Nano bạc đồng (lưỡng kim Ag/Cu) làm tăng hoạt tính kháng khuẩn
Các hạt nano bạc và đồng được tạo ra bằng cách khử hóa học muối nitrat tương ứng của chúng bằng axit ascorbic với sự có mặt của chitosan bằng cách sử dụng lò vi sóng. Kích thước hạt tăng lên khi tăng nồng độ nitrat và giảm nồng độ chitosan. Điện thế zeta trên bề mặt là dương đối với tất cả các hạt nano được tạo ra và chúng thay đổi từ 27,8 đến 33,8 mV. Hoạt động kháng khuẩn của Ag, Cu, hỗn hợp Ag và Cu, và các hạt nano bạc đồng (lưỡng kim Ag/Cu) đã được thử nghiệm bằng cách sử dụng Bacillus subtilis và Escherichia coli. Trong số hai, B. subtilis tỏ ra nhạy cảm hơn trong mọi điều kiện được khảo sát.
Các hạt nano bạc có hoạt tính cao hơn các hạt nano đồng và hỗn hợp các hạt nano có cùng kích thước hạt trung bình. Tuy nhiên, khi so sánh trên cơ sở nồng độ bằng nhau, các hạt nano Cu gây chết vi khuẩn hơn do diện tích bề mặt cao hơn. Hoạt tính kháng khuẩn cao nhất thu được với các hạt nano lưỡng kim Ag/Cu với nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) là 0,054 và 0,076 mg / L đối với B. subtilis và E. coli tương ứng.
(Bản quyền thuộc về NanoCMM Technology)
Quý khách hàng có nhu cầu nano bạc đồng nguyên liệu (nano bạc 15000 ppm, 300 ppm Cu) vui lòng liên hệ Hotline 0378.622.740 – 098.435.9664
1. Giới thiệu
Mối quan tâm đến các hạt nano kim loại làm chất kháng khuẩn hiện đã hơn một thập kỷ (Dai & Bruening, 2002). Số lượng lớn các hạt có thể được tạo ra và tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích cao cho phép các hạt nano có hiệu quả với số lượng rất nhỏ (Sundaresan, Sivakumar, Vigneswaran, & Ramachandran, 2012).
Các hạt nano Ag đã được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng y sinh (Marambio-Jones & Hoek, 2010). Cu tương đối không độc đối với động vật có vú, (Flemming & Trevors, 1989) nhưng lại độc đối với nhiều vi sinh vật và điều này mang lại triển vọng mới cho các phương pháp điều trị bằng thuốc kháng sinh (Hsiao, Chen, Shieh, & Yeh, 2006).
Một số phương pháp sản xuất hạt nano Ag và Cu đã được phát triển bằng cách sử dụng cả phương pháp tiếp cận vật lý và hóa học. Phương pháp thường được áp dụng để điều chế các hạt nano Ag là khử hóa học dung dịch muối bạc trong nước hoặc dung môi hữu cơ để tạo ra huyền phù keo. Cách tiếp cận phổ biến nhất để tổng hợp các hạt nano Cu là tạo vi nhũ tương (Solanki, Sengupta, & Murthy, 2010).
Tuy nhiên, kỹ thuật vi nhũ tương đòi hỏi một lượng lớn chất hoạt động bề mặt và dung môi hữu cơ làm tăng chi phí sản xuất (El-Nour, Eftaiha, Al-Warthan, & Ammar, 2010). Các phương pháp vật lý sử dụng kỹ thuật cắt đốt bằng laser, phân giải phóng xạ hoặc aerosol, mặc dù có hiệu quả, nhưng đòi hỏi các thiết bị đắt tiền và tiêu thụ một lượng lớn năng lượng (Thakkar, Mhatre, & Parikh, 2010). Các phương pháp này thường sử dụng các tác nhân vừa độc hại vừa gây ô nhiễm môi trường (Lim & Hudson, 2004).
Các phương pháp dựa trên giảm thiểu hóa chất mang lại cơ hội tốt nhất vừa có chi phí thấp vừa thân thiện với môi trường. Các hạt nano Ag đã được tổng hợp bằng cách sử dụng nước làm dung môi và tinh bột làm chất đóng nắp và chúng được chứng minh là có lợi thế hơn so với các phương pháp thông thường liên quan đến các tác nhân hóa học có liên quan đến độc tính môi trường (Sharma, Yngard, & Lin, 2009).
Việc tổng hợp các hạt nano Ag bằng cách sử dụng chitosan làm chất khử và đóng vai trò cũng đã được phát triển (Sanpui, Murugadoss, Prasad, Ghosh, & Chattopadhyay, 2008). Ngoài ra, các hạt nano Cu đã được chế tạo bằng cách sử dụng alginate làm chất ổn định (Díaz-Visurraga và cộng sự, 2012).
