นาโนซิงค์ออกไซด์ – ทำความเข้าใจกลไกการต่อต้านแบคทีเรียและคุณสมบัติเฉพาะ

ซิงค์ออกไซด์เป็นส่วนประกอบสำคัญในเอนไซม์ ครีมกันแดด ครีมแก้ปวดและคันหลายชนิด ด้วยสเปกตรัมกว้าง ไมโครคริสตัลของผลิตภัณฑ์ชนิดนี้จึงสามารถดูดซับแสงในช่วงสเปกตรัม UVA และ UVB ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผลกระทบของสังกะสีออกไซด์ต่อการทำงานทางชีวภาพขึ้นอยู่กับสัณฐานวิทยาของมัน ขนาดของอนุภาค เวลาสัมผัส ความเข้มข้น ค่า pH และความเข้ากันได้ทางชีวภาพ มีประสิทธิภาพมากกว่าในการต่อต้านจุลินทรีย์ เช่น เชื้อ Bacillus subtilis เชื้อ Bacillus megaterium เชื้อ Staphylococcus aureus เชื้อ Sarcina lutea เชื้อ Escherichia coli เชื้อ Pseudomonas aeruginosa เชื้อ Klebsiella pneumonia เชื้อ Pseudomonas vulgaris เชื้อ Candida albicans และเชื้อ Aspergillus niger กลไกการออกฤทธิ์เกิดจากการกระตุ้นทางแสงของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ ซึ่งสามารถทะลุผนังเซลล์แบคทีเรียได้ผ่านการแพร่กระจาย จากภาพ SEM และ TEM ของเซลล์แบคทีเรีย ได้รับการยืนยันแล้วว่า นาโนซิงค์ออกไซด์ ทำลายเยื่อหุ้มเซลล์และสะสมอยู่ในไซโตพลาซึม จะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลชีวภาพ ทำให้เกิดภาวะอะพอพโทซิส นำไปสู่การตายของเซลล์

(Bản quyền NanoCMM Technology)

แนะนำ

นาโนเทคโนโลยีเกี่ยวข้องกับการผลิตและการประยุกต์ใช้วัสดุที่มีขนาดใหญ่ถึง 100 นาโนเมตร มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการต่างๆ มากมาย เช่น วิทยาศาสตร์วัสดุ การเกษตร อุตสาหกรรมอาหาร เครื่องสำอาง การแพทย์และการวินิจฉัย สารประกอบอนินทรีย์ขนาดนาโนแสดงให้เห็นถึงฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียอย่างโดดเด่นในความเข้มข้นที่ต่ำมากเนื่องจากอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรที่สูงและคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์ [ 11 ] นอกจากนี้ อนุภาคเหล่านี้ยังมีความเสถียรมากขึ้นที่อุณหภูมิและแรงดันสูงอีกด้วย [12] บางชนิดได้รับการยอมรับว่าไม่มีพิษและยังมีแร่ธาตุที่จำเป็นต่อร่างกายมนุษย์อีกด้วย [ 13 ] มีรายงานว่าวัสดุอนินทรีย์ที่มีคุณสมบัติต่อต้านแบคทีเรียสูงที่สุด ได้แก่ อนุภาคนาโนของโลหะและอนุภาคนาโนของโลหะออกไซด์ เช่น เงิน ทอง ทองแดง ไททาเนียมออกไซด์ และสังกะสีออกไซด์ [ 14 , 15 ]

สังกะสีเป็นธาตุที่จำเป็นต่อระบบของมนุษย์ หากไม่มีสังกะสี เอนไซม์หลายชนิด เช่น คาร์บอนิกแอนไฮเดรซ คาร์บอกซิเปปติเดส และแอลกอฮอล์ดีไฮโดรจีเนส จะไม่ทำงาน ในขณะที่ธาตุอีก 2 ชนิด ได้แก่ แคดเมียมและปรอท ซึ่งอยู่ในกลุ่มธาตุที่มีโครงร่างอิเล็กตรอนเท่ากัน จะเป็นพิษ – มันเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับยูคาริโอตเพราะมันควบคุมการทำงานทางสรีรวิทยาหลายๆ อย่าง [ 16 , 17 ] เกลือไม้ไผ่ซึ่งมีสังกะสีใช้เป็นยาสมุนไพรเพื่อรักษาการอักเสบโดยควบคุมกิจกรรมของคาสเปส-1 อนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าลดการแสดงออกของ mRNA ของไซโตไคน์ที่ก่อให้เกิดการอักเสบได้โดยการยับยั้งการทำงานของ NF-kB (ปัจจัยนิวเคลียร์แคปปา B) [ 18 ]

การติดเชื้อแบคทีเรียได้รับการยอมรับว่าเป็นปัญหาสุขภาพที่ร้ายแรงทั่วโลก การกลายพันธุ์ของแบคทีเรียใหม่ การดื้อยาปฏิชีวนะ การระบาดของสายพันธุ์ที่ก่อโรค ฯลฯ กำลังเพิ่มมากขึ้น ดังนั้น การพัฒนาสารต่อต้านแบคทีเรียที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นจึงเป็นสิ่งจำเป็น สังกะสีออกไซด์เป็นที่รู้จักกันว่ามีคุณสมบัติต่อต้านแบคทีเรียมาตั้งแต่สมัยโบราณ [ 19 ] มีการใช้ในรัชสมัยของฟาโรห์ และบันทึกทางประวัติศาสตร์แสดงให้เห็นว่าสังกะสีออกไซด์ถูกนำมาใช้ในขี้ผึ้งต่างๆ เพื่อรักษาบาดแผลและฝีตั้งแต่ต้นปี 2000 ก่อนคริสตกาล [20] ยังคงใช้ในโลชั่นกันแดด เป็นอาหารเสริม วัสดุที่นำแสงได้ LED ทรานซิสเตอร์โปร่งใส เซลล์แสงอาทิตย์ อุปกรณ์หน่วยความจำ [ 21 , 22 ] เครื่องสำอาง [ 23 , 24] และตัวเร่งปฏิกิริยา [ 25 ] แม้ว่าจะมีการผลิต ZnO ในปริมาณมากในแต่ละปี แต่มีปริมาณเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่นำมาใช้ในทางการแพทย์ [ 26 ] สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐอเมริกายอมรับว่าสังกะสีออกไซด์ (21 CFR 182.8991) เป็นสารที่ปลอดภัย [ 27 ] มีลักษณะเด่นคือมีคุณสมบัติเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงและตัวออกซิเดชันด้วยแสงต่อสารเคมีชีวภาพ [ 28 ]

สังกะสีออกไซด์ได้รับการจัดประเภทภายใต้ประเภทอันตรายของสหภาพยุโรปว่าเป็น N; R50-53 (เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม) สารประกอบสังกะสีมีพิษต่อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและพืชในปริมาณเล็กน้อย [ 29 , 30 ] ร่างกายมนุษย์มีสังกะสีประมาณ 2–3 กรัม และความต้องการรายวันคือ 10–15 มิลลิกรัม [ 29 , 31 ] ไม่มีรายงานที่แสดงถึงความก่อมะเร็ง ความเป็นพิษต่อพันธุกรรม และความเป็นพิษต่อระบบสืบพันธุ์ในมนุษย์ [ 29 , 32 ] อย่างไรก็ตาม การสูดดมหรือกินผงสังกะสีเข้าไปอาจทำให้เกิดอาการที่เรียกว่าไข้สังกะสี ตามมาด้วยอาการหนาวสั่น มีไข้ ไอ เป็นต้น

สัณฐานวิทยาของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ขึ้นอยู่กับกระบวนการสังเคราะห์ อาจเป็นนาโนร็อด นาโนเพลต [33,34,35] นาโนสเฟียร์ [36] นาโนบ็อกซ์ [35] รูปหกเหลี่ยม ขาตั้งสามขา [37] สัตว์สี่ขา [38] นาโนไวร์ นาโนทิวบ์ นาโนเคจ [39,40,41] นาโนเคจ และนาโนฟลาวเวอร์ [42,43] อนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์มีฤทธิ์ต้านแบคทีเรียแกรมบวกได้ดีกว่าอนุภาคนาโนอื่นๆ ในกลุ่มธาตุเดียวกัน อาหารแปรรูปมีความเสี่ยงต่อการปนเปื้อนของแบคทีเรีย Salmonella, Staphylococcus aureus และ E. coli มากขึ้น ซึ่งทำให้คุณภาพและความปลอดภัยของอาหารได้รับผลกระทบเป็นอย่างมาก สารต่อต้านจุลินทรีย์ถูกผสมอยู่ในอาหารบรรจุหีบห่อเพื่อป้องกันไม่ให้เน่าเสีย บรรจุภัณฑ์ป้องกันจุลินทรีย์ประกอบด้วยวัสดุที่ไม่เป็นพิษซึ่งยับยั้งหรือชะลอการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่มีอยู่ในอาหารหรือวัสดุบรรจุภัณฑ์ [ 44 ] สารต่อต้านแบคทีเรียสำหรับใช้ของมนุษย์จะต้องมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้

