Javascript е моментално оневозможен во вашиот прелистувач.Кога javascript е оневозможен, некои функции на оваа веб-локација нема да работат.
Регистрирајте ги вашите специфични детали и специфичните лекови од интерес, а ние ќе ги усогласиме информациите што ги давате со написите во нашата обемна база на податоци и ќе ви испратиме PDF копија преку е-пошта навремено.
Дали помалите наночестички се секогаш подобри?Разберете ги биолошките ефекти на агрегација на наночестички од сребро зависна од големината под биолошки релевантни услови
Автори: Bélteky P, Rónavári A, Zakupszky D, Boka E, Igaz N, Szerencsés B, Pfeiffer I, Vágvölgyi C, Kiricsi M, Kónya Z
Петер Белтеки, 1, * Андреа Ронавари, 1, * Далма Закупски, 1 Естер Бока, 1 Нора Игаз, 2 Бетина Серенцсес, 3 Илона Фајфер, 3 Чаба Вагволги, 3 Моника Кирици од науката и хемијата на животната средина, , Универзитетот во Сегед;2 Катедра за биохемија и молекуларна биологија, Факултет за наука и информации, Универзитет во Сегед, Унгарија;3 Катедра за микробиологија, Факултет за наука и информации, Универзитет во Сегед, Унгарија;4MTA-SZTE Истражувачка група за кинетика на реакции и хемија на површината, Сегед, Унгарија* Овие автори подеднакво придонесоа за оваа работа.Комуникација: Золтан Коња Катедра за применета и хемија на животната средина, Факултет за наука и информатика, Универзитет во Сегед, плоштад Рерих 1, Сегед, H-6720, Унгарија Телефон +36 62 544620 Е-пошта [Заштита на е-пошта] Цел: Сребрена е-пошта еден од најчесто проучуваните наноматеријали, особено поради нивната биомедицинска примена.Меѓутоа, поради агрегацијата на наночестичките, нивната одлична цитотоксичност и антибактериска активност често се компромитирани во биолошките медиуми.Во оваа работа, беа проучени однесувањето на агрегацијата и сродните биолошки активности на три различни примероци на сребрени наночестички надополнети со цитрат со просечен дијаметар од 10, 20 и 50 nm.Метод: Користете преносен електронски микроскоп за синтеза и карактеризирање на наночестички, проценете го нивното агрегационо однесување при различни pH вредности, концентрации на NaCl, гликоза и глутамин со динамичко расејување на светлината и спектроскопија со ултравиолетово-видливи.Дополнително, во медиумот за клеточна култура, компонентите како што е Dulbecco го подобруваат агрегациското однесување во Eagle Medium и серумот за фетално теле.Резултати: Резултатите покажуваат дека киселата pH вредност и содржината на физиолошки електролити генерално предизвикуваат агрегација во микрони, што може да биде посредувано со формирање на биомолекуларна корона.Вреди да се напомене дека поголемите честички покажуваат поголема отпорност на надворешни влијанија од нивните помали колеги.Ин витро цитотоксичноста и антибактериските тестови беа направени со третирање на клетките со агрегати на наночестички во различни фази на агрегација.Заклучок: Нашите резултати откриваат длабока корелација помеѓу колоидната стабилност и токсичноста на AgNPs, бидејќи екстремната агрегација води до целосно губење на биолошката активност.Повисокиот степен на анти-агрегација забележан за поголеми честички има значително влијание врз ин витро токсичноста, бидејќи таквите примероци задржуваат поголема антимикробна и клеточна активност на цицачи.Овие наоди водат до заклучок дека, и покрај општото мислење во релевантната литература, таргетирањето на најмалите можни наночестички можеби не е најдобриот начин на дејствување.Клучни зборови: раст посредуван од семето, колоидна стабилност, однесување на агрегација зависно од големината, токсичност од оштетување на агрегацијата
Како што побарувачката и производството на наноматеријали продолжуваат да се зголемуваат, се повеќе и повеќе внимание се посветува на нивната биосигурност или биолошка активност.Сребрените наночестички (AgNP) се едни од најчесто синтетизираните, истражуваните и користените претставници на оваа класа материјали поради нивните одлични каталитички, оптички и биолошки својства.1 Општо се верува дека уникатните карактеристики на наноматеријалите (вклучувајќи AgNPs) главно се припишуваат на нивната голема специфична површина.Затоа, неизбежен проблем е секој процес што влијае на оваа клучна карактеристика, како што се големината на честичките, површинската обвивка или агрегацијата, без разлика дали тоа сериозно ќе ги оштети својствата на наночестичките кои се клучни за одредени апликации.