Gần đây hơn, các hạt nano liên quan đến hợp kim của hai kim loại đã được sản xuất. Valodkar, Modi, Pal, & Thakore (2011) đã tổng hợp các hạt nano lưỡng kim bạc đồng Ag/Cu bằng cách sử dụng tinh bột và Said-Galiev et al. (2011) đã tổng hợp các hạt nano Ag và Cu bằng cách sử dụng chitosan.
Chúng đã được xử lý bằng carbon dioxide siêu tới hạn, sau đó khử phức cơ kim Ag và Cu với hydro để tạo thành các hạt nano kim loại-chitosan. Các nano lưỡng kim bạc đồng Ag/Cu cũng được tạo ra từ dung dịch bạc nitrat và đồng axetat với hydrazin hydrat làm chất khử (Taner, Sayar, Yulug, & Suzer, 2011).
Công trình này là một nỗ lực nhằm phát triển hơn nữa quá trình tổng hợp xanh của các hạt nano Ag và Cu, hỗn hợp các hạt nano Ag và Cu (được ký hiệu là “Ag + Cu”) và các hạt nano hợp kim của Ag và Cu (nano bạc đồng được ký hiệu là “Ag/Cu”) với chitosan như một chất ổn định và sử dụng gia nhiệt vi sóng.
Điểm hấp dẫn của việc sử dụng chitosan cho chức năng này so với tinh bột là nó có đặc tính kháng khuẩn (No, Park, Lee, & Meyers, 2002), và có thể dễ dàng hòa tan bằng cách sử dụng axit hữu cơ (Muzzarelli và cộng sự, 1984; Muzzarelli, 1985) . Chitosan có thể hình thành các liên kết hóa học khác nhau với các thành phần kim loại do đó tăng cường tính ổn định của các hạt nano (Muzzarelli, 2011).
Nó có độc tính thấp và do đó nó an toàn cho các ứng dụng của con người (Muzzarelli, 2010), mặc dù người ta thừa nhận rằng các hạt nano kim loại được tạo ra có thể có một số độc tính với môi trường (Li và cộng sự, 2010).
Trong nghiên cứu này, các hạt nano được tổng hợp ở các nồng độ chitosan khác nhau. Các hạt nano được tổng hợp được đặc trưng bởi phép đo quang phổ và bằng cách sử dụng một zetasizer. Tính chất kháng khuẩn của chúng đã được thử nghiệm bằng cách sử dụng Bacillus subtilis và Escherichia coli.
2. Vật liệu và phương pháp
2.1 Thuốc thử
Đồng (II) nitrat (Cu (NO3) 2. XH2O) (Sigma Aldrich Chemie GmbH, Steinheim, Đức), bạc nitrat (AgNO3) (BDH Ltd, Poole, Vương quốc Anh), axit L-ascorbic (Sigma Aldrich, Poole, Vương quốc Anh), axit axetic (Fisher Scientific, Loughborough, Vương quốc Anh) và chitosan (Sigma Aldrich, Poole, Vương quốc Anh) đã được sử dụng để tổng hợp các hạt nano.
Khối lượng phân tử của chitosan nằm trong khoảng 50 000 – 190 000 Da và đã được khử từ 75-85%. Tất cả các thuốc thử đã được sử dụng mà không cần tinh chế thêm.
2.2 Chuẩn bị dung dịch hóa chất
Tất cả các dung dịch sau đây đều được chuẩn bị bằng cách sử dụng nước cất: bạc nitrat (10, 30 và 50 mM), nitrat đồng (10, 30 và 50 mM), axit ascorbic (10% w / v). Dung dịch chitosan (1, 2 và 3% w / v) được chuẩn bị bằng cách hòa tan chitosan trong dung dịch axit axetic 1% (v / v). Sau đó, chúng được để trong 3 ngày để cho phép chitosan tan hoàn toàn (Wei, Sun, Qian, Ye, & Ma, 2009).
2.3 Chuẩn bị các hạt nano
2.3.1 Hạt nano Ag và Cu
Để chuẩn bị dung dịch hạt nano Ag hoặc Cu, 40 mL dung dịch bạc nitrat hoặc đồng nitrat (10, 30 hoặc 50 mM) được trộn với 40 mL dung dịch chitosan (1, 2 hoặc 3% w / v) và 4 mL Dung dịch axit ascorbic 10% (w / v). Phản ứng khử được thực hiện bằng cách gia nhiệt trong lò vi sóng (EM-SI067 Anh, Sanyo, Trung Quốc) ở công suất tối đa 800 W trong 4 phút (Valodkar, Modi, Pal, & Thakore, 2011).