ก) จะไม่เป็นพิษ.
ข) ไม่ควรทำปฏิกิริยากับอาหารหรือภาชนะบรรจุ
ค) ต้องมีรสชาติดีหรือไม่มีรสชาติ
ง) ไม่ควรมีกลิ่นไม่พึงประสงค์

อนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์เป็นโลหะออกไซด์อนินทรีย์ชนิดหนึ่งที่ตรงตามข้อกำหนดทั้งหมดข้างต้น ดังนั้นจึงสามารถใช้เป็นยา สารกันเสียในบรรจุภัณฑ์ และสารต่อต้านแบคทีเรียได้อย่างปลอดภัย [ 45 , 46 ] สามารถแพร่กระจายเข้าสู่วัตถุดิบอาหารได้อย่างง่ายดาย ฆ่าเชื้อแบคทีเรียและป้องกันโรคของมนุษย์ ตามข้อบังคับของสหภาพยุโรป 1935/2004/EC และ 450/2009/EC บรรจุภัณฑ์แอ็คทีฟหมายถึงวัสดุแอ็คทีฟที่สัมผัสกับอาหารซึ่งสามารถเปลี่ยนองค์ประกอบของอาหารหรือบรรยากาศโดยรอบได้ [47] ดังนั้นจึงมักถูกนำมาใช้เป็นสารกันบูดและผสมอยู่ในวัสดุบรรจุภัณฑ์โพลีเมอร์เพื่อป้องกันไม่ให้ส่วนผสมอาหารได้รับความเสียหายจากแบคทีเรีย [ 48] อนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ถูกนำมาใช้เป็นสารต่อต้านแบคทีเรีย Salmonella typhi และ S. aureus ในหลอดทดลอง ในบรรดาอนุภาคนาโนโลหะออกไซด์ทั้งหมดที่ได้รับการศึกษาจนถึงปัจจุบัน อนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์มีความเป็นพิษต่อจุลินทรีย์สูงที่สุด [ 49] นอกจากนี้ยังสาธิตจากภาพ SEM และ TEM ว่านาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์ทำลายผนังเซลล์แบคทีเรียก่อน จากนั้นทะลุผ่านและสะสมในเยื่อหุ้มเซลล์ในที่สุด พวกมันเข้าไปรบกวนการทำงานของระบบเผาผลาญของจุลินทรีย์ ทำให้จุลินทรีย์ตาย คุณสมบัติทั้งหมดของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาค รูปร่าง ความเข้มข้น และระยะเวลาการสัมผัสกับเซลล์แบคทีเรีย นอกจากนี้ ยังมีการตรวจสอบการศึกษาการกระจายทางชีวภาพของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ด้วย เช่น Wang et al. [ 50] ศึกษาผลกระทบของการสัมผัสกับนาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์ในระยะยาวต่อการกระจายทางชีวภาพและการเผาผลาญสังกะสีในหนูเป็นเวลา 3 ถึง 35 สัปดาห์ ผลการทดลองแสดงให้เห็นความเป็นพิษขั้นต่ำต่อหนูเมื่อสัมผัสกับนาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์ 50 และ 500 มก./กก. ในอาหาร เมื่อใช้ขนาดยาสูงกว่า 5,000 มก./กก. นาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์จะช่วยลดน้ำหนักตัวได้ แต่จะเพิ่มน้ำหนักของตับอ่อน สมอง และปอด นอกจากนี้ ยังช่วยเพิ่มกิจกรรมของเอนไซม์ทรานส์อะมิเนสกลูตามิก-ไพรูกในซีรั่มและการแสดงออกของ mRNA ของยีนที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญสังกะสี เช่น เมทัลโลไทโอเนอิน การศึกษาการกระจายทางชีวภาพแสดงให้เห็นว่ามีการสะสมสังกะสีที่เพียงพอในตับ ตับอ่อน ไต และกระดูก การดูดซับและการกระจายตัวของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์/ไมโครอนุภาคสังกะสีออกไซด์ขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาคเป็นอย่างมาก ลี และคณะ [ 51] ศึกษาการกระจายทางชีวภาพของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ที่ให้ทางปากหรือเข้าช่องท้องในหนูอายุ 6 สัปดาห์ ไม่มีการตรวจพบผลข้างเคียงที่ชัดเจนในนาโนอนุภาคซิงค์ออกไซด์ที่รับประทานเข้าไประหว่างการศึกษา 14 วัน อย่างไรก็ตาม การฉีดเข้าช่องท้องขนาด 2.5 กรัมต่อน้ำหนักตัว 1 กิโลกรัมในหนูทดลองพบว่ามีการสะสมของสังกะสีในหัวใจ ตับ ม้าม ปอด ไต และอัณฑะ พบว่าระดับนาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์ในตับเพิ่มขึ้นเกือบเก้าเท่าหลังจากผ่านไป 72 ชั่วโมง พบว่านาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์มีการกระจายทางชีวภาพไปที่ตับ ม้าม และไตได้ดีกว่าอนุภาคที่ให้ทางปากในหนู เนื่องจากอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ไม่มีอันตรายในความเข้มข้นต่ำ จึงสามารถกระตุ้นเอนไซม์บางชนิดในร่างกายมนุษย์และพืช และป้องกันโรคได้ สิงห์ และคณะ [ 52] ยังได้ทบทวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ การดูดซึม การเคลื่อนย้าย และการเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพในระบบพืชเมื่อไม่นานนี้ด้วย

ในบทวิจารณ์นี้ เราพยายามรวบรวมข้อมูลทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ในฐานะสารต่อต้านแบคทีเรีย นอกจากนี้ ยังมีการอภิปรายกลไกการโต้ตอบระหว่างอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์กับแบคทีเรียต่างๆ อย่างละเอียดอีกด้วย

ฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์

เป็นที่ทราบกันดีว่าอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์มีคุณสมบัติต่อต้านแบคทีเรียและยับยั้งการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์โดยการแทรกซึมผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ ความเครียดออกซิเดชันทำลายไขมัน คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และ DNA [ 53 ] การเกิดลิพิดเปอร์ออกซิเดชันเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งสุดท้ายแล้วจะไปรบกวนการทำงานที่สำคัญของเซลล์ [ 54 ] ได้รับการสนับสนุนจากกลไกความเครียดออกซิเดชันที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ใน Escherichia coli [ 55 ] อย่างไรก็ตาม สำหรับการแขวนลอยของสังกะสีออกไซด์จำนวนมาก ได้มีการเสนอการสร้าง H 2 O 2 จากภายนอกเพื่อระบุคุณสมบัติต้านจุลินทรีย์ [ 56] นอกจากนี้ ยังมีการพิจารณาถึงความเป็นพิษของอนุภาคนาโนที่ปล่อยไอออนพิษออกมาด้วย เนื่องจากสังกะสีออกไซด์เป็นสารแอมโฟเทอริกโดยธรรมชาติ จึงทำปฏิกิริยากับทั้งกรดและด่างเพื่อสร้างไอออน Zn 2+

ไอออน Zn 2+ อิสระจะจับกับไบโอโมเลกุล เช่น โปรตีน และคาร์โบไฮเดรต ทันที และการทำงานของแบคทีเรียที่สำคัญทั้งหมดจะหยุดลง ความเป็นพิษของสังกะสีออกไซด์ อนุภาคนาโนสังกะสี และ ZnSO 4 · 7H 2 O ได้รับการทดสอบ (ตาราง 1) ต่อ Vibrio fischeri พบว่า ZnSO 4 · 7H 2 O มีพิษมากกว่าสังกะสีออกไซด์และอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ 6 เท่า อนุภาคนาโนจะกระจายตัวอยู่ในตัวทำละลาย ไม่ได้ละลาย ดังนั้นจึงไม่สามารถปล่อยไอออน Zn 2+ ได้ ความสามารถในการใช้ประโยชน์ทางชีวภาพของไอออน Zn 2+ ไม่ได้อยู่ที่ 100% เสมอไป และอาจแตกต่างกันไปตามค่า pH ทางสรีรวิทยา ศักย์รีดอกซ์ และไอออนลบที่เกี่ยวข้อง เช่น Cl − หรือ SO 4 2−

ตารางที่ 1 ความเป็นพิษ (EC50, EC20 และ NOEC ใน 30 นาที และ MIC) ของสารแขวนลอยในน้ำของโลหะออกไซด์ CuSO4 และ ZnSO4.7H2O ต่อ Vibrio fischeri