Ефектите од големината на честичките и стабилизаторите се теми кои се релативно добро документирани во литературата.На пример, општо прифатениот став е дека помалите наночестички се потоксични од поголемите наночестички.2 Во согласност со општата литература, нашите претходни студии ја покажаа активноста на наносреброто зависна од големината на клетките и микроорганизмите на цицачите.3– 5 Површинската обвивка е уште еден атрибут што има широко влијание врз својствата на наноматеријалите.Само со додавање или менување стабилизатори на неговата површина, истиот наноматеријал може да има сосема различни физички, хемиски и биолошки својства.Примената на средствата за покривање најчесто се изведува како дел од синтезата на наночестички.На пример, сребрените наночестички со цитрати се едни од најрелевантните AgNP во истражувањето, кои се синтетизираат со редуцирање на сребрените соли во избраниот раствор на стабилизатор како медиум за реакција.6.Мали молекули и полиатомски јони во близина на 7,8, како што се цитрати, полимери, полиелектролити и биолошки агенси, исто така, вообичаено се користат за стабилизирање на нано-среброто и извршување уникатни функционализации на него.9-12
Иако можноста за промена на активноста на наночестичките со намерно покривање на површината е многу интересна област, главната улога на оваа површинска обвивка е занемарлива, обезбедувајќи колоидна стабилност за системот на наночестички.Големата специфична површина на наноматеријалите ќе произведе голема површинска енергија, што ја попречува термодинамичката способност на системот да ја достигне својата минимална енергија.13 Без соодветна стабилизација, ова може да доведе до агломерација на наноматеријали.Агрегацијата е формирање на агрегати на честички со различни форми и големини што се случува кога дисперзираните честички се спојуваат и тековните термодинамички интеракции им овозможуваат на честичките да се прилепуваат една до друга.Затоа, стабилизаторите се користат за да се спречи агрегација со воведување доволно голема одбивна сила помеѓу честичките за да се спротивстави на нивната термодинамичка привлечност.14
Иако темата за големината на честичките и површинската покриеност е темелно истражена во контекст на нејзиното регулирање на биолошките активности предизвикани од наночестичките, агрегацијата на честичките е главно занемарена област.Речиси не постои темелна студија за решавање на колоидната стабилност на наночестичките под биолошки релевантни услови.10,15-17 Покрај тоа, овој придонес е особено редок, каде што токсичноста поврзана со агрегација исто така е проучена, дури и ако може да предизвика несакани реакции, како што е васкуларна тромбоза или губење на посакуваните карактеристики, како што е неговата токсичност, како што е прикажано на слика 1.18, 19 прикажано.Всушност, еден од ретките познати механизми на отпорност на сребрени наночестички е поврзан со агрегација, бидејќи одредени соеви на E. coli и Pseudomonas aeruginosa ја намалуваат нивната чувствителност на нано сребро преку изразување на протеинот флагелин, флагелин.Има висок афинитет за среброто, а со тоа предизвикува агрегација.20
Постојат неколку различни механизми поврзани со токсичноста на наночестичките на среброто, а агрегацијата влијае на сите овие механизми.Најдискутираниот метод на биолошката активност на AgNP, понекогаш познат како механизам „Тројански коњ“, ги смета AgNPs како носители на Ag+.1,21 Механизмот на Тројанскиот коњ може да обезбеди големо зголемување на локалната концентрација на Ag+, што доведува до генерирање на ROS и деполаризација на мембраните.22-24 Агрегацијата може да влијае на ослободувањето на Ag+, а со тоа да влијае на токсичноста, бидејќи ја намалува ефективната активна површина каде што јоните на среброто може да се оксидираат и растворат.Сепак, AgNPs не само што ќе покажат токсичност преку ослободување на јони.Мора да се земат предвид многу интеракции поврзани со големината и морфологијата.Меѓу нив, големината и обликот на површината на наночестичките се дефинирачки карактеристики.4,25 Колекцијата на овие механизми може да се категоризира како „механизми на индуцирана токсичност“.Постојат потенцијално многу митохондријални и површински мембрански реакции кои можат да ги оштетат органелите и да предизвикаат клеточна смрт.25-27 Бидејќи формирањето на агрегати природно влијае на големината и обликот на објектите што содржат сребро препознаени од живите системи, овие интеракции исто така може да бидат засегнати.