2.3.2 Các hạt nano Ag/Cu lưỡng kim
Để điều chế các hạt nano lưỡng kim sau đây được gọi là hạt nano “Ag/Cu”, 20 mL dung dịch bạc nitrat và 20 mL dung dịch đồng nitrat được trộn với 40 mL chitosan 3% (w / v) và 4 mL 10%. (w / v) dung dịch axit ascorbic. Phản ứng sau đó được thực hiện trong lò vi sóng ở công suất tối đa 800 W trong 4 phút (Valodkar và cộng sự, 2011).
2.3.3 Hỗn hợp các hạt nano Ag và Cu
Để điều chế hỗn hợp đơn giản của các hạt nano Ag và Cu, sau đó được gọi là hạt nano “Ag + Cu”, 40 mL hạt nano Ag và 40 mL hạt nano Cu được tổng hợp riêng biệt trong 3% (w / v) chitosan như được mô tả trong phần 2.3.1 và sau đó trộn với nhau (Valodkar và cộng sự, 2011).
2.4 Đặc tính của các hạt nano
2.4.1 Phép đo quang phổ
Phổ hấp thụ UV-vis của các dung dịch hạt nano Ag, Cu, lưỡng kim bạc đồng Ag/Cu và Ag + Cu được thực hiện trên dải bước sóng 200 đến 800 nm bằng máy quang phổ UV-vis model UV mini-1240 (Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan).
2.4.2 Kích thước hạt và phân tích thế zeta
Kích thước hạt của các dung dịch nano Ag, Cu, Ag/Cu và Ag + Cu được đo bằng thiết bị Zetasizer (Model ZEM5002, Malvern Instruments Ltd, Malvern, UK) sử dụng cuvet UV Grade sau khi xử lý trong bể nước siêu âm (Model FB11012, Fisherbrand , Loughborough, Vương quốc Anh) trong 30 phút để chia nhỏ bất kỳ tập hợp nào có mặt (Ribeiro, Hussain, & Florence, 2005). Điện thế zeta của mỗi loại hạt nano được đo bằng mô hình Zetasizer 3000HS (Malvern Instrument Ltd, Malvern, Vương quốc Anh). Tất cả các phép đo đều được thực hiện trong ba lần.
2.5 Phương pháp vi sinh
2.5.1 Vi khuẩn
Vi khuẩn Gram dương, Bacillus subtilis ATCC 6633 được lấy từ Bộ sưu tập Quốc gia về Vi khuẩn Công nghiệp, Thực phẩm và Biển (NCIMB), Aberdeen, Scotland và vi khuẩn Gram âm, E. coli K12 do Tiến sĩ Jon Hobman ở Nottingham vui lòng tặng Đại học, Nottingham, Vương quốc Anh.
2.5.2 Nuôi cấy vi khuẩn
Vi khuẩn được lấy từ kho đông lạnh (-80 oC) và rải lên Tryptone Soy Agar (TSA) và ủ qua đêm ở 37 oC. Sau đó, một khuẩn lạc đơn lẻ được sử dụng để cấy 100 mL Tryptone Soy Broth (TSB) vào bình Erlen 500 mL, sau đó được đặt trong tủ ấm lắc ở 37 oC với tốc độ 140 vòng / phút trong 12 giờ.
Sau đó, 100µL dịch cấy này được sử dụng để cấy 100 mL TSB tươi được ủ ở các điều kiện tương tự như mô tả ở trên cho đến khi đạt được pha giữa logarit. Việc nuôi cấy tại thời điểm này được pha loãng thích hợp trong dung dịch muối đệm phosphat (PBS) để tạo ra huyền phù chứa đơn vị hình thành khuẩn lạc (CFU) trên mỗi mL. Các quy trình giống hệt nhau đã được tuân theo đối với cả B. subtilis và E. coli.
2.5.3 Xác định nồng độ ức chế tối thiểu (MIC) và nồng độ diệt khuẩn tối thiểu (MBC)
Một loạt các dung dịch pha loãng của các hạt nano trong nước cất vô trùng đã được chuẩn bị và 4 mL dung dịch pha loãng được thêm vào 20 mL môi trường TSB với 20 mL vi khuẩn 108 CFU / mL và được ủ trong máy lắc lồng ấp (kiểu CERTOMAT® BS-1, Sartorius, Göttingen, Đức) ở 37 ° C qua đêm (Cao và cộng sự, 2010).
MIC được xác định bằng quan sát bằng mắt thường và được xác nhận bằng phép đo độ đục bằng máy quang phổ UV-vis (Jenway 6300, Bibby Scientific Ltd, Essex, Anh) ở bước sóng 600 nm trước và sau khi ủ. Phần mẫu pha loãng (100µL) của những mẫu không quan sát thấy sự phát triển của vi khuẩn đã được trải mạ bằng cách sử dụng TSB để xác định nồng độ diệt khuẩn tối thiểu (MBC).
