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Sind kleinere Nanopartikel immer besser?Verstehen Sie die biologischen Auswirkungen der größenabhängigen Aggregation von Silbernanopartikeln unter biologisch relevanten Bedingungen
Autoren: Bélteky P, Rónavári A, Zakupszky D, Boka E, Igaz N, Szerencsés B, Pfeiffer I, Vágvölgyi C, Kiricsi M, Kónya Z
Péter Bélteky,1,* Andrea Rónavári,1,* Dalma Zakupszky,1 Eszter Boka,1 Nóra Igaz,2 Bettina Szerencsés,3 Ilona Pfeiffer,3 Csaba Vágvölgyi,3 Mónika Kiricsi von Umweltchemie, Ungarn, Fakultät für Naturwissenschaften und Informatik in Ungarn , Universität Szeged;2 Abteilung für Biochemie und Molekularbiologie, Fakultät für Naturwissenschaften und Information, Universität Szeged, Ungarn;3 Abteilung für Mikrobiologie, Fakultät für Naturwissenschaften und Information, Universität Szeged, Ungarn;4MTA-SZTE Reaction Kinetics and Surface Chemistry Research Group, Szeged, Ungarn* Diese Autoren haben gleichermaßen zu dieser Arbeit beigetragen.Kommunikation: Zoltán Kónya Fachbereich Angewandte Chemie und Umweltchemie, Fakultät für Naturwissenschaften und Informatik, Universität Szeged, Rerrich-Platz 1, Szeged, H-6720, Ungarn Telefon +36 62 544620 E-Mail [E-Mail-Schutz] Zweck: Silbernanopartikel (AgNPs) sind eines der am häufigsten untersuchten Nanomaterialien, insbesondere aufgrund ihrer biomedizinischen Anwendungen.Aufgrund der Aggregation von Nanopartikeln werden ihre hervorragende Zytotoxizität und antibakterielle Aktivität in biologischen Medien jedoch häufig beeinträchtigt.In dieser Arbeit wurden das Aggregationsverhalten und die damit verbundenen biologischen Aktivitäten von drei verschiedenen Citrat-terminierten Silbernanopartikelproben mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 10, 20 und 50 nm untersucht.Methode: Verwenden Sie ein Transmissionselektronenmikroskop, um Nanopartikel zu synthetisieren und zu charakterisieren, und bewerten Sie ihr Aggregationsverhalten bei verschiedenen pH-Werten, NaCl-, Glucose- und Glutaminkonzentrationen durch dynamische Lichtstreuung und Spektroskopie im ultravioletten und sichtbaren Bereich.Darüber hinaus verbessern Komponenten im Zellkulturmedium wie Dulbecco das Aggregationsverhalten in Eagle Medium und Fetal Calf Serum.Ergebnisse: Die Ergebnisse zeigen, dass ein saurer pH-Wert und ein physiologischer Elektrolytgehalt im Allgemeinen eine Aggregation im Mikrometerbereich induzieren, die durch die Bildung einer biomolekularen Korona vermittelt werden kann.Bemerkenswert ist, dass größere Partikel eine höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Einflüssen aufweisen als ihre kleineren Gegenstücke.In-vitro-Zytotoxizitäts- und antibakterielle Tests wurden durchgeführt, indem Zellen mit Nanopartikelaggregaten in verschiedenen Aggregationsstadien behandelt wurden.Schlussfolgerung: Unsere Ergebnisse zeigen einen starken Zusammenhang zwischen der kolloidalen Stabilität und der Toxizität von AgNPs, da eine extreme Aggregation zum vollständigen Verlust der biologischen Aktivität führt.Der bei größeren Partikeln beobachtete höhere Grad an Antiaggregation hat einen erheblichen Einfluss auf die In-vitro-Toxizität, da solche Proben eine stärkere antimikrobielle und Säugetierzellaktivität aufweisen.Diese Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass entgegen der allgemeinen Meinung in der einschlägigen Literatur die gezielte Verwendung möglichst kleiner Nanopartikel möglicherweise nicht die beste Vorgehensweise ist.Schlüsselwörter: Samenvermitteltes Wachstum, kolloidale Stabilität, größenabhängiges Aggregationsverhalten, Aggregationsschädigungstoxizität
Da die Nachfrage und Produktion von Nanomaterialien weiter steigt, wird deren biologischer Sicherheit oder biologischer Aktivität immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt.Silbernanopartikel (AgNPs) gehören aufgrund ihrer hervorragenden katalytischen, optischen und biologischen Eigenschaften zu den am häufigsten synthetisierten, erforschten und genutzten Vertretern dieser Materialklasse.1 Es wird allgemein angenommen, dass die einzigartigen Eigenschaften von Nanomaterialien (einschließlich AgNPs) hauptsächlich auf ihre große spezifische Oberfläche zurückzuführen sind.Daher besteht zwangsläufig das Problem, dass jeder Prozess, der diese Schlüsselfunktion beeinflusst, wie z. B. Partikelgröße, Oberflächenbeschichtung oder Aggregation, die Eigenschaften von Nanopartikeln, die für bestimmte Anwendungen von entscheidender Bedeutung sind, ernsthaft beeinträchtigt.