[ 59 ]

ความสามารถในการละลายของสังกะสีออกไซด์ (1.6–5.0 มก./ล.) ในสภาพแวดล้อมทางน้ำจะสูงกว่าความสามารถในการละลายของนาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์ (0.3–3.6 มก./ล.) ในสภาพแวดล้อมเดียวกัน [ 57 ] ซึ่งเป็นพิษต่อสาหร่ายและสัตว์จำพวกกุ้ง ทั้งซิงค์ออกไซด์นาโนและซิงค์ออกไซด์จำนวนมากมีพิษน้อยกว่า ZnSO 4 ต่อ V. fischeri ถึง 40–80 เท่า ฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียที่สูงขึ้นของ ZnSO 4 เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความสามารถในการละลายที่ปลดปล่อยไอออน Zn 2+ ซึ่งมีการเคลื่อนตัวที่สูงกว่าและมีความสัมพันธ์ที่มากกว่า [ 58] กับไบโอโมเลกุลในเซลล์แบคทีเรีย เนื่องมาจากประจุบวกบน Zn 2+ และประจุลบบนไบโอโมเลกุล

เนื่องจากสังกะสีออกไซด์และอนุภาคนาโนมีความสามารถในการละลายได้จำกัด จึงมีพิษต่อจุลินทรีย์น้อยกว่า ZnSO 4 · 7H 2 O ละลายได้สูง อย่างไรก็ตาม การแทรกซึมของอนุภาคนาโนออกไซด์ของโลหะเข้าไปในเซลล์แบคทีเรียไม่จำเป็นต่อความเป็นพิษ [ 59 ] การสัมผัสระหว่างอนุภาคนาโนกับผนังเซลล์เพียงพอที่จะทำให้เกิดพิษได้ หากเป็นความจริง จำเป็นต้องใช้อนุภาคโลหะจำนวนมากเพื่อห่อหุ้มและป้องกันเซลล์แบคทีเรียจากสภาพแวดล้อมโดยรอบอย่างสมบูรณ์ โดยไม่เปิดโอกาสให้สารอาหารถูกดูดซึมเพื่อดำเนินกระบวนการชีวิตต่อไป เนื่องจากนาโนอนุภาคและไอออนโลหะมีขนาดเล็กกว่าเซลล์แบคทีเรีย จึงมีแนวโน้มที่จะทำลายเยื่อหุ้มเซลล์และยับยั้งการเจริญเติบโต

โลหะออกไซด์ขนาดนาโนหลายชนิด เช่น ZnO, CuO, Al 2 O 3 , ​​​​La 2 O 3 , ​​​​Fe 2 O 3 , ​​​​SnO 2 และ TiO 2 พบว่ามีพิษมากที่สุดต่อ E. coli [ 49 ] อนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ใช้ภายนอกเพื่อรักษาการติดเชื้อแบคทีเรียชนิดไม่รุนแรง แต่ไอออนสังกะสีเป็นธาตุที่จำเป็นต่อไวรัสบางชนิดและมนุษย์ โดยเพิ่มการทำงานของเอนไซม์ในไวรัสที่บูรณาการ [ 45 , 60 , 61] ยังได้รับการสนับสนุนจากการเพิ่มขึ้นของไวรัสเนื้อตายของตับอ่อนที่ติดเชื้อถึง 69.6% เมื่อได้รับการรักษาด้วย Zn 10 มก./ล. [ 46 ] อาจเป็นผลมาจากความสามารถในการละลายของไอออน Zn ที่มากกว่า ZnO เพียงอย่างเดียว ภาพ SEM และ TEM แสดงให้เห็นว่านาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์ทำลายผนังเซลล์แบคทีเรีย [ 55 , 62 ] และเพิ่มการซึมผ่าน ตามด้วยการสะสมใน E. coli ซึ่งจะยับยั้งการจำลองแบบของแบคทีเรีย [ 63 ]

ในอดีตอันใกล้ ฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ได้รับการศึกษากับแบคทีเรียแกรมบวกและแกรมลบที่รู้จักสี่ชนิด ได้แก่ Staphylococcus aureus, E. coli, Salmonella typhimurium และ Klebsiella pneumoniae จากการสังเกตพบว่าปริมาณที่ยับยั้งการเติบโตของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์คือ 15 μg/ml แม้ว่าในกรณีของ K. pneumoniae จะต่ำถึง 5 μg/ml ก็ตาม [ 63 , 64] พบว่าเมื่อความเข้มข้นของอนุภาคนาโนเพิ่มขึ้น จะทำให้การยับยั้งการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์เพิ่มขึ้น เมื่อฟักเป็นเวลา 4–5 ชั่วโมงด้วยความเข้มข้นสูงสุดของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ที่ 45 μg/ml การเจริญเติบโตจะถูกยับยั้งอย่างมาก คาดว่าหากเพิ่มระยะเวลาการฟักตัว การยับยั้งการเจริญเติบโตก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน โดยที่กลไกการออกฤทธิ์ไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก [ 63 ]

มีรายงานว่าอนุภาคนาโนออกไซด์ของโลหะทำลายเยื่อหุ้มเซลล์แบคทีเรียก่อนแล้วจึงแทรกซึมเข้าไป [ 64 ] นอกจากนี้ยังมีการเสนอว่าการปลดปล่อย H 2 O 2 อาจเป็นทางเลือกสำหรับฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรีย [ 65 ] อย่างไรก็ตาม ข้อเสนอนี้ต้องการหลักฐานการทดลอง เนื่องจากการมีอยู่ของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะสร้าง H 2 O 2  อนุภาคนาโนสังกะสีหรืออนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ในความเข้มข้นที่ต่ำมากไม่เป็นพิษต่อร่างกายมนุษย์ การเสริมสังกะสีผ่านอาหารเป็นประจำทุกวันเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ระบบเผาผลาญทำงานเป็นปกติ สังกะสีออกไซด์เป็นที่ทราบกันดีว่าช่วยปกป้องกระเพาะอาหารและลำไส้จากความเสียหายที่เกิดจากเชื้ออีโคไล [65] ค่า pH ในกระเพาะอาหารจะอยู่ระหว่าง 2 ถึง 5 ดังนั้นสังกะสีออกไซด์ในกระเพาะอาหารจึงสามารถทำปฏิกิริยากับกรดจนผลิตไอออน Zn 2+ ได้ สามารถช่วยกระตุ้นเอนไซม์คาร์บอกซีเปปไทเดส คาร์บอนิกแอนไฮเดรซ และแอลกอฮอล์ดีไฮโดรจีเนส ซึ่งช่วยย่อยคาร์โบไฮเดรตและแอลกอฮอล์ Premanathan และคณะ [ 66] รายงานความเป็นพิษของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ต่อเซลล์โพรคาริโอตและยูคาริโอต ค่า MIC ของนาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์ต่อเชื้อ E. coli, Pseudomonas aeruginosa และ S. aureus อยู่ที่ 500 และ 125 μg/ml ตามลำดับ มีการเสนอกลไกการกระทำสองอย่างสำหรับความเป็นพิษของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ ได้แก่ (1) การสร้าง ROS และ (2) การเหนี่ยวนำให้เกิดอะพอพโทซิส อนุภาคนาโนโลหะออกไซด์ทำให้เกิดการผลิต ROS และทำให้เซลล์อยู่ภายใต้ภาวะเครียดออกซิเดชัน ส่งผลให้ส่วนประกอบของเซลล์ เช่น ไขมัน โปรตีน และ DNA เสียหาย [ 67 , 68 , 69 ] ดังนั้นอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์จึงทำให้เกิดพิษผ่านภาวะอะพอพโทซิส พวกมันมีพิษต่อเซลล์มะเร็งมากกว่าเซลล์ปกติแม้ว่าจะไม่สามารถแยกแยะระหว่างเซลล์ทั้งสองได้ก็ตาม

เมื่อเร็วๆ นี้ ปติ และคณะ [70] แสดงให้เห็นว่าอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ทำลายความสมบูรณ์ของเยื่อหุ้มเซลล์แบคทีเรีย ลดคุณสมบัติไม่ชอบน้ำของพื้นผิวเซลล์ และปรับเปลี่ยนการถอดรหัสของยีนที่ต้านทานความเครียดออกซิเดชันในแบคทีเรีย พวกมันเสริมการฆ่าเชื้อแบคทีเรียภายในเซลล์ด้วยการสร้าง ROS อนุภาคนาโนเหล่านี้จะไปขัดขวางการก่อตัวของไบโอฟิล์มและยับยั้งการแตกของเม็ดเลือดแดงจากพิษฮีโมไลซินที่เกิดจากเชื้อโรค พบว่าการใช้นาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์ในผิวหนังช่วยลดการติดเชื้อและการอักเสบของผิวหนังในหนูได้อย่างมีนัยสำคัญ และยังช่วยปรับปรุงโครงสร้างของผิวหนังที่ติดเชื้ออีกด้วย