Các mẫu được ủ ở 37 ° C qua đêm và các khuẩn lạc hình thành được quan sát thấy. MIC được xác định là nồng độ thấp nhất ức chế sự phát triển có thể nhìn thấy của vi khuẩn được thử nghiệm (Wei và cộng sự, 2009).
2.6 Phân tích thống kê
Dữ liệu từ các thí nghiệm ba lần được trình bày dưới dạng giá trị trung bình và sai số chuẩn của giá trị trung bình. Phân tích thống kê các kết quả được thực hiện bằng ANOVA một chiều với thử nghiệm post hoc nhiều so sánh Bonferroni. Tất cả các phân tích thống kê được thực hiện bằng IBM SPSS Statistics 21.0 (SPSS UK Ltd., Surrey, United Kingdom).
3. Kết quả và thảo luận
3.1 Đặc điểm vật lý
Hình ảnh của huyền phù hạt nano được chuẩn bị theo các phương pháp mô tả ở trên được trình bày trong Hình 1. Sự hình thành huyền phù keo của các hạt nano được thấy rõ khi kiểm tra trực quan hỗn hợp thuốc thử sau khi gia nhiệt vi sóng.
Các hạt nano Ag (Hình 1a) có màu vàng nhạt trở nên đậm hơn khi tăng nồng độ chitosan. Sự hình thành các hạt nano kim loại đã được xác nhận bằng phép đo quang phổ UV-vis. Hình 2a cho thấy một phổ hấp thụ có cực đại ở khoảng 420 nm, cho thấy sự hình thành các hạt nano Ag (Ahmad và cộng sự, 2003).
Các hạt nano Ag trước đây đã được báo cáo là có màu hơi vàng trong dung dịch nước (Perera và cộng sự, 2013). Màu sắc và phổ hấp thụ ở bước sóng 420 nm là do sự kích thích của dao động plasmon bề mặt của các nguyên tử Ag (Twu, Chen, & Shih, 2008).
Việc tăng nồng độ chitosan được tìm thấy là dẫn đến sự thay đổi nhỏ về độ hấp thụ đỉnh cùng với sự gia tăng tổng thể về độ hấp thụ. Những kết quả này phù hợp với kết quả thu được của Huang, Yuan, & Yang (2004), người đã tổng hợp các hạt nano Ag trong chitosan bằng cách khử với natri borohydride.
Các hạt nano Cu (Hình 1b), có màu sắc thay đổi từ hồng nhạt đến đỏ đậm khi tăng nồng độ chitosan. Phổ UV (Hình 2b) cho thấy cực đại ở bước sóng 550 nm, xác nhận sự hiện diện của các hạt nano Cu. Chúng đã được báo cáo là nằm trong khoảng 500 đến 600 nm (Mallick, Witcomb, & Scurrell, 2006).
Tương tự, người ta đã báo cáo rằng màu của hạt nano Cu mới tổng hợp được ổn định bằng cách sử dụng huyền phù nền aminoclay hòa tan trong nước là màu đỏ, đặc trưng của hạt nano Cu (Datta, Kulkarni, & Eswaramoorthy, 2010).
Hình 1c cho thấy hỗn hợp các hạt nano Ag và Cu có màu da cam (như mong đợi từ sự pha trộn) nhưng các hạt nano hợp kim của Ag và Cu có màu nâu sẫm. Taner và cộng sự. (2011) hình thành các hạt nano Ag / Cu lưỡng kim bằng cách khử muối kim loại trong dung dịch nước bằng hydrazine hydrat và cũng báo cáo rằng màu của huyền phù là nâu sẫm. Phổ UV-vis của các hạt nano Ag + Cu và Ag/Cu được trình bày trong Hình 2c.
Phổ Ag + Cu cho thấy hai cực đại khác biệt ở bước sóng 420 và 550 nm, cho thấy hỗn hợp vật lý của các hạt nano Ag và Cu. Mặt khác, các hạt nano Ag / Cu cho thấy một đỉnh hấp thụ duy nhất ở một tỷ lệ trung gian xác nhận rằng một hợp kim lưỡng kim đã được hình thành (Valodkar và cộng sự, 2011).
Trong nghiên cứu này, chitosan được hòa tan bằng dung dịch axit axetic loãng. Chitosan phản ứng với H+ từ dung dịch axit để tạo ra chitosan proton có nhóm chức –NH3+. Việc đưa các nhóm chức này vào khung của chitosan cải thiện khả năng hòa tan của nó trong nước. Khi cho bạc và đồng nitrat vào dung dịch chitosan, các ion Ag + và Cu2 + sẽ gắn vào các đại phân tử chitosan bằng tương tác tĩnh điện, vì các nguyên tử oxy giàu electron của các nhóm hydroxyl phân cực và ete của chitosan có khả năng tương tác với các cation kim loại nhiễm điện.