Die Auswirkungen von Partikelgröße und Stabilisatoren sind Themen, die in der Literatur relativ gut dokumentiert sind.Die allgemein akzeptierte Ansicht ist beispielsweise, dass kleinere Nanopartikel giftiger sind als größere Nanopartikel.2 In Übereinstimmung mit der allgemeinen Literatur haben unsere früheren Studien die größenabhängige Aktivität von Nanosilber auf Säugetierzellen und Mikroorganismen gezeigt.3– 5 Die Oberflächenbeschichtung ist ein weiteres Merkmal, das einen weitreichenden Einfluss auf die Eigenschaften von Nanomaterialien hat.Allein durch das Hinzufügen oder Modifizieren von Stabilisatoren auf seiner Oberfläche kann dasselbe Nanomaterial völlig unterschiedliche physikalische, chemische und biologische Eigenschaften aufweisen.Die Anwendung von Verkappungsmitteln erfolgt meist im Rahmen der Nanopartikelsynthese.Citratterminierte Silbernanopartikel sind beispielsweise eines der relevantesten AgNPs in der Forschung, die durch Reduktion von Silbersalzen in einer ausgewählten Stabilisatorlösung als Reaktionsmedium synthetisiert werden.6 Citrat kann leicht von seinen geringen Kosten, seiner Verfügbarkeit, seiner Biokompatibilität und seiner starken Affinität zu Silber profitieren, was sich in verschiedenen vorgeschlagenen Wechselwirkungen widerspiegeln kann, von der reversiblen Oberflächenadsorption bis hin zu ionischen Wechselwirkungen.Kleine Moleküle und mehratomige Ionen in der Nähe von 7,8, wie Citrate, Polymere, Polyelektrolyte und biologische Wirkstoffe, werden ebenfalls häufig verwendet, um Nanosilber zu stabilisieren und einzigartige Funktionalisierungen daran vorzunehmen.9-12
Obwohl die Möglichkeit, die Aktivität von Nanopartikeln durch absichtliche Oberflächenverkappung zu verändern, ein sehr interessantes Gebiet ist, ist die Hauptaufgabe dieser Oberflächenbeschichtung vernachlässigbar, da sie dem Nanopartikelsystem kolloidale Stabilität verleiht.Die große spezifische Oberfläche von Nanomaterialien erzeugt eine große Oberflächenenergie, die die thermodynamische Fähigkeit des Systems, seine minimale Energie zu erreichen, behindert.13 Ohne entsprechende Stabilisierung kann es zur Agglomeration von Nanomaterialien kommen.Unter Aggregation versteht man die Bildung von Aggregaten aus Partikeln unterschiedlicher Form und Größe, die auftritt, wenn dispergierte Partikel aufeinandertreffen und aktuelle thermodynamische Wechselwirkungen es den Partikeln ermöglichen, aneinander zu haften.Daher werden Stabilisatoren verwendet, um eine Aggregation zu verhindern, indem sie eine ausreichend große Abstoßungskraft zwischen den Partikeln erzeugen, um ihrer thermodynamischen Anziehung entgegenzuwirken.14
Obwohl das Thema Partikelgröße und Oberflächenbedeckung im Zusammenhang mit der Regulierung der durch Nanopartikel ausgelösten biologischen Aktivitäten eingehend untersucht wurde, ist die Partikelaggregation ein weitgehend vernachlässigter Bereich.Es gibt fast keine gründliche Studie zur Lösung der kolloidalen Stabilität von Nanopartikeln unter biologisch relevanten Bedingungen.10,15-17 Darüber hinaus ist dieser Beitrag besonders selten, da auch die mit der Aggregation verbundene Toxizität untersucht wurde, auch wenn sie Nebenwirkungen wie Gefäßthrombosen oder den Verlust gewünschter Eigenschaften wie Toxizität hervorrufen kann in Abbildung 1.18, 19 dargestellt.Tatsächlich hängt einer der wenigen bekannten Mechanismen der Resistenz gegen Silber-Nanopartikel mit der Aggregation zusammen, da bestimmte E. coli- und Pseudomonas aeruginosa-Stämme Berichten zufolge ihre Nanosilber-Empfindlichkeit durch die Expression des Flagellin-Proteins Flagellin verringern.Es hat eine hohe Affinität zu Silber und induziert dadurch eine Aggregation.20
Es gibt verschiedene Mechanismen im Zusammenhang mit der Toxizität von Silbernanopartikeln, und die Aggregation beeinflusst alle diese Mechanismen.Die am meisten diskutierte Methode der biologischen AgNP-Aktivität, manchmal auch als „Trojanisches Pferd“-Mechanismus bezeichnet, betrachtet AgNPs als Ag+-Träger.1,21 Der Trojaner-Mechanismus kann für einen starken Anstieg der lokalen Ag+-Konzentration sorgen, was zur Entstehung von ROS und Membrandepolarisation führt.22-24 Aggregation kann die Freisetzung von Ag+ und damit die Toxizität beeinträchtigen, da sie die wirksame aktive Oberfläche verringert, an der Silberionen oxidiert und gelöst werden können.AgNPs weisen jedoch nicht nur durch die Ionenfreisetzung Toxizität auf.Viele größen- und morphologiebezogene Wechselwirkungen müssen berücksichtigt werden.Dabei sind Größe und Form der Nanopartikeloberfläche die bestimmenden Merkmale.4,25 Die Gesamtheit dieser Mechanismen kann als „induzierte Toxizitätsmechanismen“ kategorisiert werden.Es gibt potenziell viele mitochondriale und Oberflächenmembranreaktionen, die Organellen schädigen und zum Zelltod führen können.25-27 Da die Bildung von Aggregaten auf natürliche Weise die Größe und Form silberhaltiger Objekte beeinflusst, die von lebenden Systemen erkannt werden, können diese Wechselwirkungen ebenfalls beeinflusst werden.
In unserer vorherigen Arbeit über die Aggregation von Silbernanopartikeln haben wir ein wirksames Screening-Verfahren demonstriert, das aus chemischen und biologischen In-vitro-Experimenten besteht, um dieses Problem zu untersuchen.19 Dynamische Lichtstreuung (DLS) ist die bevorzugte Technik für diese Art von Inspektionen, da das Material Photonen bei einer Wellenlänge streuen kann, die mit der Größe seiner Partikel vergleichbar ist.Da die Brownsche Bewegungsgeschwindigkeit von Partikeln im flüssigen Medium mit der Größe zusammenhängt, kann die Änderung der Intensität des Streulichts zur Bestimmung des durchschnittlichen hydrodynamischen Durchmessers (Z-Mittelwert) der flüssigen Probe verwendet werden.28 Darüber hinaus kann durch Anlegen einer Spannung an die Probe das Zeta-Potenzial (ζ-Potenzial) des Nanopartikels ähnlich wie der Z-Mittelwert gemessen werden.13,28 Wenn der absolute Wert des Zetapotentials hoch genug ist (gemäß allgemeinen Richtlinien > ±30 mV), erzeugt es eine starke elektrostatische Abstoßung zwischen den Partikeln, um der Aggregation entgegenzuwirken.Die charakteristische Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) ist ein einzigartiges optisches Phänomen, das hauptsächlich Edelmetall-Nanopartikeln (hauptsächlich Au und Ag) zugeschrieben wird.29​​ Basierend auf den elektronischen Schwingungen (Oberflächenplasmonen) dieser Materialien im Nanomaßstab ist bekannt, dass kugelförmige AgNPs einen charakteristischen UV-Vis-Absorptionspeak nahe 400 nm aufweisen.30 Die Intensität und Wellenlängenverschiebung der Partikel werden zur Ergänzung der DLS-Ergebnisse verwendet, da mit dieser Methode die Aggregation von Nanopartikeln und die Oberflächenadsorption von Biomolekülen nachgewiesen werden können.
