Javascript ამჟამად გამორთულია თქვენს ბრაუზერში.როდესაც Javascript გამორთულია, ამ ვებსაიტის ზოგიერთი ფუნქცია არ იმუშავებს.
დაარეგისტრირეთ თქვენი კონკრეტული დეტალები და კონკრეტული წამლები, რომლებიც თქვენთვის საინტერესოა და ჩვენ შევადარებთ თქვენს მიერ მოწოდებულ ინფორმაციას სტატიებს ჩვენს ვრცელ მონაცემთა ბაზაში და გამოგიგზავნით PDF ასლს ელფოსტით დროულად.
პატარა ნანონაწილაკები ყოველთვის უკეთესია?გაიგეთ ვერცხლის ნანონაწილაკების ზომაზე დამოკიდებული აგრეგაციის ბიოლოგიური ეფექტი ბიოლოგიურად შესაბამის პირობებში
ავტორები: Bélteky P, Rónavári A, Zakupszky D, Boka E, Igaz N, Szerencsés B, Pfeiffer I, Vágvölgyi C, Kiricsi M, Kónya Z
პეტერ ბელტეკი, 1, * ანდრეა რონავარი, 1, * დალმა ზაკუპსკი, 1 ესტერ ბოკა, 1 ნორა იგაზი, 2 ბეტინა სერენცსესი, 3 ილონა პფაიფერი, 3 ცაბა ვაგვოლგიი, 3 მონიკა კირიცის ჰუმანიტარული მეცნიერებისა და ქიმიის მეცნიერებისაგან. სეგედის უნივერსიტეტი;2 ბიოქიმიისა და მოლეკულური ბიოლოგიის დეპარტამენტი, უნგრეთი, სეგედის უნივერსიტეტის მეცნიერებისა და ინფორმაციის ფაკულტეტი;3 უნგრეთი, სეგედის უნივერსიტეტის მეცნიერებისა და ინფორმაციის ფაკულტეტის მიკრობიოლოგიის დეპარტამენტი;4MTA-SZTE რეაქციის კინეტიკა და ზედაპირული ქიმიის კვლევის ჯგუფი, სეგედი, უნგრეთი* ამ ავტორებმა თანაბარი წვლილი შეიტანეს ამ ნაშრომში.კომუნიკაცია: ზოლტან კონიას გამოყენებითი და გარემოს ქიმიის დეპარტამენტი, მეცნიერებისა და ინფორმატიკის ფაკულტეტი, სეგედის უნივერსიტეტი, რერიხის მოედანი 1, სეგედი, H-6720, უნგრეთი ტელეფონი +36 62 544620 ელფოსტა [ელფოსტის დაცვა] დანიშნულება: ვერცხლისფერი ერთ-ერთი ყველაზე ხშირად შესწავლილი ნანომასალა, განსაკუთრებით მათი ბიოსამედიცინო გამოყენების გამო.თუმცა, ნანონაწილაკების აგრეგაციის გამო, მათი შესანიშნავი ციტოტოქსიურობა და ანტიბაქტერიული აქტივობა ხშირად ზიანდება ბიოლოგიურ მედიაში.ამ ნაშრომში შესწავლილი იქნა 10, 20 და 50 ნმ საშუალო დიამეტრის სამი სხვადასხვა ციტრატით დამთავრებული ვერცხლის ნანონაწილაკების აგრეგაციის ქცევა და მასთან დაკავშირებული ბიოლოგიური აქტივობა.მეთოდი: გამოიყენეთ გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპი ნანონაწილაკების სინთეზირებისთვის და დასახასიათებლად, შეაფასეთ მათი აგრეგაციის ქცევა სხვადასხვა pH მნიშვნელობებზე, NaCl, გლუკოზის და გლუტამინის კონცენტრაციებში სინათლის დინამიური გაფანტვით და ულტრაიისფერი ხილული სპექტროსკოპიით.გარდა ამისა, უჯრედული კულტურის გარემოში ისეთი კომპონენტები, როგორიცაა დულბეკო, აუმჯობესებს აგრეგაციის ქცევას Eagle Medium და ნაყოფის ხბოს შრატში.შედეგები: შედეგები აჩვენებს, რომ მჟავე pH და ფიზიოლოგიური ელექტროლიტების შემცველობა ზოგადად იწვევს მიკრონის მასშტაბის აგრეგაციას, რაც შეიძლება შუამავლობდეს ბიომოლეკულური კორონას წარმოქმნით.აღსანიშნავია, რომ უფრო დიდი ნაწილაკები ავლენენ უფრო მეტ წინააღმდეგობას გარე გავლენის მიმართ, ვიდრე მათი პატარა კოლეგები.ინ ვიტრო ციტოტოქსიურობის და ანტიბაქტერიული ტესტები ჩატარდა უჯრედების დამუშავებით ნანონაწილაკების აგრეგატებით სხვადასხვა აგრეგაციის სტადიაზე.დასკვნა: ჩვენი შედეგები ცხადყოფს ღრმა კორელაციას კოლოიდურ სტაბილურობასა და AgNP-ების ტოქსიკურობას შორის, რადგან უკიდურესი აგრეგაცია იწვევს ბიოლოგიური აქტივობის სრულ დაკარგვას.უფრო დიდი ნაწილაკებისთვის დაფიქსირებული ანტიაგრეგაციის მაღალი ხარისხი მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს ინ ვიტრო ტოქსიკურობაზე, რადგან ასეთი ნიმუშები ინარჩუნებენ მეტ ანტიმიკრობულ და ძუძუმწოვრების უჯრედების აქტივობას.ეს დასკვნები მიგვიყვანს დასკვნამდე, რომ, მიუხედავად შესაბამისი ლიტერატურის ზოგადი მოსაზრებისა, ნანონაწილაკების ყველაზე მცირე ზომის მიზანმიმართულობა შეიძლება არ იყოს საუკეთესო გზა.საკვანძო სიტყვები: თესლის შუამავლობით ზრდა, კოლოიდური სტაბილურობა, ზომაზე დამოკიდებული აგრეგაციის ქცევა, აგრეგაციის დაზიანების ტოქსიკურობა
რამდენადაც იზრდება ნანომასალებზე მოთხოვნა და გამომუშავება, სულ უფრო მეტი ყურადღება ექცევა მათ ბიოუსაფრთხოებას ან ბიოლოგიურ აქტივობას.ვერცხლის ნანონაწილაკები (AgNP) ამ კლასის მასალების ერთ-ერთი ყველაზე ხშირად სინთეზირებული, გამოკვლეული და გამოყენებული წარმომადგენელია მათი შესანიშნავი კატალიზური, ოპტიკური და ბიოლოგიური თვისებების გამო.1 ზოგადად მიჩნეულია, რომ ნანომასალების (მათ შორის AgNP-ების) უნიკალური მახასიათებლები ძირითადად განპირობებულია მათი დიდი სპეციფიკური ზედაპირის ფართობით.ამიტომ, გარდაუვალი პრობლემაა ნებისმიერი პროცესი, რომელიც გავლენას ახდენს ამ ძირითად მახასიათებლებზე, როგორიცაა ნაწილაკების ზომა, ზედაპირის საფარი ან აგრეგაცია, სერიოზულად დააზიანებს თუ არა ის ნანონაწილაკების თვისებებს, რომლებიც კრიტიკულია კონკრეტული აპლიკაციებისთვის.