Cần có chất khử để cung cấp các điện tử tự do cần thiết để khử ion và hình thành các hạt nano (Tolaymat và cộng sự, 2010). Trong nghiên cứu này, axit ascorbic được sử dụng làm chất khử. Do đó, các hạt nano Ag và Cu được hình thành bằng cách khử các ion Ag + và Cu2 + tương ứng với lượng dư axit ascorbic (để chuyển đổi 100%).
Các hạt nano Ag và Cu được ổn định bằng chitosan proton hóa để ngăn chặn sự kết tụ và kiểm soát kích thước của các hạt nano cuối cùng được tạo ra. Cơ chế tương tự cũng áp dụng cho việc tổng hợp các hạt nano Ag / Cu.
3.2 Kích thước hạt trung bình
Những thay đổi trong độ hấp thụ UV-vis được đề cập ở trên cho thấy kích thước của các hạt nano được hình thành đã thay đổi theo nồng độ của chitosan, hoạt động như một bộ điều khiển sự tạo mầm cũng như một chất ổn định (Huang và cộng sự, 2004).
Hình 3 cho thấy kích thước hạt trung bình của các hạt nano Ag và Cu được tổng hợp bằng dung dịch muối 10 mM ở các nồng độ chitosan khác nhau. Quan sát thấy rằng kích thước hạt trung bình của cả hai hạt nano Ag và Cu đều giảm khi tăng nồng độ chitosan và đối với cùng một nồng độ chitosan thì các hạt nano Ag lớn hơn một chút so với các hạt nano Cu như được trình bày trong Hình 3. Sự giảm này là do tác động bảo vệ của chitosan nhờ đó chitosan có thể ngăn chặn sự phát triển của các hạt nano bằng cách hấp phụ vào bề mặt của chúng (Esumi, Takei, & Yoshimura, 2003).
Ảnh hưởng của nồng độ bạc và đồng nitrat đến kích thước hạt trung bình của các hạt nano được trình bày trong Hình 4. Khi nồng độ của bạc và đồng nitrat tăng từ 10 đến 50 mM, kích thước của các hạt nano tăng lên gần như tương ứng. Ở cùng nồng độ chitosan, với nồng độ muối kim loại tăng lên, chitosan được proton hóa ít hơn được hấp thụ vào các hạt nano được hình thành trước, và do đó các hạt nano lớn hơn được hình thành (Leung, Wong, & Xie, 2010).
Phân tích thống kê cho thấy kích thước hạt trung bình của các hạt nano là khác nhau đáng kể và bị ảnh hưởng bởi nồng độ của chitosan và muối kim loại. Do đó, kích thước của các hạt nano có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh nồng độ của các ion kim loại hoặc nồng độ của chitosan trong quá trình tổng hợp.
3.3 Thế Zeta
Điện thế zeta là một tham số quan trọng để xác định độ ổn định của huyền phù hạt nano. Để huyền phù hạt nano ổn định về mặt vật lý chỉ được ổn định bằng lực đẩy tĩnh điện, tối thiểu phải có thế zeta là ± 30 mV (Singare và cộng sự, 2010). Lực đẩy lẫn nhau của các hạt nano phụ thuộc vào việc có một thế zeta âm hoặc dương lớn.
Các phép đo điện thế Zeta của các hạt nano được trình bày trong Hình 5. Điều này cho thấy rằng các hạt nano Ag có điện tích bề mặt dương tăng theo nồng độ chitosan từ +23,8 mV ở 1% (w / v) đến +32,1 mV ở 3% w / v dung dịch chitosan.
Các hạt nano Cu có điện tích bề mặt dương cao hơn một chút, dao động từ +26,4 mV ở 1% (w / v) đến +33,9 mV ở 3% (w / v), mặc dù về mặt thống kê không tìm thấy điện thế zeta của các hạt nano Ag và Cu khác nhau đáng kể.
Điện thế zeta của các hạt nano tăng lên theo nồng độ chitosan do sự sẵn có nhiều hơn của proton – NH3 + trên bề mặt của các hạt nano được hình thành. Điều này sẽ tạo ra lực đẩy tĩnh điện lớn hơn giữa các hạt và do đó tỷ lệ kết tụ thấp hơn và dẫn đến phân tán hạt nano ổn định hơn.
Hình 5b cho biết thế zeta của các hạt nano Ag, Cu, Ag + Cu và Ag / Cu được điều chế từ dung dịch muối kim loại 50 mM và dung dịch chitosan 3% (w / v) tương ứng. Trong trường hợp này, các hạt nano Ag có điện tích bề mặt cao hơn một chút (+37,8 mV) so với hạt nano Cu (+35,5 mV).