Basierend auf den erhaltenen Informationen werden Zelllebensfähigkeitstests (MTT) und antibakterielle Tests auf eine Weise durchgeführt, bei der die AgNP-Toxizität als Funktion des Aggregationsgrads und nicht als Funktion der Nanopartikelkonzentration (der am häufigsten verwendete Faktor) beschrieben wird.Mit dieser einzigartigen Methode können wir die tiefgreifende Bedeutung des Aggregationsgrads für die biologische Aktivität demonstrieren, da beispielsweise Citrat-terminierte AgNPs aufgrund der Aggregation innerhalb weniger Stunden ihre biologische Aktivität vollständig verlieren.19
In der aktuellen Arbeit wollen wir unsere bisherigen Beiträge zur Stabilität biobezogener Kolloide und deren Einfluss auf die biologische Aktivität erheblich erweitern, indem wir den Einfluss der Nanopartikelgröße auf die Nanopartikelaggregation untersuchen.Dies ist zweifellos eine der Studien zu Nanopartikeln.Eine umfassendere Perspektive und 31 Um dieses Problem zu untersuchen, wurde eine samenvermittelte Wachstumsmethode verwendet, um Citrat-terminierte AgNPs in drei verschiedenen Größenbereichen (10, 20 und 50 nm) herzustellen.6,32 als eine der gebräuchlichsten Methoden.Für Nanomaterialien, die häufig und routinemäßig in medizinischen Anwendungen verwendet werden, werden Citrat-terminierte AgNPs unterschiedlicher Größe ausgewählt, um die mögliche Größenabhängigkeit der aggregationsbedingten biologischen Eigenschaften von Nanosilber zu untersuchen.Nach der Synthese von AgNPs unterschiedlicher Größe charakterisierten wir die hergestellten Proben mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und untersuchten die Partikel anschließend mit dem oben genannten Screening-Verfahren.Darüber hinaus wurde in Gegenwart von In-vitro-Zellkulturen wie Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) und Fetal Bovine Serum (FBS) das größenabhängige Aggregationsverhalten und dessen Verhalten bei verschiedenen pH-Werten, NaCl-, Glucose- und Glutaminkonzentrationen bewertet.Die Merkmale der Zytotoxizität werden unter umfassenden Bedingungen ermittelt.Der wissenschaftliche Konsens zeigt, dass im Allgemeinen kleinere Partikel vorzuziehen sind;Unsere Untersuchung bietet eine chemische und biologische Grundlage, um festzustellen, ob dies der Fall ist.
Drei Silbernanopartikel mit unterschiedlichen Größenbereichen wurden mit der von Wan et al. vorgeschlagenen keimvermittelten Wachstumsmethode mit geringfügigen Anpassungen hergestellt.6 Diese Methode basiert auf chemischer Reduktion unter Verwendung von Silbernitrat (AgNO3) als Silberquelle, Natriumborhydrid (NaBH4) als Reduktionsmittel und Natriumcitrat als Stabilisator.Bereiten Sie zunächst 75 ml einer 9 mM wässrigen Citratlösung aus Natriumcitrat-Dihydrat (Na3C6H5O7 x 2H2O) vor und erhitzen Sie es auf 70 °C.Dann wurden 2 ml einer 1 %igen (Gew./Vol.) AgNO3-Lösung zum Reaktionsmedium gegeben und dann wurde die frisch zubereitete Natriumborhydridlösung (2 ml, 0,1 % (Gew./Vol.)) tropfenweise in die Mischung gegossen.Die resultierende gelbbraune Suspension wurde unter kräftigem Rühren 1 Stunde lang bei 70 °C gehalten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt.Die resultierende Probe (im Folgenden als AgNP-I bezeichnet) wird als Grundlage für das keimvermittelte Wachstum im nächsten Syntheseschritt verwendet.
Um eine mittelgroße Partikelsuspension (als AgNP-II bezeichnet) zu synthetisieren, erhitzen Sie 90 ml 7,6 mM Citratlösung auf 80 °C, mischen Sie sie mit 10 ml AgNP-I und mischen Sie dann 2 ml 1 % w/v der AgNO3-Lösung wurde 1 Stunde lang unter kräftigem mechanischem Rühren gehalten und dann wurde die Probe auf Raumtemperatur abgekühlt.
Wiederholen Sie für das größte Partikel (AgNP-III) den gleichen Wachstumsprozess, verwenden Sie in diesem Fall jedoch 10 ml AgNP-II als Samensuspension.Nachdem die Proben Raumtemperatur erreicht haben, stellen sie ihre nominelle Ag-Konzentration bezogen auf den gesamten AgNO3-Gehalt durch Zugabe oder Verdampfen von zusätzlichem Lösungsmittel bei 40 °C auf 150 ppm ein und lagern sie schließlich bis zur weiteren Verwendung bei 4 °C.
Verwenden Sie das Transmissionselektronenmikroskop (TEM) FEI Tecnai G2 20Mindestens 15 repräsentative Bilder (~750 Partikel) wurden mit dem ImageJ-Softwarepaket ausgewertet und die resultierenden Histogramme (und alle Diagramme in der gesamten Studie) wurden in OriginPro 2018 (OriginLab, Northampton, MA, USA) erstellt 33, 34.
Der durchschnittliche hydrodynamische Durchmesser (Z-Durchschnitt), das Zetapotential (ζ-Potenzial) und die charakteristische Oberflächenplasmonresonanz (SPR) der Proben wurden gemessen, um ihre anfänglichen kolloidalen Eigenschaften zu veranschaulichen.Der durchschnittliche hydrodynamische Durchmesser und das Zetapotential der Probe wurden mit dem Malvern Zetasizer Nano ZS-Instrument (Malvern Instruments, Malvern, UK) unter Verwendung gefalteter Einwegkapillarzellen bei 37 ± 0,1 °C gemessen.Das UV-Vis-Spektrophotometer Ocean Optics 355 DH-2000-BAL (Halma PLC, Largo, FL, USA) wurde verwendet, um charakteristische SPR-Eigenschaften aus den UV-Vis-Absorptionsspektren von Proben im Bereich von 250–800 nm zu erhalten.