ნაწილაკების ზომისა და სტაბილიზატორების ეფექტები არის საგნები, რომლებიც შედარებით კარგად არის დოკუმენტირებული ლიტერატურაში.მაგალითად, ზოგადად მიღებული შეხედულებაა, რომ პატარა ნანონაწილაკები უფრო ტოქსიკურია, ვიდრე უფრო დიდი ნანონაწილაკები.2 ზოგადი ლიტერატურის შესაბამისად, ჩვენმა წინა კვლევებმა აჩვენა ნანოსვერცხლის ზომაზე დამოკიდებული აქტივობა ძუძუმწოვრების უჯრედებსა და მიკროორგანიზმებზე.3–5 ზედაპირის საფარი არის კიდევ ერთი ატრიბუტი, რომელსაც აქვს ფართო გავლენა ნანომასალების თვისებებზე.მხოლოდ მის ზედაპირზე სტაბილიზატორების დამატებით ან შეცვლით, ერთსა და იმავე ნანომასალას შეიძლება ჰქონდეს სრულიად განსხვავებული ფიზიკური, ქიმიური და ბიოლოგიური თვისებები.დაფარვის აგენტების გამოყენება ყველაზე ხშირად ხდება ნანონაწილაკების სინთეზის ნაწილად.მაგალითად, ციტრატით დამთავრებული ვერცხლის ნანონაწილაკები არის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი AgNP კვლევაში, რომელიც სინთეზირებულია ვერცხლის მარილების შემცირებით შერჩეულ სტაბილიზატორ ხსნარში, როგორც რეაქციის საშუალება.6 ციტრატს შეუძლია ისარგებლოს მისი დაბალი ფასით, ხელმისაწვდომობით, ბიოთავსებადობით და ვერცხლისადმი ძლიერი მიდრეკილებით, რაც შეიძლება აისახოს სხვადასხვა შემოთავაზებულ ურთიერთქმედებებში, შექცევადი ზედაპირის ადსორბციიდან იონურ ურთიერთქმედებამდე.მცირე მოლეკულები და პოლიატომური იონები 7,8-თან ახლოს, როგორიცაა ციტრატები, პოლიმერები, პოლიელექტროლიტები და ბიოლოგიური აგენტები ასევე ჩვეულებრივ გამოიყენება ნანოვერცხლის სტაბილიზაციისთვის და მასზე უნიკალური ფუნქციონალიზაციის შესასრულებლად.9-12
მიუხედავად იმისა, რომ ნანონაწილაკების აქტივობის შეცვლის შესაძლებლობა მიზანმიმართული ზედაპირის დაფარვით ძალიან საინტერესო სფეროა, ამ ზედაპირის საფარის მთავარი როლი უმნიშვნელოა, რაც უზრუნველყოფს ნანონაწილაკების სისტემის კოლოიდურ სტაბილურობას.ნანომასალების დიდი სპეციფიური ზედაპირის ფართობი წარმოქმნის დიდ ზედაპირულ ენერგიას, რაც აფერხებს სისტემის თერმოდინამიკურ უნარს მიაღწიოს მის მინიმალურ ენერგიას.13 სათანადო სტაბილიზაციის გარეშე, ამან შეიძლება გამოიწვიოს ნანომასალების აგლომერაცია.აგრეგაცია არის სხვადასხვა ფორმისა და ზომის ნაწილაკების აგრეგატების ფორმირება, რომელიც ხდება მაშინ, როდესაც დისპერსიული ნაწილაკები ხვდებიან და მიმდინარე თერმოდინამიკური ურთიერთქმედება საშუალებას აძლევს ნაწილაკებს ერთმანეთს მიეწებონ.აქედან გამომდინარე, სტაბილიზატორები გამოიყენება აგრეგაციის თავიდან ასაცილებლად ნაწილაკებს შორის საკმარისად დიდი მოწინააღმდეგე ძალის შემოტანით, რათა დაუპირისპირდეს მათ თერმოდინამიკურ მიზიდულობას.14
მიუხედავად იმისა, რომ ნაწილაკების ზომისა და ზედაპირის დაფარვის თემა საფუძვლიანად იქნა შესწავლილი ნანონაწილაკებით გამოწვეული ბიოლოგიური აქტივობების რეგულირების კონტექსტში, ნაწილაკების აგრეგაცია ძირითადად უგულებელყოფილი სფეროა.თითქმის არ არსებობს საფუძვლიანი კვლევა ნანონაწილაკების კოლოიდური სტაბილურობის ამოსახსნელად ბიოლოგიურად შესაბამის პირობებში.10,15-17 გარდა ამისა, ეს წვლილი განსაკუთრებით იშვიათია, სადაც აგრეგაციასთან დაკავშირებული ტოქსიკურობა ასევე შესწავლილია, მაშინაც კი, თუ ამან შეიძლება გამოიწვიოს არასასურველი რეაქციები, როგორიცაა სისხლძარღვთა თრომბოზი, ან სასურველი მახასიათებლების დაკარგვა, როგორიცაა მისი ტოქსიკურობა, ნაჩვენებია ნახაზი 1.18, 19 ნაჩვენები.ფაქტობრივად, ვერცხლის ნანონაწილაკების წინააღმდეგობის რამდენიმე ცნობილი მექანიზმიდან ერთ-ერთი დაკავშირებულია აგრეგაციასთან, რადგან ზოგიერთი E. coli და Pseudomonas aeruginosa შტამები ამცირებენ მათ ნანო-ვერცხლის მგრძნობელობას ცილა ფლაგელინის, ფლაგელინის გამოხატვით.მას აქვს მაღალი მიდრეკილება ვერცხლთან, რითაც იწვევს აგრეგაციას.20
არსებობს რამდენიმე განსხვავებული მექანიზმი, რომელიც დაკავშირებულია ვერცხლის ნანონაწილაკების ტოქსიკურობასთან და აგრეგაცია გავლენას ახდენს ყველა ამ მექანიზმზე.AgNP-ის ბიოლოგიური აქტივობის ყველაზე განხილული მეთოდი, რომელსაც ზოგჯერ „ტროას ცხენის“ მექანიზმად მოიხსენიებენ, AgNP-ებს Ag+ მატარებლებად მიიჩნევს.1,21 ტროას ცხენის მექანიზმს შეუძლია უზრუნველყოს ადგილობრივი Ag+ კონცენტრაციის დიდი ზრდა, რაც იწვევს ROS-ის და მემბრანის დეპოლარიზაციას.22-24 აგრეგაციამ შეიძლება გავლენა მოახდინოს Ag+-ის გამოყოფაზე, რითაც იმოქმედოს ტოქსიკურობაზე, რადგან ამცირებს ეფექტურ აქტიურ ზედაპირს, სადაც ვერცხლის იონები შეიძლება დაჟანგდეს და დაიშალა.თუმცა, AgNP-ები არა მხოლოდ ავლენენ ტოქსიკურობას იონის გათავისუფლების გზით.გასათვალისწინებელია მრავალი ზომა და მორფოლოგიასთან დაკავშირებული ურთიერთქმედება.მათ შორის, ნანონაწილაკების ზედაპირის ზომა და ფორმა განმსაზღვრელი მახასიათებლებია.4,25 ამ მექანიზმების კოლექცია შეიძლება კლასიფიცირდეს, როგორც "გამოწვეული ტოქსიკურობის მექანიზმები".არსებობს პოტენციურად მრავალი მიტოქონდრიული და ზედაპირული მემბრანული რეაქცია, რამაც შეიძლება დააზიანოს ორგანელები და გამოიწვიოს უჯრედების სიკვდილი.25-27 ვინაიდან აგრეგატების ფორმირება ბუნებრივად მოქმედებს ცოცხალი სისტემების მიერ აღიარებული ვერცხლის შემცველი ობიექტების ზომასა და ფორმაზე, ეს ურთიერთქმედებაც შეიძლება დაზარალდეს.
ჩვენს წინა ნაშრომში ვერცხლის ნანონაწილაკების აგრეგაციის შესახებ, ჩვენ ვაჩვენეთ ეფექტური სკრინინგის პროცედურა, რომელიც შედგება ქიმიური და ინ ვიტრო ბიოლოგიური ექსპერიმენტებისგან ამ პრობლემის შესასწავლად.19 სინათლის დინამიური გაფანტვა (DLS) არის სასურველი ტექნიკა ამ ტიპის შემოწმებისთვის, რადგან მასალას შეუძლია ფოტონების გაფანტვა ტალღის სიგრძეზე, რომელიც შედარებულია მისი ნაწილაკების ზომასთან.ვინაიდან თხევად გარემოში ნაწილაკების ბრაუნის მოძრაობის სიჩქარე დაკავშირებულია ზომასთან, გაფანტული სინათლის ინტენსივობის ცვლილება შეიძლება გამოყენებულ იქნას თხევადი ნიმუშის საშუალო ჰიდროდინამიკური დიამეტრის (Z-საშუალო) დასადგენად.28 გარდა ამისა, ნიმუშზე ძაბვის გამოყენებით, ნანონაწილაკების ზეტა პოტენციალი (ζ პოტენციალი) შეიძლება გაიზომოს Z საშუალო მნიშვნელობის მსგავსად.13,28 თუ ზეტა პოტენციალის აბსოლუტური მნიშვნელობა საკმარისად მაღალია (ზოგადი მითითებების მიხედვით > ±30 mV), ის წარმოქმნის ძლიერ ელექტროსტატიკური მოგერიებას ნაწილაკებს შორის აგრეგაციის დასაპირისპირებლად.დამახასიათებელი ზედაპირული პლაზმონის რეზონანსი (SPR) არის უნიკალური ოპტიკური ფენომენი, რომელიც ძირითადად მიეკუთვნება ძვირფასი ლითონის ნანონაწილაკებს (ძირითადად Au და Ag).29 ამ მასალების ელექტრონულ რხევებზე (ზედაპირის პლაზმონები) ნანომასშტაბზე დაყრდნობით, ცნობილია, რომ სფერულ AgNP-ებს აქვთ დამახასიათებელი UV-Vis შთანთქმის პიკი 400 ნმ-თან ახლოს.30 ნაწილაკების ინტენსივობა და ტალღის სიგრძის ცვლა გამოიყენება DLS შედეგების დასამატებლად, რადგან ეს მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნანონაწილაკების აგრეგაციისა და ბიომოლეკულების ზედაპირული ადსორბციის გამოსავლენად.