Các hạt nano hỗn hợp (Ag + Cu) cho giá trị +39,1 mV và các hạt nano Ag / Cu là một trong +35,2 mV. Những khác biệt này không có ý nghĩa thống kê. Vì có thể có ảnh hưởng của kích thước hạt lên thế zeta của bốn loại hạt nano (Ag, Cu, Ag + Cu và Ag/Cu), thế zeta được so sánh cho các mẫu đã chọn tương ứng gần nhất với kích thước hạt trung bình của 200 nm.
Chúng được tổng hợp trong chitosan 3% (w / v) và tương ứng với nồng độ ion kim loại là 12,1, 32,0 và 18,2 mM đối với Ag, Cu và Ag / Cu tương ứng. Ag + Cu được tạo ra bằng cách trộn Ag điều chế ở 12,1 mM với Cu điều chế ở 32,0 mM. Các thế zeta tương ứng là +33,8, 33,1, 32,6 và 33,3 mV đối với Ag, Cu, Ag + Cu và Ag/Cu (Hình 5c).
Chúng rất giống với những gì được thể hiện trong Hình 5b trong đó tất cả các mẫu được chuẩn bị bằng dung dịch 50 mM (tương ứng với kích thước hạt trung bình lần lượt là 793, 292, 542 và 633 nm). Phát hiện này cho thấy nồng độ muối kim loại được sử dụng trong quá trình điều chế không ảnh hưởng đáng kể đến điện tích của các hạt nano.
Kết quả thu được ở đây phù hợp với kết quả của Xiong et al. (2013), trong đó người ta báo cáo rằng thế zeta của các hạt nano Cu là +32 mV, cho thấy rằng giá trị đó đủ cao để duy trì sự phân tán keo ổn định.
3.4 Đặc tính kháng khuẩn
Thử nghiệm MIC và MBC được thực hiện để đánh giá hoạt tính kháng khuẩn của các hạt nano đối với B. subtilis và E. coli. MIC được định nghĩa là nồng độ thấp nhất mà tại đó không có sự phát triển nhìn thấy được trong khi MBC được định nghĩa là nồng độ thấp nhất mà tại đó không có khuẩn lạc nào được quan sát thấy (Wei et al., 2009).
Giá trị MIC và MBC đối với B. subtilis và E. coli của các hạt nano Ag, Cu, Ag/Cu và Ag + Cu được điều chế từ dung dịch muối kim loại 50 mM được thể hiện trong Bảng 1. MIC hoặc MBC thấp hơn tương ứng với hiệu quả kháng khuẩn cao hơn. Để đối chứng, để đánh giá tác dụng kháng khuẩn có thể có của axit ascorbic, các thí nghiệm riêng biệt được thực hiện trong đó các mẫu được chuẩn bị theo phương pháp trong Mục 2.3.1, nhưng không có chitosan và bạc hoặc đồng nitrat và được thử nghiệm chống lại cả E. coli và B. subtilis.
Các mẫu này không cho thấy tác dụng diệt khuẩn khi chưa pha loãng, nhưng có tác dụng ức chế ở cường độ tối đa và độ pha loãng 1/2. Tuy nhiên, trong những điều kiện như vậy, mức ascorbic thường lớn hơn một nghìn lần so với mức có trong huyền phù hạt nano được nêu chi tiết trong Bảng 1, và do đó mọi tác dụng kháng khuẩn trực tiếp do sự hiện diện của axit ascorbic trong các thí nghiệm của chúng tôi đều có thể bị bỏ qua.
Kết quả cho thấy các hạt nano Ag có giá trị MIC và MBC đối với B. subtilis và E. coli cao hơn đáng kể so với các hạt nano Cu ở cùng nồng độ chitosan (3% w / v) và muối kim loại (50 mM). Kết quả trình bày ở đây chứng minh rằng ở cùng nồng độ muối kim loại, hạt nano Cu có kích thước hạt nhỏ hơn đặc trưng so với hạt nano Ag.
Kích thước hạt nhỏ hơn có xu hướng tăng cường tính chất kháng khuẩn vì khi kích thước giảm, có một số lượng lớn hơn các nguyên tử trên bề mặt có sẵn để tương tác với vi khuẩn (Marambio-Jones & Hoek, 2010). Hỗn hợp các hạt nano Ag và Cu ở 50 mM cho thấy hành vi trung gian mặc dù về mặt thống kê điều này tương tự như các hạt nano Ag đối với cả hai loại vi khuẩn. Các hạt nano lưỡng kim bạc đồng 50 mM cho thấy hiệu quả kháng khuẩn cao nhất.