Während des gesamten Experiments wurden gleichzeitig drei verschiedene Messarten zur kolloidalen Stabilität durchgeführt.Verwenden Sie DLS, um den durchschnittlichen hydrodynamischen Durchmesser (Z-Durchschnitt) und das Zeta-Potenzial (ζ-Potenzial) der Partikel zu messen, da der Z-Durchschnitt mit der durchschnittlichen Größe der Nanopartikelaggregate zusammenhängt und das Zeta-Potenzial angibt, ob die elektrostatische Abstoßung im System vorhanden ist ist stark genug, um die Van-der-Waals-Anziehung zwischen Nanopartikeln auszugleichen.Die Messungen werden dreifach durchgeführt und die Standardabweichung des Z-Mittelwerts und des Zeta-Potenzials wird von der Zetasizer-Software berechnet.Die charakteristischen SPR-Spektren der Partikel werden mittels UV-Vis-Spektroskopie ausgewertet, da Änderungen der Peakintensität und -wellenlänge auf Aggregation und Oberflächeninteraktionen hinweisen können.29,35 Tatsächlich ist die Oberflächenplasmonresonanz in Edelmetallen so einflussreich, dass sie zu neuen Methoden zur Analyse von Biomolekülen geführt hat.29,36,37 Die Konzentration der AgNPs in der Versuchsmischung beträgt etwa 10 ppm, und der Zweck besteht darin, die Intensität der maximalen anfänglichen SPR-Absorption auf 1 einzustellen. Das Experiment wurde zeitabhängig bei 0 durchgeführt;1,5;3;6;12 und 24 Stunden unter verschiedenen biologisch relevanten Bedingungen.Weitere Details zur Beschreibung des Experiments finden Sie in unserer vorherigen Arbeit.19 Kurz gesagt, verschiedene pH-Werte (3; 5; 7,2 und 9), unterschiedliche Natriumchlorid- (10 mM; 50 mM; 150 mM), Glucose- (3,9 mM; 6,7 mM) und Glutamin- (4 mM) Konzentrationen und stellten außerdem Dulbeccos Modified Eagle Medium (DMEM) und fetales Rinderserum (FBS) (in Wasser und DMEM) als Modellsysteme her und untersuchten deren Auswirkungen auf das Aggregationsverhalten der synthetisierten Silbernanopartikel.pH-Wert: Die Werte von NaCl, Glucose und Glutamin werden anhand physiologischer Konzentrationen bewertet, während die Mengen an DMEM und FBS mit den im gesamten In-vitro-Experiment verwendeten Werten übereinstimmen.38–42 Alle Messungen wurden bei pH 7,2 und 37 °C mit einer konstanten Hintergrundsalzkonzentration von 10 mM NaCl durchgeführt, um jegliche Partikelwechselwirkungen über große Entfernungen zu eliminieren (mit Ausnahme bestimmter pH- und NaCl-bezogener Experimente, bei denen diese Attribute die Variablen unten sind). Studie).28 Die Liste der verschiedenen Bedingungen ist in Tabelle 1 zusammengefasst. Das mit † gekennzeichnete Experiment dient als Referenz und entspricht einer Probe mit 10 mM NaCl und pH 7,2.
Die menschliche Prostatakrebszelllinie (DU145) und immortalisierte menschliche Keratinozyten (HaCaT) wurden von ATCC (Manassas, VA, USA) erhalten.Zellen werden routinemäßig in Dulbeccos minimalem essentiellen Medium Eagle (DMEM) kultiviert, das 4,5 g/L Glucose (Sigma-Aldrich, Saint Louis, MO, USA) enthält, ergänzt mit 10 % FBS, 2 mM L-Glutamin, 0,01 % Streptomycin und 0,005 % Penicillin (Sigma-Aldrich, St. Louis, Missouri, USA).Die Zellen werden in einem Inkubator bei 37 °C unter 5 % CO2 und 95 % Luftfeuchtigkeit kultiviert.
Um die zeitabhängigen Veränderungen der AgNP-Zytotoxizität durch Partikelaggregation zu untersuchen, wurde ein zweistufiger MTT-Assay durchgeführt.Zunächst wurde die Lebensfähigkeit der beiden Zelltypen nach Behandlung mit AgNP-I, AgNP-II und AgNP-III gemessen.Dazu wurden die beiden Zelltypen in 96-Well-Platten mit einer Dichte von 10.000 Zellen/Well ausgesät und am zweiten Tag mit drei unterschiedlich großen Silbernanopartikeln in steigenden Konzentrationen behandelt.Nach 24 Stunden Behandlung wurden die Zellen mit PBS gewaschen und mit 0,5 mg/ml MTT-Reagens (SERVA, Heidelberg, Deutschland), verdünnt in Kulturmedium, 1 Stunde lang bei 37 °C inkubiert.Formazankristalle wurden in DMSO (Sigma-Aldrich, Saint Louis, MO, USA) gelöst und die Absorption bei 570 nm unter Verwendung eines Synergy HTX-Plattenlesegeräts (BioTek-Hungary, Budapest, Ungarn) gemessen.Der Absorptionswert der unbehandelten Kontrollprobe gilt als 100 %ige Überlebensrate.Führen Sie mindestens drei Experimente mit vier unabhängigen biologischen Replikaten durch.IC50 wird aus einer Dosis-Wirkungs-Kurve basierend auf Vitalitätsergebnissen berechnet.
Anschließend wurden im zweiten Schritt durch Inkubation der Partikel mit 150 mM NaCl für verschiedene Zeiträume (0, 1,5, 3, 6, 12 und 24 Stunden) vor der Zellbehandlung unterschiedliche Aggregationszustände der Silbernanopartikel erzeugt.Anschließend wurde derselbe MTT-Assay wie zuvor beschrieben durchgeführt, um Änderungen der Lebensfähigkeit der Zellen zu bewerten, die durch die Partikelaggregation beeinflusst werden.Verwenden Sie GraphPad Prism 7, um das Endergebnis auszuwerten, die statistische Signifikanz des Experiments durch den ungepaarten t-Test zu berechnen und sein Niveau als * (p ≤ 0,05), ** (p ≤ 0,01), *** (p ≤ 0,001) zu markieren ) Und **** (p ≤ 0,0001).
Drei verschiedene Größen von Silbernanopartikeln (AgNP-I, AgNP-II und AgNP-III) wurden für die antibakterielle Empfindlichkeit gegenüber Cryptococcus neoformans IFM 5844 (IFM; Forschungszentrum für pathogene Pilze und mikrobielle Toxikologie, Universität Chiba) und Bacillus Test megaterium SZMC 6031 verwendet (SZMC: Szeged Microbiology Collection) und E. coli SZMC 0582 in RPMI 1640-Medium (Sigma-Aldrich Co.).Um die durch die Aggregation der Partikel verursachten Veränderungen der antibakteriellen Aktivität zu bewerten, wurde zunächst deren minimale Hemmkonzentration (MHK) durch Mikroverdünnung in einer Mikrotiterplatte mit 96 Vertiefungen bestimmt.Zu 50 μl standardisierter Zellsuspension (5 × 104 Zellen/ml in RPMI 1640-Medium) 50 μl Silbernanopartikelsuspension hinzufügen und seriell mit der doppelten Konzentration verdünnen (im oben genannten Medium liegt der Bereich zwischen 0 und 75 ppm, d. h. Die Kontrollprobe enthält 50 μL Zellsuspension und 50 μL Medium ohne Nanopartikel.Anschließend wurde die Platte 48 Stunden lang bei 30 °C inkubiert und die optische Dichte der Kultur bei 620 nm mit einem SPECTROstar Nano-Plattenlesegerät (BMG LabTech, Offenburg, Deutschland) gemessen.Das Experiment wurde dreimal in dreifacher Ausfertigung durchgeführt.
