкен, Р. Сарид Биоконъюгат. Chem., 20 (2009), стр. 1497–1502
  13. ^ М.Ю. Каспрович, М. Козиол, А. Грочица Кан. J. Microbiol., 56 (2010), стр. 247–253.
  14. ^ З. Сю, К. Чжан, Х.Л. Пуппала, В.Л. Колвин, П.Дж.Дж. Альварес, Nano Lett. 12 (2012) 4271.
  15. ^ Х. Сю, Ф. Цюй, Х. Сюй, В. Лай, Ю. Эндрю Ван, З. Агилар, Х. Вэй, 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. В 2 (2014) 1634.
  17. ^ Ю. Ян, К. Чен, Дж. Д. Уолл, З. Ху, Water Res. 46 (2012) 1176.
  18. ^ http://infoscience.epfl.ch/record/212520/files/1-s2.0-S1748013215000493-main.pdf
  19. ^ Х.-Ж. Парк, Дж. Kim, J. Kim, J.-H. Ли, Дж .-С. Хан, М. Гу, Дж. Юн, Water Res. 43 (2009) 1027.
  20. ^ Arciero, D .; Vannelli, T .; Логан, М .; Хоппер, А. Б. Деградация трихлорэтилена аммиачно-окисляющей бактерией Nitrosomonas europaea Biochem. Биофиз. Res. Commun. 1989, 159 (2) 640–643
  21. ^ Thurman, R.B .; Gerba, C.P .; Биттон Г. Молекулярные механизмы дезинфекции бактерий и вирусов ионами меди и серебра Крит. Rev. Environ. Контроль 1989, 18 (4) 295– 315