Во нашиот претходен труд за агрегација на наночестички на среброто, демонстриравме ефикасна процедура за скрининг која се состои од хемиски и биолошки експерименти ин витро за проучување на овој проблем.19 Динамичко расејување на светлината (DLS) е претпочитаната техника за овие типови на инспекции бидејќи материјалот може да расејува фотони на бранова должина споредлива со големината на неговите честички.Бидејќи Броуновата брзина на движење на честичките во течниот медиум е поврзана со големината, промената на интензитетот на расеаната светлина може да се искористи за да се одреди просечниот хидродинамички дијаметар (Z-средно) на течниот примерок.28 Дополнително, со примена на напон на примерокот, зета потенцијалот (ζ потенцијал) на наночестичката може да се измери слично на просечната вредност Z.13,28 Ако апсолутната вредност на зета потенцијалот е доволно висока (според општите упатства> ±30 mV), ќе генерира силна електростатска одбивност помеѓу честичките за да се спротивстави на агрегацијата.Карактеристичната површинска плазмонска резонанца (SPR) е единствен оптички феномен, главно припишан на наночестичките од благородни метали (главно Au и Ag).29. Врз основа на електронските осцилации (површински плазмони) на овие материјали во наноскала, познато е дека сферичните AgNP имаат карактеристичен врв на апсорпција на UV-Vis близу 400 nm.30 Интензитетот и поместувањето на брановата должина на честичките се користат за дополнување на резултатите од DLS, бидејќи овој метод може да се користи за откривање на агрегација на наночестички и површинска адсорпција на биомолекули.
Врз основа на добиените информации, одржливоста на клетките (MTT) и антибактериските анализи се изведуваат на начин на кој токсичноста на AgNP се опишува како функција на нивото на агрегација, наместо (најчесто користениот фактор) концентрација на наночестички.Овој уникатен метод ни овозможува да ја демонстрираме длабоката важност на нивото на агрегација во биолошката активност, бидејќи, на пример, AgNP-те со цитрат завршува целосно ја губат својата биолошка активност во рок од неколку часа поради агрегација.19
Во тековната работа, имаме за цел во голема мера да ги прошириме нашите претходни придонеси во стабилноста на колоидите поврзани со био и нивното влијание врз биолошката активност со проучување на ефектот на големината на наночестичките врз агрегацијата на наночестичките.Ова е несомнено едно од студиите за наночестичките.Перспектива од повисок профил и 31 За да се истражи ова прашање, беше користен метод на раст посредуван од семе за да се произведат AgNP со цитрати во три различни опсези на големини (10, 20 и 50 nm).6,32 како еден од најчестите методи.За наноматеријали кои широко и рутински се користат во медицинските апликации, AgNP со цитрати со различни големини се избрани за да се проучи можната зависност од големината на биолошките својства на наносреброто поврзани со агрегацијата.По синтетизирање на AgNP со различни големини, ги карактеризиравме произведените примероци со трансмисиона електронска микроскопија (TEM), а потоа ги испитавме честичките користејќи ја гореспоменатата процедура за скрининг.Дополнително, во присуство на ин витро клеточни култури Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) и Фетален говедски серум (FBS), однесувањето на агрегација зависно од големината и неговото однесување беа евалуирани на различни pH вредности, NaCl, гликоза и концентрации на глутамин.Карактеристиките на цитотоксичноста се одредуваат во сеопфатни услови.Научниот консензус покажува дека генерално, се претпочитаат помали честички;нашата истрага обезбедува хемиска и биолошка платформа за да се утврди дали е тоа така.