Abgesehen davon, dass zu diesem Zeitpunkt 50 μl einzelner aggregierter Nanopartikelproben verwendet wurden, wurde das gleiche Verfahren wie zuvor beschrieben verwendet, um die Auswirkung der Aggregation auf die antibakterielle Aktivität der oben genannten Stämme zu untersuchen.Verschiedene Aggregationszustände von Silbernanopartikeln werden durch Inkubation der Partikel mit 150 mM NaCl für unterschiedliche Zeiträume (0, 1,5, 3, 6, 12 und 24 Stunden) vor der Zellverarbeitung erzeugt.Als Wachstumskontrolle wurde eine mit 50 μL RPMI 1640-Medium ergänzte Suspension verwendet, während zur Kontrolle der Toxizität eine Suspension mit nicht aggregierten Nanopartikeln verwendet wurde.Das Experiment wurde dreimal in dreifacher Ausfertigung durchgeführt.Verwenden Sie GraphPad Prism 7, um das Endergebnis erneut auszuwerten, und zwar unter Verwendung derselben statistischen Analyse wie bei der MTT-Analyse.
Der Aggregationsgrad der kleinsten Partikel (AgNP-I) wurde charakterisiert und die Ergebnisse teilweise in unserer vorherigen Arbeit veröffentlicht, aber für einen besseren Vergleich wurden alle Partikel gründlich untersucht.Die experimentellen Daten werden in den folgenden Abschnitten gesammelt und diskutiert.Drei Größen von AgNP.19
Mit TEM, UV-Vis und DLS durchgeführte Messungen bestätigten die erfolgreiche Synthese aller AgNP-Proben (Abbildung 2A-D).Gemäß der ersten Reihe von Abbildung 2 weist das kleinste Partikel (AgNP-I) eine einheitliche sphärische Morphologie mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 10 nm auf.Die keimvermittelte Wachstumsmethode liefert auch AgNP-II und AgNP-III mit unterschiedlichen Größenbereichen mit durchschnittlichen Partikeldurchmessern von etwa 20 nm bzw. 50 nm.Gemäß der Standardabweichung der Partikelverteilung überlappen sich die Größen der drei Proben nicht, was für ihre vergleichende Analyse wichtig ist.Durch den Vergleich des durchschnittlichen Seitenverhältnisses und des Dünnheitsverhältnisses von TEM-basierten Partikel-2D-Projektionen wird angenommen, dass die Sphärizität der Partikel durch das Formfilter-Plug-in von ImageJ bewertet wird (Abbildung 2E).43 Gemäß der Analyse der Form von Partikeln wird ihr Seitenverhältnis (große Seite/kurze Seite des kleinsten Begrenzungsrechtecks) nicht durch das Partikelwachstum beeinflusst, und ihr Dünnheitsverhältnis (gemessene Fläche des entsprechenden perfekten Kreises/theoretische Fläche). ) nimmt allmählich ab.Dadurch entstehen immer mehr polyedrische Partikel, die theoretisch perfekt rund sind, was einem Dünnheitsverhältnis von 1 entspricht.
Abbildung 2 Bild des Transmissionselektronenmikroskops (TEM) (A), Elektronenbeugungsmuster (ED) (B), Größenverteilungshistogramm (C), charakteristisches UV-sichtbares (UV-Vis) Lichtabsorptionsspektrum (D) und durchschnittliches flüssiges Citrat -terminierte Silbernanopartikel mit mechanischem Durchmesser (Z-Durchschnitt), Zetapotential, Aspektverhältnis und Dickenverhältnis (E) haben drei verschiedene Größenbereiche: AgNP-I beträgt 10 nm (obere Reihe), AgNP-II beträgt 20 nm (mittlere Reihe). ), AgNP-III (untere Reihe) beträgt 50 nm.
Obwohl die zyklische Natur der Wachstumsmethode die Partikelform in gewissem Maße beeinflusste, was zu einer geringeren Sphärizität größerer AgNPs führte, blieben alle drei Proben quasi-sphärisch.Darüber hinaus wird, wie im Elektronenbeugungsmuster in Abbildung 2B gezeigt, die Kristallinität der Nanopartikel nicht beeinträchtigt.Der markante Beugungsring, der mit den Miller-Indizes (111), (220), (200) und (311) von Silber korreliert werden kann, stimmt sehr gut mit der wissenschaftlichen Literatur und unseren früheren Beiträgen überein.9, 19,44 Die Fragmentierung des Debye-Scherrer-Rings von AgNP-II und AgNP-III ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass das ED-Bild mit der gleichen Vergrößerung aufgenommen wird, d. h. mit zunehmender Partikelgröße nimmt die Anzahl der gebeugten Partikel pro zu Die Flächeneinheit nimmt zu und ab.
Es ist bekannt, dass die Größe und Form von Nanopartikeln die biologische Aktivität beeinflusst.3,45 Formabhängige katalytische und biologische Aktivität kann durch die Tatsache erklärt werden, dass unterschiedliche Formen dazu neigen, bestimmte Kristallflächen (mit unterschiedlichen Miller-Indizes) zu vermehren, und diese Kristallflächen unterschiedliche Aktivitäten aufweisen.45,46 Da die hergestellten Partikel ähnliche ED-Ergebnisse liefern, die sehr ähnlichen Kristalleigenschaften entsprechen, kann davon ausgegangen werden, dass in unseren nachfolgenden Experimenten zur kolloidalen Stabilität und biologischen Aktivität alle beobachteten Unterschiede auf die Größe der Nanopartikel und nicht auf formbezogene Eigenschaften zurückzuführen sind.
Die in Abbildung 2D zusammengefassten UV-Vis-Ergebnisse unterstreichen zusätzlich die überwältigende sphärische Natur des synthetisierten AgNP, da die SPR-Peaks aller drei Proben bei etwa 400 nm liegen, was ein charakteristischer Wert für sphärische Silbernanopartikel ist.29,30 Die aufgenommenen Spektren bestätigten auch das erfolgreiche keimvermittelte Wachstum von Nanosilber.Mit zunehmender Partikelgröße nimmt die Wellenlänge, die der maximalen Lichtabsorption von AgNP-II entspricht, deutlicher zu. Laut Literatur erfährt AgNP-III eine Rotverschiebung.6,29
Bezüglich der anfänglichen kolloidalen Stabilität des AgNP-Systems wurde DLS verwendet, um den durchschnittlichen hydrodynamischen Durchmesser und das Zetapotential der Partikel bei pH 7,2 zu messen.Die in Abbildung 2E dargestellten Ergebnisse zeigen, dass AgNP-III eine höhere kolloidale Stabilität aufweist als AgNP-I oder AgNP-II, da gängige Richtlinien darauf hinweisen, dass ein Zetapotential von 30 mV absolut für die langfristige kolloidale Stabilität erforderlich ist. Dieser Befund wird weiter gestützt, wenn Der Z-Durchschnittswert (erhalten als durchschnittlicher hydrodynamischer Durchmesser freier und aggregierter Partikel) wird mit der durch TEM erhaltenen Primärpartikelgröße verglichen, denn je näher die beiden Werte beieinander liegen, desto milder ist der Grad der Ansammlung in der Probe.Tatsächlich ist der Z-Durchschnitt von AgNP-I und AgNP-II erheblich höher als ihre hauptsächliche TEM-bewertete Partikelgröße, sodass bei diesen Proben im Vergleich zu AgNP-III eine höhere Wahrscheinlichkeit zur Aggregation vorhergesagt wird, da das Zetapotential stark negativ ist wird von einem nahegelegenen Z-Durchschnittswert begleitet.