ความสามารถในการละลายและกิจกรรมที่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์

อนุภาคนาโนยังถูกใช้เป็นตัวพาเพื่อนำส่งตัวแทนการบำบัดเพื่อรักษาการติดเชื้อแบคทีเรีย [ 1 , 9 ] เนื่องจากอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ในความเข้มข้นสูงถึง 100 μg/ml ไม่เป็นอันตรายต่อเซลล์ร่างกายปกติ จึงสามารถใช้ทดแทนยาปฏิชีวนะได้ พบว่า 90% ของอาณานิคมตายหลังจากสัมผัสกับอนุภาคซิงค์ออกไซด์ปริมาณ 500–1000 μg/ml เป็นเวลาเพียง 6 ชั่วโมง แม้แต่แบคทีเรีย S. aureus ที่ดื้อยา Mycobacterium smegmatis และ Mycobacterium bovis เมื่อได้รับการรักษาด้วยนาโนอนุภาคซิงค์ออกไซด์ร่วมกับยาต้านวัณโรคขนาดต่ำอย่างริแฟมพิซิน (0.7 ไมโครกรัม/มล.) การเติบโตของแบคทีเรียเหล่านี้ก็ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ เชื้อโรคเหล่านี้จะถูกกำจัดจนหมดสิ้นโดยการฟักเป็นเวลา 24 ชั่วโมงด้วยอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ 1,000 μg/ml จึงสรุปได้ว่า ถ้าใช้ยาขนาดเดิมซ้ำๆ กัน ผู้ป่วยโรคติดเชื้อดังกล่าวก็สามารถรักษาให้หายขาดได้ นอกจากนี้ยังสังเกตด้วยว่าขนาดของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ที่มีขนาดตั้งแต่ 50 ถึง 500 นาโนเมตรมีผลเหมือนกันต่อการยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย

ความเป็นพิษต่อเซลล์ของสังกะสีออกไซด์ได้รับการศึกษาโดยนักวิจัยหลายคนในจุลินทรีย์และระบบพืชต่างๆ [ 71 , 72 , 73 , 74 ] ความเป็นพิษของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นและความสามารถในการละลาย ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าความเข้มข้นสูงสุดของการสัมผัสสารแขวนลอยของสังกะสีออกไซด์ (125 มก./ล.) จะปล่อยไอออน Zn 2+ ออกมา 6.8 มก./ล. ความเป็นพิษเป็นผลรวมของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์และไอออน Zn 2+ ที่ถูกปล่อยออกมาในสภาพแวดล้อมทางน้ำ อย่างไรก็ตาม มีการตรวจพบผลกระทบของไอออนโลหะเพียงเล็กน้อย ซึ่งบ่งชี้ว่าการยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียนั้นเกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์กับจุลินทรีย์เป็นหลัก ผลของพิษต่อเซลล์ของอนุภาคนาโนโลหะออกไซด์ชนิดหนึ่งมีความอ่อนไหวต่อสายพันธุ์ สะท้อนจากโซนการยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียหลายชนิด [ 75 ]

มีข้อเสนอแนะว่าการยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์แบคทีเรียเกิดขึ้นโดยหลักแล้วโดยไอออน Zn 2+ ที่เกิดจากการย่อยสลายของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์นอกเซลล์ [ 76 ] โช และคณะ [ 77 ] สรุปจากการศึกษาในหนูว่านาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์ยังคงสภาพสมบูรณ์เมื่ออยู่ที่ค่า pH เป็นกลางหรือในระดับชีวภาพ แต่จะละลายอย่างรวดเร็วในสภาวะเป็นกรด (pH 4.5) ในไลโซโซมของจุลินทรีย์ ส่งผลให้อนุภาคเหล่านั้นตาย สิ่งนี้เป็นจริงเนื่องจากภายใต้สภาวะที่เป็นกรด สังกะสีออกไซด์จะละลายและสร้างไอออน Zn 2+ ซึ่งจะจับกับไบโอโมเลกุลภายในเซลล์แบคทีเรีย เพื่อยับยั้งการเติบโตของเซลล์

พบว่านาโนอนุภาคซิงค์ออกไซด์มีฤทธิ์เป็นพิษต่อเซลล์ภูมิคุ้มกันหลักหลายชนิด การวิเคราะห์ทรานสคริปโตมแสดงให้เห็นว่าอนุภาคนาโนมีโปรไฟล์ทางพันธุกรรมร่วมกันโดยมีการควบคุมระดับของยีนเมทัลโลไธโอเนอินที่สอดคล้องกับความสามารถในการละลายของอนุภาคนาโน [ 78 ] อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถระบุได้อย่างแน่นอนว่าสังกะสีที่ดูดซับนั้นเป็น Zn 2+ หรือสังกะสีออกไซด์หรือทั้งสองอย่าง แม้ว่านาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์ที่มีขนาดเล็กกว่าจะมีความเข้มข้นในเลือดมากกว่าอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า (19 และ >100 นาโนเมตร) ก็ตาม ประสิทธิภาพของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ขึ้นอยู่กับตัวกลางปฏิกิริยาที่เกิด Zn 2+ และการแทรกซึมเข้าสู่เซลล์เป็นหลัก

เชียงและคณะ [79] รายงานว่าการแตกตัวของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ส่งผลให้เกิดการหยุดชะงักของการรักษาสมดุลสังกะสีในเซลล์ คุณสมบัติลักษณะเฉพาะของอนุภาคนาโนและผลกระทบต่อการทำงานทางชีวภาพแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากวัสดุจำนวนมาก [ 80 ] การรวมตัวของอนุภาคนาโนส่งผลต่อความเป็นพิษต่อเซลล์ของแมคโครฟาจ และความเข้มข้นของอนุภาคจะช่วยควบคุมการรวมตัวของอนุภาคนาโน อนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ไม่มีประสิทธิภาพที่ความเข้มข้นต่ำ แต่ที่ความเข้มข้นที่สูงขึ้น (100 μg/ml) จะแสดงอาการเป็นพิษต่อเซลล์ที่แตกต่างกันไปตามแต่ละเชื้อโรค

การใช้นาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์โดยไม่ได้ตั้งใจ บางครั้งอาจส่งผลเสียต่อระบบสิ่งมีชีวิตได้ ศึกษาเกี่ยวกับภาวะอะพอพโทซิสและศักยภาพในการเกิดพิษทางพันธุกรรมในเซลล์ตับของมนุษย์และความเป็นพิษต่อเซลล์ พบว่าความสามารถในการมีชีวิตของเซลล์ตับลดลงเมื่อสัมผัสกับอนุภาคซิงค์ออกไซด์ปริมาณ 14–20 μg/ml เป็นเวลา 12 ชั่วโมง นอกจากนี้ยังก่อให้เกิดความเสียหายต่อ DNA อันเนื่องมาจากความเครียดออกซิเดชันอีกด้วย ซาวาย และคณะ [ 56 ] แสดงให้เห็นว่าการเกิด ROS เป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของผงสังกะสีออกไซด์ ROS กระตุ้นให้ศักยภาพของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียลดลง ทำให้เกิดอะพอพโทซิส [ 81 ] การดูดซึมอนุภาคระดับเซลล์ไม่จำเป็นต้องเกิดขึ้นเพื่อให้เกิดพิษต่อเซลล์

ฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียที่ขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์

ในการศึกษาหนึ่ง Azam et al. [82] รายงานว่าฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียทั้งแกรมลบ (E. coli และ P. aeruginosa) และแบคทีเรียแกรมบวก (S. และ Bacillus subtilis) เพิ่มขึ้นตามอัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรที่เพิ่มขึ้น เนื่องมาจากขนาดอนุภาคของนาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์ที่ลดลง นอกจากนี้ ในการศึกษาครั้งนี้ อนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์แสดงให้เห็นการยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียสูงสุด (25 มม.) ต่อ B. subtilis (รูปที่ 1)

รูปที่ 1

ฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียและ/หรือโซนการยับยั้งเกิดขึ้นจากอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ต่อแบคทีเรียแกรมบวกและแกรมลบ ได้แก่ Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa และ Bacillus subtilis[82]