მიღებული ინფორმაციის საფუძველზე, უჯრედების სიცოცხლისუნარიანობის (MTT) და ანტიბაქტერიული ანალიზები შესრულებულია ისე, რომ AgNP ტოქსიკურობა აღწერილია, როგორც აგრეგაციის დონის ფუნქცია, ვიდრე (ყველაზე ხშირად გამოყენებული ფაქტორი) ნანონაწილაკების კონცენტრაცია.ეს უნიკალური მეთოდი საშუალებას გვაძლევს ვაჩვენოთ აგრეგაციის დონის ღრმა მნიშვნელობა ბიოლოგიურ აქტივობაში, რადგან, მაგალითად, ციტრატით დამთავრებული აგნპ-ები აგრეგაციის გამო რამდენიმე საათში მთლიანად კარგავენ ბიოლოგიურ აქტივობას.19
მიმდინარე ნაშრომში, ჩვენ მიზნად ისახავს მნიშვნელოვნად გავაფართოვოთ ჩვენი წინა წვლილი ბიო დაკავშირებული კოლოიდების სტაბილურობაში და მათი გავლენა ბიოლოგიურ აქტივობაზე ნანონაწილაკების ზომის გავლენის შესწავლით ნანონაწილაკების აგრეგაციაზე.ეს უდავოდ ნანონაწილაკების ერთ-ერთი კვლევაა.უფრო მაღალი დონის პერსპექტივა და 31 ამ საკითხის გამოსაკვლევად, გამოყენებული იქნა თესლის შუამავლობით ზრდის მეთოდი ციტრატით დამთავრებული AgNP-ების წარმოებისთვის სამ სხვადასხვა ზომის დიაპაზონში (10, 20 და 50 ნმ).6,32, როგორც ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული მეთოდი.ნანომასალებისთვის, რომლებიც ფართოდ და რუტინულად გამოიყენება სამედიცინო პროგრამებში, შეირჩევა ციტრატით დამთავრებული სხვადასხვა ზომის AgNP-ები, რათა შეისწავლოს ნანოვერცხლის აგრეგაციასთან დაკავშირებული ბიოლოგიური თვისებების შესაძლო ზომაზე დამოკიდებულება.სხვადასხვა ზომის AgNP-ების სინთეზის შემდეგ, ჩვენ დავახასიათეთ წარმოებული ნიმუშები გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპით (TEM), შემდეგ კი განვიხილეთ ნაწილაკები ზემოაღნიშნული სკრინინგის პროცედურის გამოყენებით.გარდა ამისა, ინ ვიტრო უჯრედული კულტურების Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) და ნაყოფის მსხვილფეხა რქოსანი შრატი (FBS) თანდასწრებით, ზომაზე დამოკიდებული აგრეგაციის ქცევა და მისი ქცევა შეფასდა სხვადასხვა pH მნიშვნელობებზე, NaCl, გლუკოზის და გლუტამინის კონცენტრაციებზე.ციტოტოქსიურობის მახასიათებლები განისაზღვრება ყოვლისმომცველი პირობებით.სამეცნიერო კონსენსუსი მიუთითებს, რომ ზოგადად, უფრო მცირე ნაწილაკები სასურველია;ჩვენი გამოძიება უზრუნველყოფს ქიმიურ და ბიოლოგიურ პლატფორმას იმის დასადგენად, არის თუ არა ეს ასე.
სამი ვერცხლის ნანონაწილაკი სხვადასხვა ზომის დიაპაზონით მომზადდა ვან და სხვების მიერ შემოთავაზებული თესლის შუამავლობით ზრდის მეთოდით, მცირე კორექტირებით.6 ეს მეთოდი ეფუძნება ქიმიურ რედუქციას, ვერცხლის ნიტრატის (AgNO3) გამოყენებით, როგორც ვერცხლის წყარო, ნატრიუმის ბოროჰიდრიდის (NaBH4) როგორც შემცირების აგენტი და ნატრიუმის ციტრატის, როგორც სტაბილიზატორი.თავდაპირველად მოამზადეთ 75 მლ 9 მმ ციტრატის წყალხსნარი ნატრიუმის ციტრატის დიჰიდრატისგან (Na3C6H5O7 x 2H2O) და გაათბეთ 70°C-მდე.შემდეგ სარეაქციო გარემოს დაემატა 2 მლ 1% w/v AgNO3 ხსნარი, შემდეგ კი ახლად მომზადებული ნატრიუმის ბოროჰიდრიდის ხსნარი (2 მლ 0,1% w/v) შეედინება ნარევში წვეთობრივად.მიღებული ყვითელ-ყავისფერი სუსპენზია ინახებოდა 70°C-ზე ენერგიული მორევით 1 საათის განმავლობაში და შემდეგ გაცივდა ოთახის ტემპერატურამდე.მიღებული ნიმუში (ამიერიდან მოიხსენიება როგორც AgNP-I) გამოიყენება როგორც თესლის შუამავლობით გამოწვეული ზრდის საფუძველი სინთეზის შემდეგ ეტაპზე.
საშუალო ზომის ნაწილაკების სუსპენზიის (აღნიშნულია AgNP-II) სინთეზისთვის, გაათბეთ 90 მლ 7,6 მმ ციტრატის ხსნარი 80°C-მდე, შეურიეთ 10 მლ AgNP-I და შემდეგ შეურიეთ 2 მლ 1% w/v AgNO3 ხსნარი. ინახებოდა ენერგიული მექანიკური მორევის ქვეშ 1 საათის განმავლობაში, შემდეგ კი ნიმუში გაცივდა ოთახის ტემპერატურამდე.
ყველაზე დიდი ნაწილაკისთვის (AgNP-III), გაიმეორეთ ზრდის იგივე პროცესი, მაგრამ ამ შემთხვევაში გამოიყენეთ 10 მლ AgNP-II, როგორც თესლის სუსპენზია.მას შემდეგ, რაც ნიმუშები მიაღწევენ ოთახის ტემპერატურას, ისინი ადგენენ AgNO3-ის საერთო შემცველობის მიხედვით ნომინალურ Ag კონცენტრაციას 150 ppm-ზე დამატებითი გამხსნელის დამატებით ან აორთქლებით 40°C-ზე და ბოლოს ინახავენ მათ 4°C-ზე შემდგომ გამოყენებამდე.
გამოიყენეთ FEI Tecnai G2 20 X-Twin გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპი (TEM) (FEI Corporate Headquarters, Hillsboro, Oregon, USA) 200 კვ აჩქარების ძაბვით ნანონაწილაკების მორფოლოგიური მახასიათებლების შესამოწმებლად და მათი ელექტრონული დიფრაქციის (ED) ნიმუშის დასაფიქსირებლად.მინიმუმ 15 წარმომადგენლობითი სურათი (~ 750 ნაწილაკი) შეფასდა ImageJ პროგრამული პაკეტის გამოყენებით და შედეგად მიღებული ჰისტოგრამები (და ყველა გრაფიკი მთელ კვლევაში) შეიქმნა OriginPro 2018-ში (OriginLab, Northampton, MA, აშშ) 33, 34.
ნიმუშების საშუალო ჰიდროდინამიკური დიამეტრი (Z-საშუალო), ზეტა პოტენციალი (ζ-პოტენციალი) და დამახასიათებელი ზედაპირული პლაზმონის რეზონანსი (SPR) გაზომილი იყო მათი საწყისი კოლოიდური თვისებების საილუსტრაციოდ.ნიმუშის საშუალო ჰიდროდინამიკური დიამეტრი და ზეტა პოტენციალი გაზომილი იყო Malvern Zetasizer Nano ZS ინსტრუმენტით (Malvern Instruments, Malvern, UK) ერთჯერადი დაკეცილი კაპილარული უჯრედების გამოყენებით 37±0.1°C ტემპერატურაზე.Ocean Optics 355 DH-2000-BAL UV-Vis სპექტროფოტომეტრი (Halma PLC, Largo, FL, აშშ) გამოიყენებოდა დამახასიათებელი SPR მახასიათებლების მისაღებად ნიმუშების UV-Vis შთანთქმის სპექტრიდან 250-800 ნმ დიაპაზონში.