Die Erklärung für dieses Phänomen kann zweierlei sein.Einerseits wird die Citratkonzentration in allen Syntheseschritten auf einem ähnlichen Niveau gehalten, wodurch eine relativ hohe Menge an geladenen Oberflächengruppen bereitgestellt wird, um zu verhindern, dass die spezifische Oberfläche der wachsenden Partikel abnimmt.Laut Levak et al. können kleine Moleküle wie Citrat jedoch leicht durch Biomoleküle auf der Oberfläche der Nanopartikel ausgetauscht werden.In diesem Fall wird die kolloidale Stabilität durch die Korona der erzeugten Biomoleküle bestimmt.31 Da dieses Verhalten auch in unseren Aggregationsmessungen beobachtet wurde (später ausführlicher besprochen), kann Citrat-Capping allein dieses Phänomen nicht erklären.
Andererseits ist die Partikelgröße umgekehrt proportional zur Aggregationstendenz auf Nanometerebene.Dies wird hauptsächlich durch die traditionelle Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek-Methode (DLVO) gestützt, bei der die Partikelanziehung als die Summe der Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen Partikeln beschrieben wird.Laut He et al. nimmt der Maximalwert der DLVO-Energiekurve mit der Größe der Nanopartikel in den Hämatit-Nanopartikeln ab, was das Erreichen der minimalen Primärenergie erleichtert und dadurch eine irreversible Aggregation (Kondensation) fördert.47 Es wird jedoch spekuliert, dass es noch andere Aspekte gibt, die über die Grenzen der DLVO-Theorie hinausgehen.Obwohl die Van-der-Waals-Schwerkraft und die elektrostatische Doppelschichtabstoßung mit zunehmender Partikelgröße ähnlich sind, wurde in einem Aufsatz von Hotze et al.schlägt vor, dass es einen stärkeren Einfluss auf die Aggregation hat, als DLVO zulässt.14 Sie glauben, dass die Oberflächenkrümmung von Nanopartikeln nicht mehr als flache Oberfläche abgeschätzt werden kann, sodass eine mathematische Schätzung nicht mehr anwendbar ist.Darüber hinaus steigt mit abnehmender Partikelgröße der Prozentsatz der auf der Oberfläche vorhandenen Atome, was zu einer elektronischen Struktur und einem Oberflächenladungsverhalten führt.Und Änderungen der Oberflächenreaktivität, die zu einer Verringerung der Ladung in der elektrischen Doppelschicht führen und die Aggregation fördern können.
Beim Vergleich der DLS-Ergebnisse von AgNP-I, AgNP-II und AgNP-III in Abbildung 3 stellten wir fest, dass alle drei Proben einen ähnlichen pH-Wert aufwiesen, der zur Aggregation führte.Eine stark saure Umgebung (pH 3) verschiebt das Zetapotential der Probe auf 0 mV, wodurch Partikel mikrometergroße Aggregate bilden, während ein alkalischer pH-Wert das Zetapotential auf einen größeren negativen Wert verschiebt, bei dem die Partikel kleinere Aggregate bilden (pH 5). ).Und 7.2) ) oder völlig unaggregiert bleiben (pH 9).Es wurden auch einige wichtige Unterschiede zwischen den verschiedenen Proben beobachtet.Während des gesamten Experiments erwies sich AgNP-I als am empfindlichsten gegenüber pH-induzierten Zetapotentialänderungen, da das Zetapotential dieser Partikel bei pH 7,2 im Vergleich zu pH 9 verringert war, während AgNP-II und AgNP-III nur A zeigten Eine beträchtliche Änderung von ζ liegt bei pH 3. Darüber hinaus zeigte AgNP-II langsamere Änderungen und ein moderates Zeta-Potenzial, während AgNP-III das mildeste Verhalten der drei zeigte, da das System den höchsten absoluten Zeta-Wert und eine langsame Trendbewegung aufwies, was darauf hindeutet AgNP-III Am resistentesten gegen pH-induzierte Aggregation.Diese Ergebnisse stimmen mit den Messergebnissen des durchschnittlichen hydrodynamischen Durchmessers überein.In Anbetracht der Partikelgröße ihrer Primer zeigte AgNP-I bei allen pH-Werten eine konstante allmähliche Aggregation, höchstwahrscheinlich aufgrund des 10 mM NaCl-Hintergrunds, während AgNP-II und AgNP-III nur bei pH 3 eine signifikante Ansammlung zeigten.Der interessanteste Unterschied besteht darin, dass AgNP-III trotz seiner großen Nanopartikelgröße bei pH 3 innerhalb von 24 Stunden die kleinsten Aggregate bildet, was seine Antiaggregationseigenschaften hervorhebt.Durch Division des durchschnittlichen Z von AgNPs bei pH 3 nach 24 Stunden durch den Wert der vorbereiteten Probe kann beobachtet werden, dass die relativen Aggregatgrößen von AgNP-I und AgNP-II um das 50-fache, das 42-fache und das 22-fache zugenommen haben , jeweils.III.
Abbildung 3 Die Ergebnisse der dynamischen Lichtstreuung der Citrat-terminierten Silbernanopartikelprobe mit zunehmender Größe (10 nm: AgNP-I, 20 nm: AgNP-II und 50 nm: AgNP-III) werden als durchschnittlicher hydrodynamischer Durchmesser (Z-Durchschnitt) ausgedrückt ) (rechts) Unter verschiedenen pH-Bedingungen ändert sich das Zetapotential (links) innerhalb von 24 Stunden.