มีรายงานว่านาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์ที่มีขนาดเล็กกว่าจะแสดงฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียได้มากกว่าอนุภาคที่มีขนาดเล็กมาก [ 83 ] ตัวอย่างเช่น นาโนอนุภาค Au 55 ขนาด 1.4 นาโนเมตรได้รับการแสดงให้เห็นว่าทำปฏิกิริยากับร่องหลักของ DNA ซึ่งเป็นสาเหตุของความเป็นพิษ [ 84 ] แม้ว่าจะมีรายงานผลลัพธ์ที่ขัดแย้งกัน แต่คนงานจำนวนมากก็แสดงให้เห็นผลเชิงบวกของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ต่อเซลล์แบคทีเรีย อย่างไรก็ตาม Brayner et al. [ 63] ภาพ TEM แสดงให้เห็นว่าอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ที่มีขนาด 10–14 นาโนเมตรแทรกซึมเข้าไปภายใน (เมื่อสัมผัสกับแบคทีเรีย) และทำให้เยื่อหุ้มเซลล์แบคทีเรียเสียหาย สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งก็คือ นาโนอนุภาคสังกะสี/สังกะสีออกไซด์จะต้องไม่เป็นพิษต่อมนุษย์ เนื่องจากมีความเป็นพิษต่อเซลล์ T ที่สูงกว่า 5 มิลลิโมลาร์ [ 85 ] และต่อเซลล์เนื้องอกของต่อมหมวกไตที่สูงกว่า 1.2 มิลลิโมลาร์ [ 86 ] Nair และคณะ [87] สำรวจเฉพาะผลกระทบของขนาดนาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์ต่อความเป็นพิษของเซลล์แบคทีเรียและมนุษย์ พวกเขาศึกษาผลกระทบของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ต่อแบคทีเรียแกรมบวกและแกรมลบและเซลล์มะเร็งกระดูก (MG-63)

เป็นที่ทราบกันดีว่าฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์นั้นแปรผกผันกับขนาดของอนุภาคและเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของอนุภาค [ 88 ] นอกจากนี้ยังสังเกตอีกด้วยว่าไม่จำเป็นต้องใช้แสง UV ในการเปิดใช้งาน มันทำงานภายใต้แสงแดดปกติหรือแม้กระทั่งแสงแดดที่กระจายตัว กิจกรรมของสารพิษต่อเซลล์อาจเกี่ยวข้องกับทั้งการผลิต ROS และการสะสมของอนุภาคนาโนในไซโตพลาซึมหรือบนเยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอก อย่างไรก็ตาม การผลิต H 2 O 2 และการมีส่วนร่วมในการกระตุ้นอนุภาคนาโนไม่สามารถละเลยได้ Raghupathi และคณะ [ 88 ] สังเคราะห์อนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์จากเกลือสังกะสีที่แตกต่างกัน และสังเกตว่าอนุภาคนาโนที่ได้จาก Zn(NO 3 ) 2 มีขนาดเล็กที่สุด (12 นาโนเมตร) และมีพื้นที่ผิวใหญ่ที่สุด (90.4) ผู้เขียนแสดงให้เห็นว่าการยับยั้งการเจริญเติบโตของ S. aureus ที่ความเข้มข้น 6 มิลลิโมลาร์ของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ขึ้นอยู่กับขนาด นอกจากนี้ ยังแสดงให้เห็นจากการกำหนดอัตราการรอดชีวิตของเซลล์ระหว่างที่เซลล์แบคทีเรียสัมผัสกับอนุภาค นาโนซิงค์ออกไซด์ ว่า จำนวนเซลล์ที่ฟื้นตัวลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อขนาดของอนุภาค นาโนซิงค์ออกไซด์ ลดลง โจนส์และคณะ [89] แสดงให้เห็นว่าอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 นาโนเมตรสามารถยับยั้งการเติบโตของ S. aureus, E. coli และ B. subtilis ได้ เลือกนาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์ที่มีขนาดตั้งแต่ 12 ถึง 307 นาโนเมตร และยืนยันความสัมพันธ์ระหว่างฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียและขนาดแล้ว ความเป็นพิษต่อจุลินทรีย์เชื่อกันว่าเกิดจากการสร้างไอออน Zn 2+ จากสังกะสีออกไซด์เมื่อถูกแขวนลอยอยู่ในน้ำ และในระดับหนึ่งอาจเกิดจากการเปลี่ยนแปลงค่า pH เล็กน้อยด้วย เนื่องจากไอออน Zn 2+ ถูกปล่อยออกมาจากอนุภาค นาโนซิงค์ออกไซด์ น้อยเกินไป กิจกรรมต่อต้านแบคทีเรียจึงเกิดจากอนุภาค นาโนซิงค์ออกไซด์ ที่มีขนาดเล็กกว่าเป็นหลัก เมื่อขนาดอยู่ที่ 12 นาโนเมตร มันจะยับยั้งการเติบโตของ S. aureus แต่เมื่อขนาดอยู่ที่เกิน 100 นาโนเมตร ผลการยับยั้งจะน้อยที่สุด [89]

รูปร่าง องค์ประกอบ และความเป็นพิษของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์

อนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์แสดงให้เห็นถึงความเป็นพิษต่อเซลล์ซึ่งขึ้นอยู่กับความเข้มข้นและชนิดของเซลล์ที่ได้รับเนื่องจากความไวที่แตกต่างกัน [ 90 , 91 ] สาฮู และคณะ [90] เน้นย้ำถึงความแตกต่างของความเป็นพิษต่อเซลล์ระหว่างขนาดอนุภาคและความไวของเซลล์ที่แตกต่างกันต่ออนุภาคที่มีองค์ประกอบเดียวกัน ในการศึกษาล่าสุดอีกกรณีหนึ่ง Ng et al. [91] ตรวจสอบความเป็นพิษต่อเซลล์ที่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นในเซลล์ MRC5 ของปอดของมนุษย์ ผู้เขียนรายงานการดูดซึมและการนำนาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์เข้าสู่เซลล์ MRC5 ของปอดของมนุษย์โดยใช้การตรวจสอบ TEM อนุภาคเหล่านี้ถูกตรวจพบในไซโตพลาซึมของเซลล์เป็นกลุ่มที่มีอิเล็กตรอนหนาแน่น ซึ่งสังเกตเพิ่มเติมว่าจะถูกล้อมรอบด้วยเวสิเคิล ในขณะที่ไม่พบอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ในเซลล์ควบคุมที่ไม่ผ่านการบำบัด Papavlassopoulos และคณะ [92] สังเคราะห์นาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์โดยใช้วิธีใหม่ที่เรียกว่า “วิธีการสังเคราะห์การขนส่งเปลวไฟ” สัตว์สี่ขาจะมีสัณฐานวิทยาที่แตกต่างเมื่อเทียบกับอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ที่สังเคราะห์โดยทั่วไป ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารเหล่านี้กับเซลล์ไฟโบรบลาสต์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในหลอดทดลองแสดงให้เห็นว่าความเป็นพิษนั้นต่ำกว่าอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ทรงกลมอย่างมีนัยสำคัญ สัตว์สี่ขามีโครงสร้างผลึกเวิร์ตไซต์รูปหกเหลี่ยมโดยมีไอออน Zn 2+ และ O 2− สลับกันในรูปทรงเรขาคณิตสามมิติ พวกมันป้องกันการแทรกซึมของไวรัสเข้าสู่เซลล์ที่มีชีวิต และยังได้รับการเสริมประสิทธิภาพเพิ่มเติมด้วยการฉายรังสี UV เข้าไปอย่างแม่นยำ เนื่องจากสัตว์สี่ขาที่เป็นสังกะสีออกไซด์มีช่องว่างของออกซิเจนในโครงสร้าง ไวรัสเริมจึงเกาะติดอยู่ผ่านเฮปารานซัลเฟต และทำให้ไม่สามารถเข้าสู่เซลล์ของร่างกายได้ ด้วยเหตุนี้จึงป้องกันการติดเชื้อ HSV-1 และ HSV-2 ได้ในหลอดทดลอง ดังนั้นจึงสามารถใช้สังกะสีออกไซด์เป็นสารป้องกันการติดเชื้อไวรัสเหล่านี้ได้ ความเป็นพิษต่อเซลล์ของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ยังขึ้นอยู่กับอัตราการแพร่พันธุ์ของเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอีกด้วย [ 66 , 93 ] ปฏิกิริยาพื้นผิวและความเป็นพิษยังสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการควบคุมช่องว่างของออกซิเจนในสัตว์สี่ขาสังกะสีออกไซด์ เมื่อได้รับรังสีอัลตราไวโอเลต ปริมาณออกซิเจนที่มีอยู่ในสัตว์สี่ขาจะเพิ่มขึ้นได้อย่างง่ายดาย นอกจากนี้ช่องว่างของออกซิเจนสามารถลดลงได้โดยการให้ความร้อนในบรรยากาศที่มีออกซิเจนสูง ด้วยเหตุนี้ คุณสมบัติเฉพาะตัวของสัตว์สี่ขาสังกะสีออกไซด์จึงสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามต้องการ ส่งผลให้ประสิทธิภาพในการต่อต้านเชื้อแบคทีเรียเปลี่ยนแปลงไป