მთელი ექსპერიმენტის განმავლობაში, კოლოიდურ მდგრადობასთან დაკავშირებული სამი განსხვავებული გაზომვის ტიპი ერთდროულად განხორციელდა.გამოიყენეთ DLS ნაწილაკების საშუალო ჰიდროდინამიკური დიამეტრის (Z საშუალო) და ზეტა პოტენციალის (ζ პოტენციალი) გასაზომად, რადგან Z საშუალო დაკავშირებულია ნანონაწილაკების აგრეგატების საშუალო ზომასთან, ხოლო ზეტა პოტენციალი მიუთითებს თუ არა სისტემაში ელექტროსტატიკური მოგერიება საკმარისად ძლიერია ნანონაწილაკებს შორის ვან დერ ვაალსის მიზიდულობის კომპენსირებისთვის.გაზომვები კეთდება სამჯერ, ხოლო Z საშუალო და ზეტა პოტენციალის სტანდარტული გადახრა გამოითვლება Zetasizer პროგრამული უზრუნველყოფის საშუალებით.ნაწილაკების დამახასიათებელი SPR სპექტრები ფასდება UV-Vis სპექტროსკოპიით, რადგან პიკის ინტენსივობისა და ტალღის სიგრძის ცვლილებამ შეიძლება მიუთითოს აგრეგაცია და ზედაპირული ურთიერთქმედება.29,35 ფაქტობრივად, ზედაპირული პლაზმონის რეზონანსი ძვირფას ლითონებში იმდენად გავლენიანია, რომ მან ბიომოლეკულების ანალიზის ახალი მეთოდები გამოიწვია.29,36,37 AgNP-ების კონცენტრაცია ექსპერიმენტულ ნარევში არის დაახლოებით 10 ppm და მიზანია მაქსიმალური საწყისი SPR შთანთქმის ინტენსივობის დაყენება 1-ზე. ექსპერიმენტი ჩატარდა დროზე დამოკიდებული წესით 0-ზე;1.5;3;6;12 და 24 საათი სხვადასხვა ბიოლოგიურად რელევანტურ პირობებში.მეტი დეტალი, რომელიც აღწერს ექსპერიმენტს, შეგიძლიათ იხილოთ ჩვენს წინა ნაშრომში.19 მოკლედ, სხვადასხვა pH მნიშვნელობები (3; 5; 7.2 და 9), სხვადასხვა ნატრიუმის ქლორიდი (10 მმ; 50 მმ; 150 მმ), გლუკოზა (3.9 მმ; 6.7 მმ) და გლუტამინი (4 მმ) და ასევე მოამზადა Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) და ნაყოფის მსხვილფეხა რქოსანი შრატი (FBS) (წყალში და DMEM), როგორც მოდელი სისტემები და შეისწავლა მათი გავლენა სინთეზირებული ვერცხლის ნანონაწილაკების აგრეგაციის ქცევაზე.pH, NaCl-ის, გლუკოზის და გლუტამინის მნიშვნელობები შეფასებულია ფიზიოლოგიური კონცენტრაციების საფუძველზე, ხოლო DMEM-ისა და FBS-ის რაოდენობა იგივეა, რაც მთელ ინ ვიტრო ექსპერიმენტში გამოყენებული დონეები.38-42 ყველა გაზომვა ჩატარდა pH 7.2 და 37°C მუდმივი ფონური მარილის კონცენტრაციით 10 მმ NaCl, რათა აღმოიფხვრას შორ მანძილზე ნაწილაკების ურთიერთქმედება (გარდა გარკვეული pH და NaCl-სთან დაკავშირებული ექსპერიმენტებისა, სადაც ეს ატრიბუტები არის ცვლადები ქვემოთ სწავლა).28 სხვადასხვა პირობების სია შეჯამებულია ცხრილში 1. †-ით მონიშნული ექსპერიმენტი გამოიყენება როგორც მითითება და შეესაბამება ნიმუშს, რომელიც შეიცავს 10 მმ NaCl და pH 7.2.
ადამიანის პროსტატის კიბოს უჯრედული ხაზი (DU145) და უკვდავი ადამიანის კერატინოციტები (HaCaT) მიღებული იქნა ATCC-დან (Manassas, VA, აშშ).უჯრედები რეგულარულად კულტივირებულია Dulbecco-ს მინიმალურ აუცილებელ გარემოში Eagle (DMEM), რომელიც შეიცავს 4,5 გ/ლ გლუკოზას (Sigma-Aldrich, Saint Louis, MO, აშშ), დამატებული 10% FBS, 2 მმ L-გლუტამინი, 0,01% სტრეპტომიცინი და 0,005%. პენიცილინი (სიგმა-ოლდრიჩი, სენტ-ლუი, მისური, აშშ).უჯრედები კულტივირებულია 37°C ინკუბატორში 5% CO2 და 95% ტენიანობის ქვეშ.
ნაწილაკების აგრეგაციით გამოწვეული AgNP ციტოტოქსიკურობის ცვლილებების შესასწავლად დროზე დამოკიდებული გზით, ჩატარდა ორსაფეხურიანი MTT ანალიზი.პირველი, ორი ტიპის უჯრედის სიცოცხლისუნარიანობა გაიზომა AgNP-I, AgNP-II და AgNP-III მკურნალობის შემდეგ.ამ მიზნით, ორი ტიპის უჯრედი დათესეს 96 ჭაბურღილიან ფირფიტებად 10000 უჯრედი/ჭა სიმკვრივით და დამუშავდა სამი სხვადასხვა ზომის ვერცხლის ნანონაწილაკებით მეორე დღეს გაზრდილი კონცენტრაციით.24 საათის დამუშავების შემდეგ, უჯრედები გარეცხილი იქნა PBS-ით და ინკუბირებული იყო 0.5 მგ/მლ MTT რეაგენტით (SERVA, ჰაიდელბერგი, გერმანია) განზავებული კულტურის გარემოში 1 საათის განმავლობაში 37°C-ზე.ფორმაზანის კრისტალები იხსნება DMSO-ში (Sigma-Aldrich, Saint Louis, MO, აშშ) და აბსორბცია გაზომილი იყო 570 ნმ-ზე Synergy HTX ფირფიტის წამკითხველის გამოყენებით (BioTek-უნგრეთი, ბუდაპეშტი, უნგრეთი).დაუმუშავებელი საკონტროლო ნიმუშის შთანთქმის ღირებულება ითვლება 100% გადარჩენის კოეფიციენტად.შეასრულეთ მინიმუმ 3 ექსპერიმენტი ოთხი დამოუკიდებელი ბიოლოგიური რეპლიკების გამოყენებით.IC50 გამოითვლება დოზის პასუხის მრუდით, სიცოცხლისუნარიანობის შედეგების საფუძველზე.
ამის შემდეგ, მეორე საფეხურზე, ნაწილაკების ინკუბაციით 150 მმ NaCl-ით სხვადასხვა პერიოდის განმავლობაში (0, 1.5, 3, 6, 12 და 24 საათი) უჯრედის დამუშავებამდე, წარმოიქმნა ვერცხლის ნანონაწილაკების სხვადასხვა აგრეგაციის მდგომარეობა.შემდგომში ჩატარდა იგივე MTT ანალიზი, როგორც ადრე იყო აღწერილი, რათა შეფასდეს ცვლილებები უჯრედის სიცოცხლისუნარიანობაში, რომელიც გავლენას ახდენს ნაწილაკების აგრეგაციაზე.გამოიყენეთ GraphPad Prism 7 საბოლოო შედეგის შესაფასებლად, გამოთვალეთ ექსპერიმენტის სტატისტიკური მნიშვნელობა დაუწყვილებელი t-ტესტით და მონიშნეთ მისი დონე, როგორც * (p ≤ 0,05), ** (p ≤ 0,01), *** (p ≤ 0,001). ) და **** (p ≤ 0.0001).
ვერცხლის სამი სხვადასხვა ზომის ნანონაწილაკები (AgNP-I, AgNP-II და AgNP-III) გამოყენებული იქნა ანტიბაქტერიული მგრძნობელობისთვის Cryptococcus neoformans IFM 5844 (IFM; პათოგენური სოკოების და მიკრობული ტოქსიკოლოგიის კვლევის ცენტრი, Chiba University TestMC60Z1) და Bacilium S. (SZMC: Szeged Microbiology Collection) და E. coli SZMC 0582 RPMI 1640 გარემოში (Sigma-Aldrich Co.).ნაწილაკების აგრეგაციით გამოწვეული ანტიბაქტერიული აქტივობის ცვლილებების შესაფასებლად, პირველ რიგში, მათი მინიმალური ინჰიბიტორული კონცენტრაცია (MIC) განისაზღვრა მიკროგანზავებით 96 ჭაბურღილის მიკროტიტრულ ფირფიტაში.50 μL სტანდარტიზებულ უჯრედულ სუსპენზიას (5 × 104 უჯრედი/მლ RPMI 1640 გარემოში), დაამატეთ 50 μL ვერცხლის ნანონაწილაკების სუსპენზია და სერიულად განზავეთ ორჯერ კონცენტრაცია (ზემოხსენებულ გარემოში, დიაპაზონი არის 0 და 75 ppm, ანუ, საკონტროლო ნიმუში შეიცავს 50 μL უჯრედის სუსპენზიას და 50 μL საშუალო ნანონაწილაკების გარეშე).ამის შემდეგ, ფირფიტა ინკუბირებული იყო 30°C-ზე 48 საათის განმავლობაში და კულტურის ოპტიკური სიმკვრივე გაზომილი იყო 620 ნმ-ზე SPECTROstar Nano ფირფიტის წამკითხველის გამოყენებით (BMG LabTech, Offenburg, გერმანია).ექსპერიმენტი ჩატარდა სამჯერ სამჯერ.