Die beobachtete pH-abhängige Aggregation beeinflusste auch die charakteristische Oberflächenplasmonresonanz (SPR) der AgNP-Proben, wie aus ihren UV-Vis-Spektren hervorgeht.Gemäß der ergänzenden Abbildung S1 folgt auf die Aggregation aller drei Silbernanopartikelsuspensionen eine Verringerung der Intensität ihrer SPR-Peaks und eine moderate Rotverschiebung.Das Ausmaß dieser Änderungen als Funktion des pH-Werts stimmt mit dem durch die DLS-Ergebnisse vorhergesagten Aggregationsgrad überein, es wurden jedoch einige interessante Trends beobachtet.Entgegen der Intuition zeigt sich, dass das mittelgroße AgNP-II am empfindlichsten auf SPR-Änderungen reagiert, während die anderen beiden Proben weniger empfindlich sind.In der SPR-Forschung ist 50 nm die theoretische Partikelgrößengrenze, die zur Unterscheidung von Partikeln anhand ihrer dielektrischen Eigenschaften verwendet wird.Partikel kleiner als 50 nm (AgNP-I und AgNP-II) können als einfache dielektrische Dipole beschrieben werden, während Partikel, die diese Grenze erreichen oder überschreiten (AgNP-III), komplexere dielektrische Eigenschaften haben und ihre Resonanzbande in multimodale Veränderungen aufspaltet .Bei zwei kleineren Partikelproben können AgNPs als einfache Dipole betrachtet werden und das Plasma kann sich leicht überlappen.Mit zunehmender Partikelgröße erzeugt diese Kopplung im Wesentlichen ein größeres Plasma, was die beobachtete höhere Empfindlichkeit erklären könnte.29 Für die größten Partikel ist die einfache Dipolschätzung jedoch nicht gültig, wenn auch andere Kopplungszustände auftreten können, was die verringerte Tendenz von AgNP-III zur Anzeige spektraler Änderungen erklären kann.29
Unter unseren Versuchsbedingungen wurde nachgewiesen, dass der pH-Wert einen tiefgreifenden Einfluss auf die kolloidale Stabilität von Citrat-beschichteten Silbernanopartikeln unterschiedlicher Größe hat.In diesen Systemen wird die Stabilität durch die negativ geladenen -COO-Gruppen auf der Oberfläche von AgNPs gewährleistet.Die funktionelle Carboxylatgruppe des Citrationen wird in einer großen Anzahl von H+-Ionen protoniert, sodass die erzeugte Carboxylgruppe keine elektrostatische Abstoßung mehr zwischen den Partikeln bewirken kann, wie in der oberen Reihe von Abbildung 4 dargestellt. Gemäß dem Prinzip von Le Chatelier entsteht AgNP Proben aggregieren bei pH 3 schnell, werden aber mit steigendem pH-Wert allmählich immer stabiler.
Abbildung 4 Schematischer Mechanismus der Oberflächeninteraktion, definiert durch Aggregation bei unterschiedlichem pH-Wert (obere Reihe), NaCl-Konzentration (mittlere Reihe) und Biomolekülen (untere Reihe).
Gemäß Abbildung 5 wurde auch die kolloidale Stabilität in AgNP-Suspensionen unterschiedlicher Größe unter steigenden Salzkonzentrationen untersucht.Basierend auf dem Zeta-Potenzial sorgt die erhöhte Nanopartikelgröße in diesen Citrat-terminierten AgNP-Systemen wiederum für eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Einflüssen durch NaCl.In AgNP-I reichen 10 mM NaCl aus, um eine milde Aggregation auszulösen, und eine Salzkonzentration von 50 mM liefert sehr ähnliche Ergebnisse.Bei AgNP-II und AgNP-III haben 10 mM NaCl keinen signifikanten Einfluss auf das Zetapotential, da ihre Werte bei (AgNP-II) oder unter (AgNP-III) -30 mV bleiben.Eine Erhöhung der NaCl-Konzentration auf 50 mM und schließlich auf 150 mM NaCl reicht aus, um den Absolutwert des Zetapotentials in allen Proben deutlich zu reduzieren, obwohl größere Partikel mehr negative Ladung behalten.Diese Ergebnisse stimmen mit dem erwarteten durchschnittlichen hydrodynamischen Durchmesser von AgNPs überein;Die Z-Durchschnittstrendlinien, gemessen bei 10, 50 und 150 mM NaCl, zeigen unterschiedliche, allmählich ansteigende Werte.Schließlich wurden in allen drei 150-mM-Experimenten mikrometergroße Aggregate nachgewiesen.
Abbildung 5 Die Ergebnisse der dynamischen Lichtstreuung der Citrat-terminierten Silbernanopartikelprobe mit zunehmender Größe (10 nm: AgNP-I, 20 nm: AgNP-II und 50 nm: AgNP-III) werden als durchschnittlicher hydrodynamischer Durchmesser (Z-Durchschnitt) ausgedrückt ) (rechts) und das Zetapotential (links) ändern sich innerhalb von 24 Stunden unter verschiedenen NaCl-Konzentrationen.
Die UV-Vis-Ergebnisse in der ergänzenden Abbildung S2 zeigen, dass die SPR von 50 und 150 mM NaCl in allen drei Proben sofort und signifikant abnimmt.Dies kann durch DLS erklärt werden, da die Aggregation auf NaCl-Basis schneller erfolgt als bei pH-abhängigen Experimenten, was durch den großen Unterschied zwischen den frühen Messungen (0, 1,5 und 3 Stunden) erklärt werden kann.Darüber hinaus erhöht eine Erhöhung der Salzkonzentration auch die relative Permittivität des Versuchsmediums, was einen tiefgreifenden Einfluss auf die Oberflächenplasmonresonanz hat.29
Die Wirkung von NaCl ist in der mittleren Zeile von Abbildung 4 zusammengefasst. Im Allgemeinen kann gefolgert werden, dass eine Erhöhung der Natriumchloridkonzentration einen ähnlichen Effekt hat wie eine Erhöhung des Säuregehalts, da Na+-Ionen dazu neigen, sich um die Carboxylatgruppen herum zu koordinieren. Unterdrückung negativer Zetapotential-AgNPs.Darüber hinaus erzeugte 150 mM NaCl in allen drei Proben mikrometergroße Aggregate, was darauf hindeutet, dass die physiologische Elektrolytkonzentration schädlich für die kolloidale Stabilität von Citrat-terminierten AgNPs ist.Durch Berücksichtigung der kritischen Kondensationskonzentration (CCC) von NaCl auf ähnlichen AgNP-Systemen können diese Ergebnisse geschickt in der relevanten Literatur platziert werden.Huynh et al.berechneten, dass der CCC von NaCl für Citrat-terminierte Silbernanopartikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 71 nm 47,6 mM betrug, während El Badawy et al.beobachteten, dass der CCC von 10 nm großen AgNPs mit Citratbeschichtung 70 mM betrug.10,16 Darüber hinaus wurde der signifikant hohe CCC von etwa 300 mM von He et al. gemessen, was dazu führte, dass sich ihre Synthesemethode von der zuvor erwähnten Veröffentlichung unterschied.48 Obwohl der vorliegende Beitrag nicht auf eine umfassende Analyse dieser Werte abzielt, da unsere experimentellen Bedingungen in der Komplexität der gesamten Studie zunehmen, scheint die biologisch relevante NaCl-Konzentration von 50 mM, insbesondere 150 mM NaCl, recht hoch zu sein.Induzierte Koagulation, was die festgestellten starken Veränderungen erklärt.