การศึกษาในสัตว์แสดงให้เห็นว่ามีการอักเสบของปอด ความเครียดออกซิเดชัน และอื่นๆ เพิ่มขึ้นเมื่อสัมผัสกับอนุภาคนาโนในทางเดินหายใจ [ 94 ] หยาง และคณะ [95] ศึกษาความเป็นพิษต่อเซลล์ ความเป็นพิษต่อพันธุกรรม และความเครียดออกซิเดชันของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์บนเซลล์ไฟโบรบลาสต์เอ็มบริโอหลักของหนู จากการสังเกตพบว่าอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ทำให้เกิดพิษต่อเซลล์ได้มากกว่าอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับอนุภาคนาโนคาร์บอนและ SiO 2 ได้รับการยืนยันเพิ่มเติมโดยการวัดการลดลงของกลูตาไธโอน การผลิตมาโลนไดอัลดีไฮด์ การยับยั้งเอนไซม์ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทส และการสร้าง ROS เชื่อกันว่าผลกระทบต่อเซลล์ที่อาจเกิดพิษของอนุภาคนาโนต่างๆ นั้นมีสาเหตุมาจากรูปร่างของอนุภาคเหล่านั้น

อนุภาคนาโนเคลือบโพลีเมอร์

การติดเชื้อแบคทีเรียหลายชนิดแพร่กระจายผ่านการสัมผัสลูกบิดประตู คีย์บอร์ด ก๊อกน้ำ อ่างอาบน้ำ และโทรศัพท์ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องพัฒนาและเคลือบผิวดังกล่าวด้วยสารป้องกันจุลินทรีย์ขั้นสูงราคาไม่แพงเพื่อป้องกันการเจริญเติบโตของเชื้อโรค เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องใช้สารต่อต้านจุลินทรีย์ในความเข้มข้นที่สามารถฆ่าเชื้อโรคได้แต่สามารถช่วยชีวิตมนุษย์ได้ สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้เฉพาะในกรณีที่เคลือบด้วยโพลีเมอร์ที่ชอบน้ำที่มีราคาถูกและเข้ากันได้ทางชีวภาพเท่านั้น ชวาร์ตซ์และคณะ [96] รายงานการเตรียมไฮโดรเจลคอมโพสิตต้านเชื้อแบคทีเรียชนิดใหม่โดยการผสมโพลี(N-ไอโซโพรพิลอะคริลาไมด์) กับอนุภาค นาโนซิงค์ออกไซด์ ภาพ SEM ของเมมเบรนสังเคราะห์แสดงการกระจายตัวที่สม่ำเสมอของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ แสดงให้เห็นฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรีย E. coli ที่ความเข้มข้นของสังกะสีออกไซด์ต่ำมาก (1.33 มิลลิโมลาร์) นอกจากนี้ ยังพบว่าสารเคลือบนี้ไม่เป็นพิษต่อเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (N1H/3T3) ในช่วงระยะเวลา 1 สัปดาห์ นาโนคอมโพสิตซิงค์ออกไซด์/ไฮโดรเจลสามารถใช้เป็นสารเคลือบทางการแพทย์เพื่อป้องกันการติดเชื้อแบคทีเรียได้อย่างปลอดภัย

แม้ว่าอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์จะมีเสถียรภาพมาก แต่ก็ยังมีการปรับปรุงให้มีเสถียรภาพมากขึ้นด้วยการเคลือบด้วยโพลิเมอร์ชนิดต่างๆ เช่น โพลีไวนิลไพโรลิโดน (PVP) โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ (PVA) โพลี (α, γ, L-กลูตามิกแอซิด) (PGA) โพลีเอทิลีนไกลคอล (PEG) ไคโตซาน และเดกซ์แทรน [97, 98] ทดสอบฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียของอนุภาค นาโนซิงค์ออกไซด์ ที่ออกแบบขึ้นกับเชื้อก่อโรคแกรมลบและแกรมบวก ได้แก่ E. coli และ S. aureus และเปรียบเทียบกับผงซิงค์ออกไซด์เชิงพาณิชย์ อนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ทรงกลมเคลือบโพลีเมอร์แสดงให้เห็นการทำลายเซลล์แบคทีเรียสูงสุดเมื่อเทียบกับผงสังกะสีออกไซด์จำนวนมาก [ 99] เนื่องจากอนุภาคนาโนเคลือบโพลีเมอร์มีความเป็นพิษน้อยกว่าเนื่องจากมีความสามารถในการละลายต่ำและปลดปล่อยอย่างต่อเนื่อง ความเป็นพิษต่อเซลล์จึงสามารถควบคุมได้โดยการเคลือบด้วยโพลีเมอร์ที่เหมาะสม

ผลของขนาดและรูปร่างของอนุภาคนาโนเคลือบโพลีเมอร์ต่อฤทธิ์ต้านแบคทีเรีย

Ecoli และ S. aureus ที่สัมผัสกับอนุภาค นาโนซิงค์ออกไซด์ เคลือบโพลีเอทิลีนไกลคอล (PEG) ที่มีความเข้มข้นต่างกัน (1–7 mM) ที่มีขนาดต่างกัน (401 nm – 1.2 μm) พบว่าฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียเพิ่มขึ้นเมื่อขนาดอนุภาคลดลงและความเข้มข้นของอนุภาคเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ความเข้มข้นที่มีประสิทธิภาพในกรณีทั้งหมดเหล่านี้อยู่เหนือ 5 mM มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงในสัณฐานวิทยาของเซลล์บนพื้นผิวของ E. coli ที่สามารถมองเห็นได้จากภาพ SEM ของแบคทีเรียก่อนและหลังจากที่สัมผัสกับอนุภาค นาโนซิงค์ออกไซด์ [ 84 ] ได้รับการสาธิตอย่างเป็นเอกลักษณ์โดย Nair et al. [ 87] อนุภาคสังกะสีออกไซด์เคลือบ PEG และนาโนแท่งสังกะสีออกไซด์มีพิษต่อเซลล์มะเร็งกระดูกของมนุษย์ (MG-63) ที่ความเข้มข้นสูงกว่า 100 μM นาโนร็อด/อนุภาคนาโนเคลือบ PEG ไม่ทำลายเซลล์ที่แข็งแรง

ฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียในร่างกายและในหลอดทดลองสำหรับแผ่นปิดแผล

ในบรรดาวัสดุปิดแผลจากธรรมชาติและสังเคราะห์ทั้งหมด แผ่นปิดแผลไมโครไฟเบอร์ไฮโดรเจลไคโตซานที่ชุบด้วยอนุภาค นาโนซิงค์ออกไซด์ ที่พัฒนาโดย Kumar และคณะ [ 100 ] มีประสิทธิผลสูงในการรักษาแผลไฟไหม้ แผลเรื้อรัง และแผลในเท้าของผู้ป่วยเบาหวาน อนุภาคนาโนที่มีขนาดประมาณ 70–120 นาโนเมตรกระจายอยู่บนพื้นผิวน้ำแข็ง ผลิตภัณฑ์จากการย่อยสลายของไคโตซานได้รับการระบุว่าเป็น ดี-กลูโคซามีนและไกลโคซามีนไกลแคน มันไม่เป็นพิษต่อเซลล์เพราะว่ามีอยู่ในร่างกายของเราแล้วเพื่อรักษาแผล บาดแผลที่มักมีเชื้อ P. aeruginosa, S. intermedicus และ S. hyicus อยู่ก็ได้รับการระบุจากการเก็บตัวอย่างแผลในหนูและได้รับการรักษาด้วยแผ่นปิดแผลซิงค์ออกไซด์ไคโตซานได้สำเร็จเป็นเวลาประมาณ 3 สัปดาห์ [100]

ผลกระทบของการเจือปนสารต่อความเป็นพิษของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์

การเจือสารเหล็กลงในอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ช่วยลดความเป็นพิษ ความเข้มข้นของนาโนสังกะสีออกไซด์และ Zn 2+ ยังเป็นปัจจัยสำคัญต่อความเป็นพิษอีกด้วย ความเข้มข้นที่ลดความสามารถในการมีชีวิตลง 50% ในเซลล์จุลินทรีย์ที่สัมผัสกับซิงค์ออกไซด์ขนาดนาโนและไมโครนั้นใกล้เคียงกับความเข้มข้นของ Zn 2+ มาก ซึ่งลดความสามารถในการมีชีวิตลง 50% ในเซลล์ที่ได้รับการบำบัดด้วย Zn 2+ [ 101 , 102 ]