Три сребрени наночестички со различен опсег на големини беа подготвени со методот на раст посредуван од семе предложен од Wan et al., со мали прилагодувања.6 Овој метод се заснова на хемиска редукција, користејќи сребро нитрат (AgNO3) како извор на сребро, натриум борохидрид (NaBH4) како редукционо средство и натриум цитрат како стабилизатор.Прво, подгответе 75 mL 9 mM цитратен воден раствор од натриум цитрат дихидрат (Na3C6H5O7 x 2H2O) и загрејте до 70°C.Потоа, 2 mL од 1% w/v раствор AgNO3 се додадени во медиумот за реакција, а потоа свежо подготвениот раствор на натриум борохидрид (2 mL 0,1% w/v) се истури во смесата по капка.Добиената жолто-кафеава суспензија се чуваше на 70°C со силно мешање 1 час, а потоа се олади на собна температура.Добиениот примерок (од сега па натаму се нарекува AgNP-I) се користи како основа за раст посредуван од семето во следниот чекор на синтеза.
За да се синтетизира суспензија на честички со средна големина (означена како AgNP-II), загрејте 90 mL 7,6 mM раствор на цитрат на 80°C, измешајте го со 10 mL AgNP-I, а потоа измешајте 2 mL 1% w/v растворот AgNO3 се чува под силно механичко мешање 1 час, а потоа примерокот се лади на собна температура.
За најголемата честичка (AgNP-III), повторете го истиот процес на раст, но во овој случај, користете 10 mL AgNP-II како суспензија на семето.Откако примероците ќе достигнат собна температура, тие ја поставуваат својата номинална концентрација на Ag врз основа на вкупната содржина на AgNO3 на 150 ppm со додавање или испарување на дополнителен растворувач на 40°C и на крајот ги чуваат на 4°C до понатамошна употреба.
Користете FEI Tecnai G2 20 X-Twin преносен електронски микроскоп (TEM) (ФЕИ корпоративно седиште, Хилсборо, Орегон, САД) со напон за забрзување од 200 kV за да ги испитате морфолошките карактеристики на наночестичките и да ја доловите нивната шема на електронска дифракција (ED).Најмалку 15 репрезентативни слики (~ 750 честички) беа оценети со помош на софтверскиот пакет ImageJ, а добиените хистограми (и сите графикони во целата студија) беа создадени во OriginPro 2018 (OriginLab, Нортхемптон, МА, САД) 33, 34.
Просечниот хидродинамички дијаметар (Z-просек), зета потенцијалот (ζ-потенцијал) и карактеристичната површинска плазмонска резонанца (SPR) на примероците беа измерени за да се илустрираат нивните првични колоидни својства.Просечниот хидродинамички дијаметар и зета потенцијалот на примерокот беа измерени со инструментот Malvern Zetasizer Nano ZS (Malvern Instruments, Malvern, UK) со користење на преклопени капиларни ќелии за еднократна употреба на 37±0,1°C.Ocean Optics 355 DH-2000-BAL UV-Vis спектрофотометар (Halma PLC, Largo, FL, USA) беше користен за да се добијат карактеристични SPR карактеристики од UV-Vis апсорпционите спектри на примероци во опсег од 250-800 nm.