გარდა იმისა, რომ ამ დროს გამოყენებული იყო 50 μL ერთი ნანონაწილაკების ნიმუშები, იგივე პროცედურა, რაც ადრე იყო გამოყენებული, გამოყენებული იქნა აგრეგაციის ეფექტის შესამოწმებლად ანტიბაქტერიულ აქტივობაზე ზემოთხსენებულ შტამებზე.ვერცხლის ნანონაწილაკების სხვადასხვა აგრეგაციის მდგომარეობა წარმოიქმნება ნაწილაკების ინკუბაციით 150 მმ NaCl-ით სხვადასხვა პერიოდის განმავლობაში (0, 1.5, 3, 6, 12 და 24 საათი) უჯრედის დამუშავებამდე.სუსპენზია, რომელსაც დაემატა 50 μL RPMI 1640 საშუალო, როგორც ზრდის კონტროლი, ხოლო ტოქსიკურობის გასაკონტროლებლად, სუსპენზია არააგრეგირებული ნანონაწილაკებით.ექსპერიმენტი ჩატარდა სამჯერ სამჯერ.გამოიყენეთ GraphPad Prism 7 საბოლოო შედეგის ხელახლა შესაფასებლად, იგივე სტატისტიკური ანალიზის გამოყენებით, როგორც MTT ანალიზი.
უმცირესი ნაწილაკების აგრეგაციის დონე (AgNP-I) დახასიათებულია და შედეგები ნაწილობრივ გამოქვეყნდა ჩვენს წინა ნაშრომში, მაგრამ უკეთესი შედარებისთვის, ყველა ნაწილაკი საფუძვლიანად იქნა გამოკვლეული.ექსპერიმენტული მონაცემები გროვდება და განიხილება შემდეგ თავებში.სამი ზომის AgNP.19
TEM-ის, UV-Vis-ის და DLS-ის მიერ ჩატარებულმა გაზომვებმა დაადასტურა ყველა AgNP ნიმუშის წარმატებული სინთეზი (სურათი 2A-D).სურათი 2-ის პირველი რიგის მიხედვით, უმცირესი ნაწილაკი (AgNP-I) აჩვენებს ერთგვაროვან სფერულ მორფოლოგიას საშუალო დიამეტრით დაახლოებით 10 ნმ.თესლის შუამავლობით ზრდის მეთოდი ასევე უზრუნველყოფს AgNP-II და AgNP-III ზომის სხვადასხვა დიაპაზონს, ნაწილაკების საშუალო დიამეტრით, შესაბამისად, დაახლოებით 20 ნმ და 50 ნმ.ნაწილაკების განაწილების სტანდარტული გადახრის მიხედვით, სამი ნიმუშის ზომები ერთმანეთს არ ემთხვევა, რაც მნიშვნელოვანია მათი შედარებითი ანალიზისთვის.TEM-ზე დაფუძნებული ნაწილაკების 2D პროგნოზების საშუალო ასპექტის თანაფარდობის და სიმკვრივის თანაფარდობის შედარებით, ვარაუდობენ, რომ ნაწილაკების სფერულობა შეფასებულია ImageJ-ის ფორმის ფილტრის დანამატით (სურათი 2E).43 ნაწილაკების ფორმის ანალიზის მიხედვით, მათი ასპექტის თანაფარდობა (დიდი მხარე/მოკლე მხარე უმცირესი საზღვრის მართკუთხედის) გავლენას არ ახდენს ნაწილაკების ზრდაზე და მათი სიმკვრივის თანაფარდობა (შესაბამისი სრულყოფილი წრის/თეორიული ფართობის გაზომილი ფართობი. ) თანდათან მცირდება.ამის შედეგად წარმოიქმნება უფრო და უფრო მეტი მრავალწახნაგოვანი ნაწილაკები, რომლებიც თეორიულად იდეალურად მრგვალია, რაც შეესაბამება სიმკვრივის თანაფარდობას 1-ს.
სურათი 2 გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპის (TEM) სურათი (A), ელექტრონული დიფრაქციის (ED) ნიმუში (B), ზომის განაწილების ჰისტოგრამა (C), დამახასიათებელი ულტრაიისფერი ხილული (UV-Vis) სინათლის შთანთქმის სპექტრი (D) და საშუალო სითხის ციტრატი ვერცხლის ნანონაწილაკებს მექანიკური დიამეტრით (Z-საშუალო), ზეტა პოტენციალით, ასპექტის თანაფარდობითა და სისქის თანაფარდობით (E) აქვთ სამი განსხვავებული ზომის დიაპაზონი: AgNP-I არის 10 ნმ (ზედა მწკრივი), AgNP-II არის 20 ნმ (შუა მწკრივი). ), AgNP-III (ქვედა რიგი) არის 50 ნმ.
მიუხედავად იმისა, რომ ზრდის მეთოდის ციკლურმა ბუნებამ გარკვეულწილად იმოქმედა ნაწილაკების ფორმაზე, რის შედეგადაც უფრო დიდი AgNP-ების სფერულობა გამოიწვია, სამივე ნიმუში დარჩა კვაზი-სფერული.გარდა ამისა, როგორც ნაჩვენებია ელექტრონის დიფრაქციული ნიმუში 2B ნახატზე, ნანო ნაწილაკების კრისტალურობაზე გავლენას არ ახდენს.გამოჩენილი დიფრაქციული რგოლი - რომელიც შეიძლება იყოს დაკავშირებული ვერცხლის (111), (220), (200) და (311) მილერის ინდექსებთან - ძალიან შეესაბამება სამეცნიერო ლიტერატურას და ჩვენს წინა წვლილს.9, 19,44 AgNP-II და AgNP-III Debye-Scherrer რგოლის ფრაგმენტაცია განპირობებულია იმით, რომ ED გამოსახულება გადაღებულია იმავე გადიდებით, ამიტომ ნაწილაკების ზომა იზრდება, დიფრაქციული ნაწილაკების რაოდენობა თითოეულზე. ერთეული ფართობი იზრდება და მცირდება.
ცნობილია, რომ ნანონაწილაკების ზომა და ფორმა გავლენას ახდენს ბიოლოგიურ აქტივობაზე.3,45 ფორმაზე დამოკიდებული კატალიზური და ბიოლოგიური აქტივობა შეიძლება აიხსნას იმით, რომ სხვადასხვა ფორმები მიდრეკილია გარკვეული ბროლის სახეების გამრავლებისკენ (სხვადასხვა მილერის ინდექსით) და ამ ბროლის სახეებს განსხვავებული აქტივობა აქვთ.45,46 ვინაიდან მომზადებული ნაწილაკები იძლევა მსგავს ED შედეგებს, რომლებიც შეესაბამება ძალიან მსგავს კრისტალურ მახასიათებლებს, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ჩვენს შემდგომ კოლოიდური სტაბილურობისა და ბიოლოგიური აქტივობის ექსპერიმენტებში, ნებისმიერი დაფიქსირებული განსხვავება უნდა მიეკუთვნებოდეს ნანონაწილაკების ზომას და არა ფორმასთან დაკავშირებულ თვისებებს.
2D-ზე შეჯამებული UV-Vis-ის შედეგები კიდევ უფრო ხაზს უსვამს სინთეზირებული AgNP-ის აბსოლუტურ სფერულ ბუნებას, რადგან სამივე ნიმუშის SPR პიკი არის დაახლოებით 400 ნმ, რაც ვერცხლის სფერული ნანონაწილაკების დამახასიათებელი მნიშვნელობაა.29,30 დატყვევებულმა სპექტრებმა ასევე დაადასტურა ნანოვერცხლის წარმატებული თესლის შუამავლობით ზრდა.ნაწილაკების ზომის მატებასთან ერთად, ტალღის სიგრძე, რომელიც შეესაბამება AgNP-II სინათლის მაქსიმალურ შთანთქმას, უფრო აშკარად - ლიტერატურის მიხედვით, AgNP-III განიცდიდა წითელ ცვლას.6,29
AgNP სისტემის საწყისი კოლოიდური სტაბილურობის შესახებ, DLS გამოიყენეს ნაწილაკების საშუალო ჰიდროდინამიკური დიამეტრისა და ზეტა პოტენციალის გასაზომად pH 7.2-ზე.ნახაზზე 2E გამოსახული შედეგები აჩვენებს, რომ AgNP-III-ს აქვს უფრო მაღალი კოლოიდური სტაბილურობა, ვიდრე AgNP-I ან AgNP-II, რადგან საერთო გაიდლაინები მიუთითებს, რომ ზეტა პოტენციალი 30 mV აბსოლუტი აუცილებელია გრძელვადიანი კოლოიდური სტაბილურობისთვის. Z საშუალო მნიშვნელობა (მიღებული, როგორც თავისუფალი და აგრეგირებული ნაწილაკების საშუალო ჰიდროდინამიკური დიამეტრი) შედარებულია TEM-ის მიერ მიღებულ პირველადი ნაწილაკების ზომასთან, რადგან რაც უფრო ახლოს არის ორი მნიშვნელობა, მით უფრო რბილია შეგროვების ხარისხი ნიმუშში.ფაქტობრივად, AgNP-I და AgNP-II-ის Z საშუალო გონივრულად უფრო მაღალია, ვიდრე მათი ძირითადი TEM-ით შეფასებული ნაწილაკების ზომა, ამიტომ AgNP-III-თან შედარებით, მოსალოდნელია, რომ ეს ნიმუშები აგრეგაციის უფრო სავარაუდოა, სადაც უაღრესად უარყოფითი ზეტა პოტენციალია. თან ახლავს ახლო ზომა Z საშუალო მნიშვნელობა.