การเคลือบนาโนอนุภาคซิงค์ออกไซด์ด้วยเมอร์แคปโตโพรพิลไตรเมทอกซีซิเลนหรือ SiO 2 ช่วยลดความเป็นพิษต่อเซลล์ [ 103 ] ในทางตรงกันข้าม Gilbert et al. [104] แสดงให้เห็นว่าในเซลล์ BEAS-2B การดูดซึมนาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์เป็นกลไกหลักของการสะสมสังกะสี นอกจากนี้ พวกเขายังแนะนำว่านาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์ที่ละลายน้ำได้อย่างสมบูรณ์สร้างไอออน Zn 2+ ที่จับกับไบโอโมเลกุลของเซลล์เป้าหมาย อย่างไรก็ตาม ความเป็นพิษของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ขึ้นอยู่กับการดูดซึมและปฏิสัมพันธ์ที่ตามมากับเซลล์เป้าหมาย

กลไกการโต้ตอบของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์

อนุภาคนาโนอาจเป็นพิษต่อจุลินทรีย์บางชนิด แต่ก็อาจเป็นสารอาหารที่จำเป็นสำหรับจุลินทรีย์บางชนิดได้ [ 55 , 105 ] ความเป็นพิษต่อนาโนนั้นเกี่ยวข้องกับความเสียหายต่อเยื่อหุ้มเซลล์ของจุลินทรีย์ซึ่งนำไปสู่การแทรกซึมของอนุภาคนาโนเข้าไปในไซโตพลาซึมและการสะสมของอนุภาคเหล่านี้ [ 55 ] ผลกระทบของอนุภาคนาโนต่อการเจริญเติบโตของแบคทีเรียและไวรัสส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับขนาดอนุภาค รูปร่าง ความเข้มข้น การรวมตัว สูตรคอลลอยด์ และค่า pH ของตัวกลาง [ 106 , 107 , 108 ] กลไกการออกฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์แสดงไว้ในรูปที่ 2

รูปที่ 2

กลไกการออกฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียของอนุภาค นาโนซิงค์ออกไซด์

โดยทั่วไปแล้วอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์จะมีพิษน้อยกว่าอนุภาคนาโนเงินในช่วงความเข้มข้นที่กว้าง (20 ถึง 100 มก./ล.) โดยมีขนาดอนุภาคเฉลี่ย 480 นาโนเมตร [ 55 , 62 , 63 ] อนุภาคนาโนโลหะออกไซด์ทำลายเยื่อหุ้มเซลล์แบคทีเรียและ DNA [ 63 , 109 , 110 , 111 ] ผ่านการแพร่กระจาย อย่างไรก็ตาม การผลิต ROS แบบโฟโตแคทาไลติกซึ่งเป็นสาเหตุของการตายของเซลล์แบคทีเรียไม่สามารถละเลยได้ [ 112 ] สเปกตรัม UV-Vis ของการแขวนลอยของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ในตัวกลางที่เป็นน้ำแสดงค่าสูงสุดในช่วง 370 ถึง 385 นาโนเมตร [ 113] มีการแสดงให้เห็นแล้วว่ามันสร้าง ROS (อนุมูลไฮดรอกซิล ซูเปอร์ออกไซด์ และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์) เมื่อมีความชื้น ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับวัสดุของเซลล์แบคทีเรีย เช่น โปรตีน ไขมัน และ DNA จนในที่สุดทำให้เกิดอะพอพโทซิส เซียะ และคณะ [ 114 ] ตรวจสอบผลของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ต่อสัณฐานวิทยาของเซลล์ Campylobacter jejuni โดยใช้การถ่ายภาพ SEM (รูปที่ 3 ) หลังจากการรักษาเป็นเวลา 12 ชั่วโมง (0.5 มก./มล.) พบว่า C. jejuni มีความอ่อนไหวอย่างมาก และเซลล์จะเปลี่ยนจากเซลล์แบบเกลียวเป็นเซลล์แบบโคคอยด์ การศึกษาด้วย SEM แสดงให้เห็นการเติบโตของรูปร่างคล้ายกระดูกค็อกคอยด์ในเซลล์ที่ได้รับการรักษา และแสดงให้เห็นการก่อตัวของพื้นผิวเซลล์และคราบผนังเซลล์ที่ไม่สม่ำเสมอ (รูปที่ 3a) นอกจากนี้ เซลล์โคโคอิดเหล่านี้ยังคงสภาพสมบูรณ์และมีแฟลกเจลลาที่มีขั้วหุ้มอยู่ อย่างไรก็ตาม ภาพ SEM ของเซลล์ที่ไม่ได้รับการรักษาแสดงให้เห็นรูปร่างเป็นเกลียวอย่างชัดเจน (รูปที่ 3b) โดยรวมแล้ว ได้รับการพิสูจน์แล้วจากภาพ SEM และ TEM ของเซลล์แบคทีเรียที่ได้รับการบำบัดด้วยนาโนอนุภาคซิงค์ออกไซด์ว่าเซลล์แบคทีเรียจะแตกออก และในหลายๆ กรณี นาโนอนุภาคจะทำลายผนังเซลล์ ส่งผลให้เซลล์แบคทีเรียต้องแทรกซึมเข้าไป [ 114 , 115 ]

รูปที่ 3

ภาพ SEM ของ Campylobacter jejuni เซลล์ที่ไม่ผ่านการบำบัดจากสภาวะการเจริญเติบโตเดียวกันถูกนำมาใช้เป็นตัวควบคุม เซลล์ C. jejuni ในระยะกลางของการเจริญเติบโตได้รับการบำบัดด้วยนาโนอนุภาคซิงค์ออกไซด์ 0.5 มก./มล. เป็นเวลา 12 ชั่วโมงภายใต้สภาวะไมโครแอโรบิก [ 114 ]

อนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์มีผลอย่างมากต่อพื้นผิวเซลล์และสามารถถูกกระตุ้นได้เมื่อได้รับแสง UV-Vis เพื่อสร้าง ROS (H2O2) ที่จะแทรกซึมเข้าไปในตัวเซลล์ในขณะที่ ROS ที่มีประจุลบ เช่น O2 2− ยังคงทำงานอยู่บนพื้นผิวเซลล์และส่งผลต่อความสมบูรณ์ของเซลล์ [ 116 , 117 ] ยังมีรายงานถึงฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ต่อแบคทีเรียอื่นๆ อีกหลายชนิดด้วย [ 1 , 5 , 114 , 115 ] ภาพ TEM แสดงให้เห็นว่าอนุภาคนาโนมีผลกระทบอย่างรุนแรงต่อพื้นผิวเซลล์ (รูปที่ 4)

รูปที่ 4

ภาพ TEM ของเซลล์ Salmonella typhimurium ปกติที่ไม่ได้รับการรักษา ข ผลของอนุภาคนาโนต่อเซลล์ (ทำเครื่องหมายด้วยลูกศร) c, d ภาพจุลทรรศน์ของเซลล์ S. typhimurium ที่เสื่อมโทรมและแตกสลายซึ่งผ่านการบำบัดด้วยอนุภาค นาโนซิงค์ออกไซด์ [ 115 ]

ซินฮา และคณะ [ 118] ยังแสดงให้เห็นผลของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์และอนุภาคนาโนเงินต่อการเจริญเติบโต โครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์ และการสะสมในไซโตพลาซึมของ (ก) เมโซไฟล์: Enterobacter sp. (แกรมลบ) และ B. subtilis (แกรมบวก) และ (b) ผู้ชอบเกลือ: sp. (แกรมบวก) และ Marinobacter sp. (ขอบเขตเชิงลบ) ความเป็นพิษระดับนาโนของอนุภาค นาโนซิงค์ออกไซด์ ต่อแบคทีเรีย Marinobacter แกรมลบที่ใช้ออกซิเจนและแบคทีเรียแกรมบวกที่ใช้ออกซิเจนแสดงให้เห็นการยับยั้งการเจริญเติบโตได้ 80% ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่านาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์ที่ความเข้มข้นต่ำกว่า 5 มิลลิโมลาร์ไม่ได้ผลต่อแบคทีเรีย สังกะสีออกไซด์จำนวนมากยังไม่ส่งผลกระทบต่ออัตราการเจริญเติบโตและการอยู่รอด แม้ว่าจะมีการแสดงการลดลงอย่างมีนัยสำคัญในพารามิเตอร์เหล่านี้ก็ตาม เชื้อแบคทีเรีย Enterobacter แสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในด้านสัณฐานวิทยาของเซลล์และการลดขนาดเมื่อได้รับการบำบัดด้วยซิงค์ออกไซด์