Во текот на целиот експеримент, истовремено беа извршени три различни типови на мерења поврзани со колоидна стабилност.Користете DLS за мерење на просечниот хидродинамички дијаметар (Z просек) и зета потенцијал (ζ потенцијал) на честичките, бидејќи просекот Z е поврзан со просечната големина на агрегатите на наночестичките, а зета потенцијалот покажува дали електростатското одбивање во системот е доволно силен за да ја надомести привлечноста на Ван дер Валс помеѓу наночестичките.Мерењата се направени во три примероци, а стандардното отстапување на Z средната вредност и зета потенцијалот се пресметуваат со софтверот Zetasizer.Карактеристичните SPR спектри на честичките се оценуваат со UV-Vis спектроскопија, бидејќи промените во максималниот интензитет и брановата должина може да укажат на агрегација и површински интеракции.29,35 Всушност, површинската плазмонска резонанца во благородни метали е толку влијателна што доведе до нови методи за анализа на биомолекули.29,36,37 Концентрацијата на AgNPs во експерименталната смеса е околу 10 ppm, а целта е да се постави интензитетот на максималната почетна апсорпција на SPR на 1. Експериментот беше спроведен на начин зависен од времето на 0;1,5;3;6;12 и 24 часа под различни биолошки релевантни услови.Повеќе детали за описот на експериментот може да се видат во нашата претходна работа.19 Накратко, различни pH вредности (3; 5; 7,2 и 9), различни концентрации на натриум хлорид (10 mM; 50 mM; 150 mM), гликоза (3,9 mM; 6,7 mM) и глутамин (4 mM) и исто така го подготви Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) и Фетален говедски серум (FBS) (во вода и DMEM) како моделски системи и ги проучуваше нивните ефекти врз агрегациското однесување на синтетизираните сребрени наночестички.pH Вредностите на, NaCl, гликоза и глутамин се оценуваат врз основа на физиолошките концентрации, додека количините на DMEM и FBS се исти како и нивоата што се користат во целиот ин витро експеримент.38-42 Сите мерења беа извршени на pH 7,2 и 37°C со константна позадинска концентрација на сол од 10 mM NaCl за да се елиминираат какви било интеракции на честички на долги растојанија (освен одредени експерименти поврзани со pH и NaCl, каде што овие атрибути се променливите под студија).28 Списокот на различни услови е сумиран во Табела 1. Експериментот означен со † се користи како референца и одговара на примерок кој содржи 10 mM NaCl и pH 7,2.
Човечка клеточна линија на рак на простата (DU145) и овековечени човечки кератиноцити (HaCaT) беа добиени од ATCC (Manassas, VA, USA).Клетките рутински се одгледуваат во минималната есенцијална средина на Dulbecco Eagle (DMEM) која содржи 4,5 g/L гликоза (Sigma-Aldrich, Saint Louis, MO, USA), дополнета со 10% FBS, 2 mM L-глутамин, 0,01% стрептомицин и 0,00% Пеницилин (Сигма-Олдрич, Сент Луис, Мисури, САД).Клетките се одгледуваат во инкубатор на 37°C под 5% CO2 и 95% влажност.
Со цел да се истражат промените во цитотоксичноста на AgNP предизвикани од агрегација на честички на начин зависен од времето, беше изведена MTT анализа во два чекора.Прво, одржливоста на двата типа на клетки беше измерена по третманот со AgNP-I, AgNP-II и AgNP-III.За таа цел, двата типа на клетки беа засеани во плочи со 96 бунари со густина од 10.000 клетки/бунар и беа третирани со три различни големини на наночестички на сребро во зголемени концентрации на вториот ден.По 24 часа третман, клетките беа измиени со PBS и инкубирани со 0,5 mg/mL МТТ реагенс (SERVA, Хајделберг, Германија) разреден во медиум за култура 1 час на 37°C.Формазанските кристали беа растворени во DMSO (Сигма-Олдрич, Сент Луис, МО, САД), а апсорпцијата беше измерена на 570 nm со помош на читач на Synergy HTX плоча (BioTek-Унгарија, Будимпешта, Унгарија).Вредноста на апсорпција на нетретираниот контролен примерок се смета за 100% стапка на преживување.Направете најмалку 3 експерименти користејќи четири независни биолошки реплики.IC50 се пресметува од кривата на одговор на дозата врз основа на резултатите од виталноста.