Tất cả các hạt nano đều cho thấy các giá trị rất giống nhau đối với MIC và MBC, điều này cho thấy rằng các hạt nano có tác dụng diệt khuẩn chứ không phải kìm khuẩn trên hai loại vi khuẩn này. Valodkar và cộng sự, 2011 báo cáo giá trị MIC và MBC là 0,26 và 0,78 mg / L đối với hạt nano Ag 10 mM và MIC và MBC là 0,23 và 0,65 mg / L đối với hạt nano lưỡng kim bạc đồng Ag/Cu 10 mM chống lại nồng độ vi khuẩn thấp hơn (104 CFU / mL) của E. coli hơn so với được sử dụng ở đây (108 CFU / mL).
Taner và cộng sự, 2011 đã báo cáo giá trị MIC chỉ > 150 mg / L đối với các hạt nano Ag và các giá trị giống hệt nhau đối với MIC và MBC của hạt nano bạc đồng là 0,5 mg / L so với nồng độ cao (108 CFU / mL) của E. coli . Các giá trị MIC / MBC được báo cáo ở đây thấp hơn so với giá trị đạt được của Valodkar và cộng sự, 2011 và Taner và cộng sự, 2011 cho thấy hoạt tính kháng khuẩn tốt hơn và gợi ý rằng chitosan, đóng vai trò là chất ổn định cũng góp phần vào tác dụng kháng khuẩn.
Kết quả thu được ở đây không thể so sánh trực tiếp với kết quả của Said-Galiev et al. (2011) vì họ đã không báo cáo phát hiện của họ về MIC hoặc MBC. Huang và cộng sự, (2004) đã tổng hợp các hạt nano bằng cách sử dụng chitosan nhưng không báo cáo về hoạt tính kháng khuẩn của các hạt nano của chúng. Các phát hiện được báo cáo ở đây cho thấy rằng giá trị MIC / MBC của các hạt nano hợp kim lưỡng kim về cơ bản thấp hơn đáng kể so với giá trị của các hạt nano kim loại đơn thuần.
Vì kích thước hạt sẽ ảnh hưởng đến hoạt động kháng khuẩn, do sự khác biệt về diện tích bề mặt cụ thể, các mẫu được so sánh với nhau trong Bảng 2 giữ cho kích thước hạt trung bình gần như không đổi trên tất cả các mẫu xấp xỉ 200 nm (như thực hiện đối với điện thế zeta được trình bày trong Hình 5c.
Trên cơ sở này, các hạt nano Ag cho thấy giá trị MIC và MBC thấp hơn đáng kể so với các hạt nano Cu đối với cả hai loại vi khuẩn. Do đó, có thể phỏng đoán rằng Ag có hoạt tính kháng khuẩn nội tại lớn hơn Cu. Giá trị MIC và MBC thấp nhất đã được quan sát thấy các hạt nano bạc đồng tiếp xúc với cả B. subtilis và E. coli ở cùng nồng độ muối kim loại và chitosan hoặc kích thước hạt nano cố định.
Các hạt nano Cu thể hiện một cách thống kê cùng tác dụng kháng khuẩn như thu được với hỗn hợp Ag và Các hạt nano Cu hướng tới cả B. subtilis và E. coli. Vi khuẩn mang điện tích âm do dư thừa số lượng cacboxylic và các nhóm khác làm cho bề mặt tế bào trở nên âm tính (Stoimenov, Klinger, Marchin, & Klabunde, 2002). Huyền phù hạt nano được tạo ra ở đây có điện tích dương như được tiết lộ bởi các phép đo điện thế zeta.
Lực tĩnh điện giữa các hạt nano tích điện dương và tế bào vi khuẩn tích điện âm sẽ nâng cao tác dụng của hoạt tính kháng khuẩn. Sự bám dính của các hạt nano vào bề mặt của vi khuẩn làm thay đổi tính chất màng của nó, cuối cùng gây ra cái chết (Li và cộng sự, 2008). MIC và MBC của các hạt nano tổng hợp chống lại cả B. subtilis và E. coli cho thấy vi khuẩn Gram dương nhạy cảm hơn vi khuẩn Gram âm với các hạt nano. Điều này rất có thể là do sự khác biệt về cấu trúc thành tế bào vi khuẩn Gram dương và Gram âm với thành tế bào Gram âm có cấu trúc phức tạp hơn thành tế bào Gram dương.
4. Kết luận
Các hạt nano Ag và Cu được tổng hợp bằng cách sử dụng axit ascorbic làm chất khử trong dung dịch chitosan bằng phương pháp gia nhiệt vi sóng hiệu quả. Hơn nữa, quá trình tổng hợp diễn ra nhanh chóng, rẻ tiền, lành tính với môi trường, tiết kiệm năng lượng và không tạo ra chất thải độc hại. Nó chỉ ra rằng kích thước hạt nano có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh nồng độ của chitosan và bạc và đồng nitrat được sử dụng trong quá trình tổng hợp chúng.