ამ ფენომენის ახსნა შეიძლება ორგვარი იყოს.ერთის მხრივ, ციტრატის კონცენტრაცია შენარჩუნებულია მსგავს დონეზე ყველა სინთეზის საფეხურზე, რაც უზრუნველყოფს დამუხტული ზედაპირის ჯგუფების შედარებით მაღალ რაოდენობას, რათა თავიდან აიცილოს მზარდი ნაწილაკების სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი არ შემცირდეს.თუმცა, ლევაკის და სხვების თანახმად, მცირე მოლეკულები, როგორიცაა ციტრატი, ადვილად შეიძლება შეიცვალოს ბიომოლეკულებით ნანონაწილაკების ზედაპირზე.ამ შემთხვევაში, კოლოიდური სტაბილურობა განისაზღვრება წარმოებული ბიომოლეკულების კორონით.31 იმის გამო, რომ ეს ქცევა ასევე დაფიქსირდა ჩვენს აგრეგაციის გაზომვებში (უფრო დეტალურად განიხილება მოგვიანებით), ციტრატის დაფარვა მხოლოდ ამ ფენომენის ახსნას ვერ ახერხებს.
მეორეს მხრივ, ნაწილაკების ზომა უკუპროპორციულია ნანომეტრის დონეზე აგრეგაციის ტენდენციასთან.ამას ძირითადად მხარს უჭერს ტრადიციული Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO) მეთოდი, სადაც ნაწილაკების მიზიდულობა აღწერილია, როგორც ნაწილაკებს შორის მიზიდულობისა და ამაღელვებელი ძალების ჯამი.ჰე და სხვების აზრით, DLVO ენერგიის მრუდის მაქსიმალური მნიშვნელობა მცირდება ჰემატიტის ნანონაწილაკებში ნანონაწილაკების ზომასთან ერთად, რაც აადვილებს მინიმალური პირველადი ენერგიის მიღწევას, რითაც ხელს უწყობს შეუქცევად აგრეგაციას (კონდენსაციას).47 თუმცა, ვარაუდობენ, რომ არსებობს სხვა ასპექტები, რომლებიც სცილდება DLVO თეორიის შეზღუდვებს.მიუხედავად იმისა, რომ ვან დერ ვაალსის გრავიტაცია და ელექტროსტატიკური ორშრიანი მოგერიება მსგავსია ნაწილაკების ზომის გაზრდით, მიმოხილვა Hotze et al.გვთავაზობს, რომ მას აქვს უფრო ძლიერი გავლენა აგრეგაციაზე, ვიდრე DLVO იძლევა საშუალებას.14 მათ მიაჩნიათ, რომ ნანონაწილაკების ზედაპირის გამრუდება აღარ შეიძლება შეფასდეს, როგორც ბრტყელი ზედაპირი, რაც მათემატიკური შეფასებას შეუსაბამო ხდის.გარდა ამისა, როგორც ნაწილაკების ზომა მცირდება, ზედაპირზე არსებული ატომების პროცენტული მაჩვენებელი იზრდება, რაც იწვევს ელექტრონულ სტრუქტურას და ზედაპირული მუხტის ქცევას.და ზედაპირული რეაქტიულობა იცვლება, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ელექტრო ორმაგი ფენის მუხტის დაქვეითება და ხელი შეუწყოს აგრეგაციას.
AgNP-I, AgNP-II და AgNP-III DLS შედეგების შედარებისას სურათზე 3, ჩვენ დავაკვირდით, რომ სამივე ნიმუშმა აჩვენა pH-ის მსგავსი აგრეგაცია.ძლიერ მჟავე გარემო (pH 3) ცვლის ნიმუშის ზეტა პოტენციალს 0 მვ-მდე, რაც იწვევს ნაწილაკების წარმოქმნას მიკრონის ზომის აგრეგატებს, ხოლო ტუტე pH ცვლის მის ზეტა პოტენციალს უფრო დიდ უარყოფით მნიშვნელობამდე, სადაც ნაწილაკები ქმნიან პატარა აგრეგატებს (pH 5. ).და 7.2) ), ან დარჩეს სრულიად არააგრეგირებული (pH 9).ასევე დაფიქსირდა რამდენიმე მნიშვნელოვანი განსხვავება სხვადასხვა ნიმუშებს შორის.მთელი ექსპერიმენტის განმავლობაში AgNP-I აღმოჩნდა ყველაზე მგრძნობიარე pH-ით გამოწვეული ზეტა პოტენციალის ცვლილებების მიმართ, რადგან ამ ნაწილაკების ზეტა პოტენციალი შემცირდა pH 7.2-ზე pH 9-თან შედარებით, ხოლო AgNP-II და AgNP-III აჩვენებდნენ მხოლოდ A. ζ-ის მნიშვნელოვანი ცვლილება არის pH 3-ის გარშემო. გარდა ამისა, AgNP-II აჩვენა უფრო ნელი ცვლილებები და ზომიერი ზეტა პოტენციალი, ხოლო AgNP-III აჩვენა ყველაზე რბილი ქცევა სამიდან, რადგან სისტემამ აჩვენა უმაღლესი აბსოლუტური ზეტა მნიშვნელობა და ნელი ტენდენციის მოძრაობა, რაც მიუთითებს AgNP-III ყველაზე მდგრადია pH-ით გამოწვეული აგრეგაციის მიმართ.ეს შედეგები შეესაბამება საშუალო ჰიდროდინამიკური დიამეტრის გაზომვის შედეგებს.მათი პრაიმერების ნაწილაკების ზომის გათვალისწინებით, AgNP-I აჩვენებდა მუდმივ თანდათანობით აგრეგაციას pH-ის ყველა მნიშვნელობებზე, სავარაუდოდ, 10 მმ NaCl ფონის გამო, ხოლო AgNP-II და AgNP-III აჩვენებდნენ მნიშვნელოვან მხოლოდ pH 3 შეგროვების დროს.ყველაზე საინტერესო განსხვავება ისაა, რომ ნანონაწილაკების დიდი ზომის მიუხედავად, AgNP-III აყალიბებს უმცირეს აგრეგატებს pH 3-ზე 24 საათში, რაც ხაზს უსვამს მის აგრეგაციის საწინააღმდეგო თვისებებს.AgNP-ების საშუალო Z-ის pH 3-ზე 24 საათის შემდეგ გაყოფით მომზადებული ნიმუშის მნიშვნელობაზე, შეიძლება დაფიქსირდეს, რომ AgNP-I-სა და AgNP-II-ის შედარებითი აგრეგატის ზომები გაიზარდა 50-ჯერ, 42-ჯერ და 22-ჯერ. , შესაბამისად.III.
სურათი 3 ციტრატით დამთავრებული ვერცხლის ნანონაწილაკების ნიმუშის სინათლის დინამიური გაფანტვის შედეგები მზარდი ზომით (10 ნმ: AgNP-I, 20 ნმ: AgNP-II და 50 ნმ: AgNP-III) გამოიხატება როგორც საშუალო ჰიდროდინამიკური დიამეტრი (Z საშუალო ) (მარჯვნივ) სხვადასხვა pH პირობებში, ზეტა პოტენციალი (მარცხნივ) იცვლება 24 საათის განმავლობაში.