Der nächste Schritt im Polymerisationsexperiment besteht darin, einfache, aber biologisch relevante Moleküle zu verwenden, um Nanopartikel-Biomolekül-Wechselwirkungen zu simulieren.Basierend auf DLS- (Abbildungen 6 und 7) und UV-Vis-Ergebnissen (Ergänzende Abbildungen S3 und S4) können einige allgemeine Schlussfolgerungen gezogen werden.Unter unseren Versuchsbedingungen induzieren die untersuchten Moleküle Glucose und Glutamin in keinem AgNP-System eine Aggregation, da der Z-Mittelwert-Trend eng mit dem entsprechenden Referenzmesswert zusammenhängt.Obwohl ihre Anwesenheit die Aggregation nicht beeinflusst, zeigen experimentelle Ergebnisse, dass diese Moleküle teilweise auf der Oberfläche von AgNPs adsorbiert sind.Das hervorstechendste Ergebnis, das diese Ansicht stützt, ist die beobachtete Veränderung der Lichtabsorption.Obwohl AgNP-I keine nennenswerten Wellenlängen- oder Intensitätsänderungen aufweist, kann es durch die Messung größerer Partikel deutlicher beobachtet werden, was höchstwahrscheinlich auf die zuvor erwähnte höhere optische Empfindlichkeit zurückzuführen ist.Unabhängig von der Konzentration kann Glucose nach 1,5 Stunden im Vergleich zur Kontrollmessung eine stärkere Rotverschiebung verursachen, die bei AgNP-II etwa 40 nm und bei AgNP-III etwa 10 nm beträgt, was das Auftreten von Oberflächeninteraktionen belegt.Glutamin zeigte einen ähnlichen Trend, die Veränderung war jedoch nicht so offensichtlich.Darüber hinaus ist auch zu erwähnen, dass Glutamin das absolute Zeta-Potenzial mittlerer und großer Partikel reduzieren kann.Da diese Zeta-Veränderungen jedoch offenbar keinen Einfluss auf den Aggregationsgrad haben, lässt sich spekulieren, dass selbst kleine Biomoleküle wie Glutamin für ein gewisses Maß an räumlicher Abstoßung zwischen Partikeln sorgen können.
Abbildung 6 Die Ergebnisse der dynamischen Lichtstreuung von Citrat-terminierten Silbernanopartikelproben mit zunehmender Größe (10 nm: AgNP-I, 20 nm: AgNP-II und 50 nm: AgNP-III) werden als durchschnittlicher hydrodynamischer Durchmesser (Z-Durchschnitt) ausgedrückt. (rechts) Unter äußeren Bedingungen unterschiedlicher Glukosekonzentrationen ändert sich das Zetapotential (links) innerhalb von 24 Stunden.
Abbildung 7 Die Ergebnisse der dynamischen Lichtstreuung der Citrat-terminierten Silbernanopartikelprobe mit zunehmender Größe (10 nm: AgNP-I, 20 nm: AgNP-II und 50 nm: AgNP-III) werden als durchschnittlicher hydrodynamischer Durchmesser (Z-Durchschnitt) ausgedrückt ) (rechts) In Gegenwart von Glutamin ändert sich das Zetapotential (links) innerhalb von 24 Stunden.
Kurz gesagt, kleine Biomoleküle wie Glucose und Glutamin haben bei der gemessenen Konzentration keinen Einfluss auf die Kolloidstabilität: Obwohl sie das Zeta-Potenzial und die UV-Vis-Ergebnisse in unterschiedlichem Maße beeinflussen, sind die Z-Durchschnittsergebnisse nicht konsistent.Dies weist darauf hin, dass die Oberflächenadsorption von Molekülen die elektrostatische Abstoßung hemmt, aber gleichzeitig für Dimensionsstabilität sorgt.
Um die bisherigen Ergebnisse mit den vorherigen Ergebnissen zu verknüpfen und biologische Bedingungen besser zu simulieren, haben wir einige der am häufigsten verwendeten Zellkulturkomponenten ausgewählt und sie als experimentelle Bedingungen für die Untersuchung der Stabilität von AgNP-Kolloiden verwendet.Im gesamten In-vitro-Experiment besteht eine der wichtigsten Funktionen von DMEM als Medium darin, die notwendigen osmotischen Bedingungen herzustellen. Aus chemischer Sicht handelt es sich jedoch um eine komplexe Salzlösung mit einer Gesamtionenstärke ähnlich 150 mM NaCl .40 Was FBS betrifft, handelt es sich um eine komplexe Mischung von Biomolekülen – hauptsächlich Proteinen –. Aus Sicht der Oberflächenadsorption weist es einige Ähnlichkeiten mit den experimentellen Ergebnissen von Glucose und Glutamin auf, obwohl die chemische Zusammensetzung und Diversität beim Geschlecht viel komplizierter ist.19 DLS und UV-Die in Abbildung 8 bzw. ergänzenden Abbildung S5 gezeigten sichtbaren Ergebnisse können erklärt werden, indem die chemische Zusammensetzung dieser Materialien untersucht und mit den Messungen im vorherigen Abschnitt korreliert wird.
Abbildung 8 Die Ergebnisse der dynamischen Lichtstreuung der Citrat-terminierten Silbernanopartikelprobe mit zunehmender Größe (10 nm: AgNP-I, 20 nm: AgNP-II und 50 nm: AgNP-III) werden als durchschnittlicher hydrodynamischer Durchmesser (Z-Durchschnitt) ausgedrückt ) (rechts) In Gegenwart der Zellkulturkomponenten DMEM und FBS ändert sich das Zetapotential (links) innerhalb von 24 Stunden.
Die Verdünnung von AgNPs unterschiedlicher Größe in DMEM hat einen ähnlichen Effekt auf die kolloidale Stabilität wie der, der in Gegenwart hoher NaCl-Konzentrationen beobachtet wird.Die Dispersion von AgNP in 50 v/v % DMEM zeigte, dass eine großflächige Aggregation mit einem Anstieg des Zeta-Potentials und Z-Durchschnittswerts und einem starken Rückgang der SPR-Intensität festgestellt wurde.Es ist erwähnenswert, dass die durch DMEM nach 24 Stunden induzierte maximale Aggregatgröße umgekehrt proportional zur Größe der Primer-Nanopartikel ist.
Die Wechselwirkung zwischen FBS und AgNP ähnelt der, die in Gegenwart kleinerer Moleküle wie Glucose und Glutamin beobachtet wird, der Effekt ist jedoch stärker.Der Z-Mittelwert der Partikel bleibt davon unberührt, während ein Anstieg des Zetapotentials festgestellt wird.Der SPR-Peak zeigte eine leichte Rotverschiebung, aber vielleicht noch interessanter war, dass die SPR-Intensität nicht so deutlich abnahm wie bei der Kontrollmessung.Diese Ergebnisse können durch die angeborene Adsorption von Makromolekülen an der Oberfläche von Nanopartikeln (untere Reihe in Abbildung 4) erklärt werden, die heute als Bildung einer biomolekularen Korona im Körper verstanden wird.49