ภาพ TEM ที่แสดงโดย Akbar และ Anal [ 115 ] แสดงให้เห็นการหยุดชะงักของเยื่อหุ้มเซลล์และการสะสมของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ในไซโตพลาซึม (รูปที่ 4 ) ซึ่งได้รับการยืนยันเพิ่มเติมด้วย FTIR, XRD และ SEM เชื่อกันว่าไอออน Zn 2+ จะยึดติดกับไบโอโมเลกุลในเซลล์แบคทีเรียผ่านแรงไฟฟ้าสถิต ในความเป็นจริงแล้ว พวกมันได้รับการประสานเข้ากับโมเลกุลโปรตีนโดยผ่านอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวบนอะตอมไนโตรเจนของส่วนโปรตีน แม้ว่านาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์จะมีผลกระทบที่สำคัญต่อจุลินทรีย์ทั้งในน้ำและบนบกรวมถึงระบบของมนุษย์ แต่ยังไม่ชัดเจนว่าเกิดจากนาโนอนุภาคเพียงอย่างเดียวหรือเป็นผลร่วมกันของนาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์และไอออน Zn 2+ [55, 106, 109, 119] ผลการต่อต้านแบคทีเรียของอนุภาคนาโนโลหะออกไซด์ ได้แก่ การแพร่กระจายเข้าไปในเซลล์แบคทีเรีย ตามด้วยการปล่อยไอออนของโลหะ และความเสียหายต่อ DNA นำไปสู่การตายของเซลล์ [ 63 , 109 , 110 , 111 ] การสร้าง ROS แบบโฟโตแคทาไลติกยังเป็นเหตุผลของกิจกรรมต่อต้านแบคทีเรียอีกด้วย [ 62 , 112 ] วาฮับ และคณะ [120] แสดงให้เห็นว่าเมื่อรับประทานนาโนอนุภาคสังกะสีออกไซด์ พื้นที่ผิวของอนุภาคจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ดูดซึมได้มากขึ้นและมีปฏิสัมพันธ์กับทั้งเชื้อก่อโรคและเอนไซม์มากขึ้น ดังนั้นจึงสามารถนำอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์มาใช้ในการป้องกันระบบทางชีวภาพจากการติดเชื้อได้ จากภาพ TEM (รูปที่ 5a, b) ของ E. coli ที่ฟักเป็นเวลา 18 ชั่วโมงด้วย MIC ของนาโนอนุภาคซิงค์ออกไซด์ จะเห็นได้ชัดเจนเลยว่า E. coli ยึดติดกับผนังเซลล์แบคทีเรีย เยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอกแตกทำให้เซลล์แตกสลาย ในบางกรณี การแยกเซลล์ของจุลินทรีย์ไม่ชัดเจน แต่ยังสามารถมองเห็นอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์แทรกซึมเข้าไปในผนังเซลล์ด้านในได้ (รูปที่ 5c และ d) ผลที่ตามมาคือการรั่วไหลของวัสดุภายในเซลล์นำไปสู่การตายของเซลล์ โดยไม่คำนึงถึงความหนาของผนังเซลล์แบคทีเรีย

รูปที่ 5

ภาพ TEM ของ Escherichia coli (a) อนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์กับ E. coli ในระยะต่างๆ (b และภาพขยาย) Klebsiella pneumoniae (c) และอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์กับ K. pneumoniae (d และภาพขยาย) [ 120 ]

กลไกการโต้ตอบระหว่างอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์กับเซลล์แบคทีเรียได้รับการนำเสนอไว้ด้านล่าง [ 120 ] ซิงค์ออกไซด์ดูดซับแสง UV-Vis จากดวงอาทิตย์และแยกส่วนประกอบของน้ำ

โมเลกุลออกซิเจนที่ละลายน้ำจะถูกแปลงเป็นซูเปอร์ออกไซด์ O2- ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับ H+ เพื่อสร้างอนุมูล HO2 และเมื่อชนกับอิเล็กตรอนจะผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์แอนไอออน HO2- จากนั้นพวกมันจะทำปฏิกิริยากับไอออน H+ เพื่อผลิต H2O2

เชื่อกันว่าอนุมูลไฮดรอกซิลที่มีประจุลบและไอออนซูเปอร์ออกไซด์ไม่สามารถทะลุเยื่อหุ้มเซลล์ได้ อนุมูลอิสระมีปฏิกิริยารุนแรงมากจนไม่สามารถคงอยู่ได้โดยอิสระ ดังนั้น อนุมูลอิสระจึงสามารถสร้างโมเลกุลหรือทำปฏิกิริยากับไอออนตรงข้ามเพื่อสร้างโมเลกุลอื่นได้ อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องจริงที่สังกะสีออกไซด์สามารถดูดซับแสงแดดและช่วยแยกโมเลกุลของน้ำซึ่งสามารถรวมกันได้หลายวิธีเพื่อผลิตออกซิเจน กลไกการผลิตออกซิเจนในสภาพที่มีอนุภาค นาโนซิงค์ออกไซด์ ยังคงต้องการหลักฐานเชิงทดลอง

สังกะสีออกไซด์ในปริมาณ 5 μg/มล. ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพสูงมากต่อจุลินทรีย์ทุกชนิด และสามารถใช้เป็นปริมาณยับยั้งขั้นต่ำได้

สรุป

สังกะสีเป็นธาตุอนินทรีย์ที่ขาดไม่ได้ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์ ชีววิทยา และอุตสาหกรรม ปริมาณการบริโภคต่อวันในผู้ใหญ่คือ 8–15 มิลลิกรัมต่อวัน โดยประมาณ 5–6 มิลลิกรัมต่อวันจะสูญเสียไปผ่านทางปัสสาวะและเหงื่อ นอกจากนี้ยังเป็นส่วนประกอบสำคัญของกระดูก ฟัน เอนไซม์ และโปรตีนที่มีหน้าที่อื่นๆ มากมาย สังกะสีเป็นธาตุที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของมนุษย์ สัตว์ พืช และแบคทีเรีย ในขณะที่อนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์มีพิษต่อเชื้อรา ไวรัส และแบคทีเรียหลายชนิด ผู้ที่มีภาวะขาดโปรตีนที่จับสังกะสีที่ละลายน้ำได้ทางพันธุกรรม จะป่วยเป็นโรค acrodermatitis enteropathica ซึ่งเป็นโรคผิวหนังที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรม มีลักษณะเป็นผิวหยาบและเป็นสะเก็ด แม้ว่าจะมีรายงานขัดแย้งกันมากมายเกี่ยวกับอนุภาคนาโนเนื่องจากการใช้งานและการกำจัดโดยไม่ได้ตั้งใจ แต่อนุภาคนาโนออกไซด์ของโลหะบางชนิดก็มีประโยชน์ต่อมนุษย์ สัตว์ และพืช สารอาหารที่จำเป็นจะกลายเป็นอันตรายเมื่อได้รับมากเกินไป ยังไม่มีการศึกษาศักยภาพในการกลายพันธุ์ของสังกะสีออกไซด์อย่างละเอียดในแบคทีเรีย แม้ว่าจะมีรายงานว่าก่อให้เกิดความเสียหายต่อ DNA ก็ตาม เป็นเรื่องจริงที่อนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์จะถูกกระตุ้นโดยการดูดซับรังสี UV โดยไม่ส่งผลกระทบต่อรังสีอื่นๆ หากอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์สร้าง ROS อาจส่งผลเสียต่อผิวหนังและไม่สามารถใช้เป็นครีมกันแดดได้ แสงแดดอาจช่วยเร่งปฏิกิริยาต่อต้านเชื้อแบคทีเรียได้ แต่หวังว่าจะสามารถป้องกันการก่อตัวของ ROS ได้ อนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์และอนุภาคนาโนสังกะสีที่เคลือบด้วยวัสดุโพลีเมอร์ที่ละลายน้ำได้สามารถใช้รักษาบาดแผล แผลในกระเพาะ และการติดเชื้อจุลินทรีย์หลายชนิด รวมถึงเป็นพาหนะนำยาในการรักษามะเร็งได้ด้วย มีศักยภาพอย่างมากในการเป็นยาต้านแบคทีเรียที่ปลอดภัยซึ่งอาจทดแทนยาปฏิชีวนะในอนาคตได้ การประยุกต์ใช้ของอนุภาคนาโนสังกะสีออกไซด์ในสาขาต่างๆ ของวิทยาศาสตร์ การแพทย์ และเทคโนโลยี แสดงให้เห็นว่าเป็นสารที่ขาดไม่ได้และมีความสำคัญเท่าเทียมกันสำหรับมนุษย์และสัตว์ อย่างไรก็ตาม การได้รับสารความเข้มข้นสูงเป็นเวลานานอาจเป็นอันตรายต่อระบบสิ่งมีชีวิตได้

อ้างอิง:

Properties of Zinc Oxide Nanoparticles and Their Activity Against Microbes

• PMID: 29740719
• PMCID: PMC5940970
• DOI: 10.1186/s11671-018-2532-3