Kích thước hạt có thể được tăng lên bằng cách giảm nồng độ chitosan hoặc tăng nồng độ ion kim loại. Các hạt nano được tạo ra có điện tích bề mặt dương và chitosan được sử dụng trong quá trình tổng hợp của chúng đã góp phần vào sự ổn định của huyền phù của các hạt đó và ngăn chặn sự kết tụ.
Thử nghiệm MIC và MBC cho thấy tác dụng diệt khuẩn mạnh với các hạt nano Ag cho thấy hiệu quả tiêu diệt cao hơn khi so sánh với các hạt nano Cu ở cùng kích thước hạt trung bình. Tất cả các hạt nano đều cho thấy các giá trị rất giống nhau đối với MIC và MBC, điều này cho thấy rằng các hạt nano có tác dụng diệt khuẩn chứ không phải kìm khuẩn trên hai loại vi khuẩn này. Hiệu quả kháng khuẩn lớn nhất được thấy khi Ag và Cu được kết hợp trong quá trình tổng hợp để tạo thành các hạt hợp kim. Việc sử dụng thứ hai trong các ứng dụng y tế hiện đang được điều tra.
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1. Huyền phù hạt nano của (a) Ag và (b) Cu được tổng hợp thành muối kim loại 10 mM và chitosan có nồng độ khác nhau lần lượt là 1, 2 và 3% (w / v), (từ trái sang phải) (c) Từ trái sang phải: Huyền phù nano Ag, Cu, Ag + Cu và Ag/Cu được tổng hợp trong 50 mM muối kim loại và 3% (w / v) chitosan.
Hình 2 Phổ hấp thụ của các hạt nano của (a) Ag và (b) Cu được tổng hợp trong các muối kim loại 10 mM và các nồng độ khác nhau của chitosan lần lượt là 1, 2 và 3% (w / v), (c) Ag, Cu, Ag + Cu và Ag/Cu lần lượt trong 50 mM muối kim loại và 3% (w / v) của chitosan.
Hình3. Kích thước hạt trung bình của (a) các hạt nano Ag (b) Cu được tổng hợp trong các muối kim loại 10 mM và các nồng độ chitosan khác nhau. Các thanh lỗi thể hiện độ lệch chuẩn so với giá trị trung bình trong các thử nghiệm ba lần. Các chữ cái khác nhau chỉ ra sự khác biệt có ý nghĩa ở p ≤ 0,05.
Hình 4. Kích thước hạt trung bình của các hạt nano được điều chế bằng các nồng độ khác nhau của (a) nitrat bạc (b) nitrat đồng (c) bạc và nitrat đồng (nồng độ kết hợp) ở 3% (w / v) chitosan. Các thanh lỗi thể hiện độ lệch chuẩn so với giá trị trung bình của các thử nghiệm ba lần. Các chữ cái khác nhau chỉ ra sự khác biệt có ý nghĩa ở p ≤ 0,05.
Hình 5. Thế Zeta của các hạt nano của (a) Ag và Cu của các muối kim loại 10 mM và nồng độ khác nhau của chitosan (b) Ag, Cu, Ag + Cu và Ag/Cu của các muối kim loại 50 mM và 3% (w / v) của chitosan (c) Ag, Cu, Ag + Cu và Ag / Cu với nồng độ nitrat được điều chỉnh để có kích thước hạt trung bình 200 nm (với 3% w / v chitosan). Các thanh lỗi thể hiện độ lệch chuẩn so với giá trị trung bình của các thử nghiệm ba lần. Các chữ cái khác nhau chỉ ra sự khác biệt có ý nghĩa ở p ≤ 0,05.
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1: Giá trị MIC và MBC của các hạt nano Ag, Cu, Ag/Cu và Ag + Cu được tổng hợp trong muối kim loại 50 mM và 3% (w / v) của chitosan đối với B. subtilis và E. coli. Các chữ cái được viết dưới giống hệt nhau biểu thị không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p> 0,05) giữa MIC và MBC trong so sánh dựa trên cột và các chữ cái được viết trên giống hệt nhau biểu thị không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p> 0,05) trong so sánh dựa trên hàng như được chỉ ra bởi một cách ANOVA với bội số Bonferroni các bài kiểm tra so sánh.
Bảng 2: Giá trị MIC và MBC của các hạt nano Ag, Cu, Ag/Cu và Ag + Cu kích thước hạt trung bình 200 nm đối với B. subtilis và E. coli. Các chữ cái được viết dưới giống hệt nhau biểu thị không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p> 0,05) giữa MIC và MBC trong so sánh dựa trên cột và các chữ cái được viết trên giống hệt nhau biểu thị không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (p> 0,05) trong so sánh dựa trên hàng như được chỉ ra bởi một cách ANOVA với bội số Bonferroni các bài kiểm tra so sánh.
Nguồn tham khảo:
N. MatZainabA.G.F.StapleyaG.Shamaa