დაკვირვებულმა pH-დამოკიდებულმა აგრეგაციამ ასევე იმოქმედა AgNP ნიმუშების დამახასიათებელ ზედაპირულ პლაზმონის რეზონანსზე (SPR), რაც დასტურდება მათი UV-Vis სპექტრებით.S1-ის დამატებითი სურათის მიხედვით, სამივე ვერცხლის ნანონაწილაკების სუსპენზიის აგრეგაციას მოჰყვება მათი SPR მწვერვალების ინტენსივობის შემცირება და ზომიერი წითელი ცვლა.ამ ცვლილებების ზომა, როგორც pH-ის ფუნქცია შეესაბამება DLS-ის შედეგების მიერ პროგნოზირებულ აგრეგაციის ხარისხს, თუმცა, დაფიქსირდა რამდენიმე საინტერესო ტენდენცია.ინტუიციის საწინააღმდეგოდ, ირკვევა, რომ საშუალო ზომის AgNP-II ყველაზე მგრძნობიარეა SPR ცვლილებების მიმართ, ხოლო დანარჩენი ორი ნიმუში ნაკლებად მგრძნობიარეა.SPR კვლევაში 50 ნმ არის ნაწილაკების ზომის თეორიული ზღვარი, რომელიც გამოიყენება ნაწილაკების გასარჩევად მათი დიელექტრიკული თვისებების მიხედვით.50 ნმ-ზე მცირე ნაწილაკები (AgNP-I და AgNP-II) შეიძლება შეფასდეს, როგორც მარტივი დიელექტრიკული დიპოლები, ხოლო ნაწილაკებს, რომლებიც აღწევენ ან აღემატებიან ამ ზღვარს (AgNP-III) აქვთ უფრო რთული დიელექტრიკული თვისებები და მათი რეზონანსი ზოლი იყოფა მულტიმოდალურ ცვლილებებად. .ორი პატარა ნაწილაკების ნიმუშის შემთხვევაში, AgNPs შეიძლება ჩაითვალოს მარტივ დიპოლებად და პლაზმა შეიძლება ადვილად გადაფაროს.როგორც ნაწილაკების ზომა იზრდება, ეს შეერთება არსებითად წარმოქმნის უფრო დიდ პლაზმას, რამაც შეიძლება აიხსნას დაკვირვებული უფრო მაღალი მგრძნობელობა.29 თუმცა, ყველაზე დიდი ნაწილაკებისთვის, მარტივი დიპოლის შეფასება არ არის მართებული, როდესაც სხვა დაწყვილების მდგომარეობაც შეიძლება მოხდეს, რამაც შეიძლება ახსნას AgNP-III-ის დაქვეითებული ტენდენცია, მიუთითოს სპექტრული ცვლილებები.29
ჩვენს ექსპერიმენტულ პირობებში დადასტურდა, რომ pH მნიშვნელობა აქვს ღრმა გავლენას ციტრატით დაფარული ვერცხლის სხვადასხვა ზომის ნანონაწილაკების კოლოიდურ სტაბილურობაზე.ამ სისტემებში სტაბილურობას უზრუნველყოფენ აგნპ-ების ზედაპირზე უარყოფითად დამუხტული -COO- ჯგუფები.ციტრატის იონის კარბოქსილატური ფუნქციური ჯგუფი პროტონირებულია H+ იონების დიდ რაოდენობაში, ამიტომ წარმოქმნილი კარბოქსილის ჯგუფი ვეღარ უზრუნველყოფს ელექტროსტატიკური მოგერიებას ნაწილაკებს შორის, როგორც ეს ნაჩვენებია სურათი 4-ის ზედა რიგში. Le Chatelier-ის პრინციპის მიხედვით, AgNP ნიმუშები სწრაფად გროვდება pH 3-ზე, მაგრამ თანდათან უფრო და უფრო სტაბილური ხდება pH-ის მატებასთან ერთად.
ნახაზი 4 ზედაპირული ურთიერთქმედების სქემატური მექანიზმი, რომელიც განისაზღვრება აგრეგაციით სხვადასხვა pH (ზედა რიგი), NaCl კონცენტრაციით (შუა რიგი) და ბიომოლეკულებით (ქვედა მწკრივი).
სურათი 5-ის მიხედვით, კოლოიდური სტაბილურობა AgNP სხვადასხვა ზომის სუსპენზიებში ასევე გამოკვლეული იყო მარილის კონცენტრაციის გაზრდის პირობებში.ზეტა პოტენციალის საფუძველზე, ნანონაწილაკების გაზრდილი ზომა ციტრატით დასრულებულ AgNP სისტემებში კვლავ უზრუნველყოფს გაძლიერებულ წინააღმდეგობას NaCl-ის გარე ზემოქმედების მიმართ.AgNP-I-ში 10 მმ NaCl საკმარისია რბილი აგრეგაციის გამოსაწვევად, ხოლო მარილის კონცენტრაცია 50 მმ იძლევა ძალიან მსგავს შედეგებს.AgNP-II და AgNP-III-ში, 10 მმ NaCl მნიშვნელოვნად არ მოქმედებს ზეტა პოტენციალზე, რადგან მათი მნიშვნელობები რჩება (AgNP-II) ან ქვემოთ (AgNP-III) -30 მვ.NaCl-ის კონცენტრაციის 50 მმ-მდე და ბოლოს 150 მმ-მდე NaCl-მდე გაზრდა საკმარისია იმისათვის, რომ მნიშვნელოვნად შემცირდეს ზეტა პოტენციალის აბსოლუტური მნიშვნელობა ყველა ნიმუშში, თუმცა უფრო დიდი ნაწილაკები ინარჩუნებენ მეტ უარყოფით მუხტს.ეს შედეგები შეესაბამება AgNP-ების მოსალოდნელ საშუალო ჰიდროდინამიკურ დიამეტრს;Z საშუალო ტენდენციის ხაზები, რომლებიც იზომება 10, 50 და 150 მმ NaCl-ზე, აჩვენებს განსხვავებულ, თანდათან მზარდ მნიშვნელობებს.საბოლოოდ, მიკრონის ზომის აგრეგატები გამოვლინდა სამივე 150 მმ ექსპერიმენტში.
სურათი 5 ციტრატით დამთავრებული ვერცხლის ნანონაწილაკების ნიმუშის სინათლის დინამიური გაფანტვის შედეგები მზარდი ზომით (10 ნმ: AgNP-I, 20 ნმ: AgNP-II და 50 ნმ: AgNP-III) გამოიხატება საშუალო ჰიდროდინამიკური დიამეტრით (Z საშუალო ) (მარჯვნივ) და ზეტა პოტენციალი (მარცხნივ) იცვლება 24 საათის განმავლობაში NaCl-ის სხვადასხვა კონცენტრაციით.
UV-Vis-ის შედეგები დამატებით სურათზე S2 აჩვენებს, რომ 50 და 150 მმ NaCl-ის SPR სამივე ნიმუშში მყისიერი და მნიშვნელოვანი კლებაა.ეს შეიძლება აიხსნას DLS-ით, რადგან NaCl-ზე დაფუძნებული აგრეგაცია უფრო სწრაფად ხდება, ვიდრე pH-ზე დამოკიდებული ექსპერიმენტები, რაც აიხსნება ადრეულ (0, 1.5 და 3 საათი) გაზომვებს შორის დიდი სხვაობით.გარდა ამისა, მარილის კონცენტრაციის გაზრდა ასევე გაზრდის ექსპერიმენტული საშუალების ფარდობით გამტარიანობას, რაც ღრმა გავლენას მოახდენს ზედაპირული პლაზმონის რეზონანსზე.29
NaCl-ის ეფექტი შეჯამებულია სურათი 4-ის შუა რიგში. ზოგადად, შეიძლება დავასკვნათ, რომ ნატრიუმის ქლორიდის კონცენტრაციის გაზრდას აქვს მჟავიანობის გაზრდის მსგავსი ეფექტი, რადგან Na+ იონებს აქვთ კარბოქსილატური ჯგუფების გარშემო კოორდინაციის ტენდენცია. უარყოფითი ზეტა პოტენციალის აგნპ-ების ჩახშობა.გარდა ამისა, 150 მმ NaCl წარმოქმნა მიკრონის ზომის აგრეგატები სამივე ნიმუშში, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ელექტროლიტების ფიზიოლოგიური კონცენტრაცია საზიანოა ციტრატით დამთავრებული AgNP-ების კოლოიდური სტაბილურობისთვის.მსგავს AgNP სისტემებზე NaCl-ის კრიტიკული კონდენსაციის კონცენტრაციის (CCC) გათვალისწინებით, ეს შედეგები შეიძლება ჭკვიანურად განთავსდეს შესაბამის ლიტერატურაში.ჰუინი და სხვ.გამოთვალა, რომ NaCl-ის CCC ციტრატით დაბოლოებული ვერცხლის ნანონაწილაკებისთვის 71 ნმ საშუალო დიამეტრით იყო 47,6 მმ, ხოლო ელ ბადავი და სხვ.დაფიქსირდა, რომ 10 ნმ AgNP-ების CCC ციტრატის საფარით იყო 70 მმ.10,16 გარდა ამისა, მნიშვნელოვნად მაღალი CCC, დაახლოებით 300 მმ, გაზომეს He et al.-მა, რამაც გამოიწვია მათი სინთეზის მეთოდის განსხვავებული წინა ნახსენები პუბლიკაციისგან.48 მიუხედავად იმისა, რომ მიმდინარე წვლილი არ არის მიმართული ამ მნიშვნელობების ყოვლისმომცველ ანალიზზე, რადგან ჩვენი ექსპერიმენტული პირობები იზრდება მთელი კვლევის სირთულით, ბიოლოგიურად შესაბამისი NaCl კონცენტრაცია 50 მმ, განსაკუთრებით 150 მმ NaCl, საკმაოდ მაღალია.გამოწვეული კოაგულაცია, რომელიც ხსნის გამოვლენილ ძლიერ ცვლილებებს.
პოლიმერიზაციის ექსპერიმენტის შემდეგი ნაბიჯი არის მარტივი, მაგრამ ბიოლოგიურად შესაბამისი მოლეკულების გამოყენება ნანონაწილაკ-ბიომოლეკულის ურთიერთქმედების სიმულაციისთვის.DLS (სურათები 6 და 7) და UV-Vis შედეგების (დამატებითი ფიგურები S3 და S4) საფუძველზე, ზოგიერთი ზოგადი დასკვნის დამტკიცება შეიძლება.ჩვენს ექსპერიმენტულ პირობებში, გლუკოზისა და გლუტამინის შესწავლილი მოლეკულები არ გამოიწვევენ აგრეგაციას AgNP-ის არცერთ სისტემაში, რადგან Z- საშუალო ტენდენცია მჭიდროდ არის დაკავშირებული შესაბამის საცნობარო გაზომვის მნიშვნელობასთან.მიუხედავად იმისა, რომ მათი არსებობა არ მოქმედებს აგრეგაციაზე, ექსპერიმენტული შედეგები აჩვენებს, რომ ეს მოლეკულები ნაწილობრივ ადსორბირებულია AgNP-ების ზედაპირზე.ამ მოსაზრების მხარდამჭერი ყველაზე თვალსაჩინო შედეგი არის სინათლის შთანთქმის ცვლილება.მიუხედავად იმისა, რომ AgNP-I არ ავლენს ტალღის სიგრძის ან ინტენსივობის მნიშვნელოვან ცვლილებებს, მისი დაკვირვება უფრო ნათლად შეიძლება უფრო დიდი ნაწილაკების გაზომვით, რაც, სავარაუდოდ, გამოწვეულია ზემოთ ნახსენები უფრო დიდი ოპტიკური მგრძნობელობით.კონცენტრაციის მიუხედავად, გლუკოზამ შეიძლება გამოიწვიოს უფრო დიდი წითელი ცვლა 1,5 საათის შემდეგ საკონტროლო გაზომვასთან შედარებით, რაც არის დაახლოებით 40 ნმ AgNP-II-ში და დაახლოებით 10 ნმ AgNP-III-ში, რაც ადასტურებს ზედაპირული ურთიერთქმედების წარმოქმნას.გლუტამინმა აჩვენა მსგავსი ტენდენცია, მაგრამ ცვლილება არც ისე აშკარა იყო.გარდა ამისა, აღსანიშნავია ისიც, რომ გლუტამინს შეუძლია შეამციროს საშუალო და დიდი ნაწილაკების აბსოლუტური ზეტა პოტენციალი.თუმცა, ვინაიდან ეს ზეტა ცვლილებები არ მოქმედებს აგრეგაციის დონეზე, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ გლუტამინის მსგავსი მცირე ბიომოლეკულაც კი შეუძლია უზრუნველყოს გარკვეული სივრცითი მოგერიება ნაწილაკებს შორის.
სურათი 6 ციტრატით დამთავრებული ვერცხლის ნანონაწილაკების ნიმუშების სინათლის დინამიური გაფანტვის შედეგები მზარდი ზომით (10 ნმ: AgNP-I, 20 ნმ: AgNP-II და 50 ნმ: AgNP-III) გამოიხატება საშუალო ჰიდროდინამიკური დიამეტრით (Z საშუალო) (მარჯვნივ) გლუკოზის სხვადასხვა კონცენტრაციის გარე პირობებში, ზეტა პოტენციალი (მარცხნივ) იცვლება 24 საათის განმავლობაში.
სურათი 7 ციტრატით დამთავრებული ვერცხლის ნანონაწილაკების ნიმუშის სინათლის დინამიური გაფანტვის შედეგები მზარდი ზომით (10 ნმ: AgNP-I, 20 ნმ: AgNP-II და 50 ნმ: AgNP-III) გამოიხატება საშუალო ჰიდროდინამიკური დიამეტრით (Z საშუალო ) (მარჯვნივ) გლუტამინის არსებობისას ზეტა პოტენციალი (მარცხნივ) იცვლება 24 საათის განმავლობაში.
მოკლედ, მცირე ბიომოლეკულები, როგორიცაა გლუკოზა და გლუტამინი, არ ახდენენ გავლენას კოლოიდურ სტაბილურობაზე გაზომილი კონცენტრაციით: მიუხედავად იმისა, რომ ისინი გავლენას ახდენენ ზეტა პოტენციალზე და UV-Vis შედეგებზე სხვადასხვა ხარისხით, Z საშუალო შედეგები არ შეესაბამება.ეს მიუთითებს იმაზე, რომ მოლეკულების ზედაპირული ადსორბცია აფერხებს ელექტროსტატიკურ მოგერიებას, მაგრამ ამავე დროს უზრუნველყოფს განზომილების სტაბილურობას.
წინა შედეგების წინა შედეგებთან დასაკავშირებლად და ბიოლოგიური პირობების უფრო ოსტატურად სიმულაციის მიზნით, ჩვენ შევარჩიეთ ყველაზე ხშირად გამოყენებული უჯრედული კულტურის კომპონენტები და გამოვიყენეთ ისინი, როგორც ექსპერიმენტული პირობები AgNP კოლოიდების სტაბილურობის შესასწავლად.მთელი in vitro ექსპერიმენტის დროს, DMEM-ის, როგორც გარემოს ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ფუნქციაა აუცილებელი ოსმოსური პირობების შექმნა, მაგრამ ქიმიური თვალსაზრისით, ეს არის მარილის რთული ხსნარი, საერთო იონური სიძლიერით, რომელიც მსგავსია 150 მმ NaCl. .40 რაც შეეხება FBS-ს, ეს არის ბიომოლეკულების - ძირითადად ცილების - რთული ნარევი ზედაპირული ადსორბციის თვალსაზრისით, მას აქვს გარკვეული მსგავსება გლუკოზისა და გლუტამინის ექსპერიმენტულ შედეგებთან, მიუხედავად ქიმიური შემადგენლობისა და მრავალფეროვნებისა, სქესი გაცილებით რთულია.19 DLS და UV- ხილული შედეგები, რომლებიც ნაჩვენებია სურათზე 8 და დამატებით სურათზე S5, შესაბამისად, შეიძლება აიხსნას ამ მასალების ქიმიური შემადგენლობის შესწავლით და წინა განყოფილების გაზომვებთან მათი კორელაციის გზით.
სურათი 8 ციტრატით დამთავრებული ვერცხლის ნანონაწილაკების ნიმუშის სინათლის დინამიური გაფანტვის შედეგები მზარდი ზომით (10 ნმ: AgNP-I, 20 ნმ: AgNP-II და 50 ნმ: AgNP-III) გამოიხატება საშუალო ჰიდროდინამიკური დიამეტრით (Z საშუალო ) (მარჯვნივ) უჯრედული კულტურის კომპონენტების DMEM და FBS თანდასწრებით, ზეტა პოტენციალი (მარცხნივ) იცვლება 24 საათის განმავლობაში.
სხვადასხვა ზომის AgNP-ების განზავება DMEM-ში კოლოიდურ მდგრადობაზე მსგავსი ეფექტია, რაც დაფიქსირდა NaCl მაღალი კონცენტრაციების არსებობისას.AgNP-ის დისპერსიამ 50 ვ/ვ% DMEM-ში აჩვენა, რომ ფართომასშტაბიანი აგრეგაცია გამოვლინდა ზეტა პოტენციალის და Z-საშუალო მნიშვნელობის ზრდით და SPR ინტენსივობის მკვეთრი კლებით.აღსანიშნავია, რომ DMEM-ის მიერ 24 საათის შემდეგ გამოწვეული აგრეგატის მაქსიმალური ზომა უკუპროპორციულია პრაიმერის ნანონაწილაკების ზომისა.
FBS-სა და AgNP-ს შორის ურთიერთქმედება მსგავსია, რაც შეინიშნება უფრო მცირე მოლეკულების, როგორიცაა გლუკოზა და გლუტამინი, მაგრამ ეფექტი უფრო ძლიერია.ნაწილაკების Z საშუალო ზემოქმედების ქვეშ რჩება, ხოლო ზეტა პოტენციალის ზრდა გამოვლენილია.SPR მწვერვალმა აჩვენა ოდნავ წითელი ცვლა, მაგრამ, ალბათ, უფრო საინტერესოა, რომ SPR ინტენსივობა არ შემცირებულა ისე მნიშვნელოვნად, როგორც საკონტროლო გაზომვისას.ეს შედეგები შეიძლება აიხსნას მაკრომოლეკულების თანდაყოლილი ადსორბციით ნანონაწილაკების ზედაპირზე (ქვედა მწკრივი 4-ზე), რაც ახლა გაგებულია, როგორც ორგანიზმში ბიომოლეკულური კორონის წარმოქმნა.49