Потоа, во вториот чекор, со инкубирање на честичките со 150 mM NaCl за различни временски периоди (0, 1,5, 3, 6, 12 и 24 часа) пред клеточниот третман, беа произведени различни состојби на агрегација на сребрените наночестички.Последователно, истата анализа на МТТ беше изведена како што беше претходно опишано за да се проценат промените во одржливоста на клетките погодени од агрегацијата на честичките.Користете GraphPad Prism 7 за да го оцените конечниот резултат, пресметајте ја статистичката значајност на експериментот со неспарен t-тест и означете го неговото ниво како * (p ≤ 0,05), ** (p ≤ 0,01), *** (p ≤ 0,001 ) И **** (p ≤ 0,0001).
Три различни големини на сребрени наночестички (AgNP-I, AgNP-II и AgNP-III) беа користени за антибактериска чувствителност на Cryptococcus neoformans IFM 5844 (IFM; Истражувачки центар за патогени габи и микробиолошка токсикологија, Chiba University TestMCC30Z1) и Bacilium S. (SZMC: Szeged Microbiology Collection) и E. coli SZMC 0582 во медиум RPMI 1640 (Sigma-Aldrich Co.).Со цел да се проценат промените во антибактериската активност предизвикани од агрегација на честички, прво, нивната минимална инхибиторна концентрација (MIC) беше одредена со микроразредување во микротитарска плоча од 96 бунари.На 50 μL стандардизирана клеточна суспензија (5 × 104 клетки/mL во медиум RPMI 1640), додадете 50 μL суспензија од сребрена наночестичка и сериски разредете двојно поголема концентрација (во гореспоменатата средина, опсегот е 0 и 75 ppm, т.е. контролниот примерок содржи 50 μL клеточна суспензија и 50 μL медиум без наночестички).Потоа, плочата беше инкубирана на 30°C за 48 часа, а оптичката густина на културата беше измерена на 620 nm со помош на читач на нано плоча SPECTROstar (BMG LabTech, Offenburg, Германија).Експериментот беше изведен три пати во три примероци.
Освен што во овој момент беа користени 50 μL примероци од единечни агрегирани наночестички, истата постапка како што беше претходно опишана беше користена за да се испита ефектот на агрегација врз антибактериската активност на гореспоменатите соеви.Различни состојби на агрегација на сребрените наночестички се произведуваат со инкубирање на честичките со 150 mM NaCl за различни временски периоди (0, 1,5, 3, 6, 12 и 24 часа) пред клеточната обработка.Како контрола на растот се користеше суспензија дополнета со 50 μL RPMI 1640 медиум, додека за контрола на токсичноста беше искористена суспензија со неагрегирани наночестички.Експериментот беше изведен три пати во три примероци.Користете GraphPad Prism 7 за повторно да го оцените конечниот резултат, користејќи ја истата статистичка анализа како и MTT анализата.
Нивото на агрегација на најмалите честички (AgNP-I) е карактеризирано, а резултатите беа делумно објавени во нашата претходна работа, но за подобра споредба, сите честички беа темелно прегледани.Експерименталните податоци се собрани и дискутирани во следните делови.Три големини на AgNP.19
Мерењата извршени од TEM, UV-Vis и DLS ја потврдија успешната синтеза на сите примероци на AgNP (Слика 2A-D).Според првиот ред на Слика 2, најмалата честичка (AgNP-I) покажува униформа сферична морфологија со просечен дијаметар од околу 10 nm.Методот на раст со посредство на семе, исто така, обезбедува AgNP-II и AgNP-III со различни опсези на големини со просечни дијаметри на честички од приближно 20 nm и 50 nm, соодветно.Според стандардното отстапување на распределбата на честичките, големините на трите примероци не се преклопуваат, што е важно за нивната компаративна анализа.Со споредување на просечниот сооднос на изгледот и соодносот на тенкоста на 2D проекциите на честички базирани на TEM, се претпоставува дека сферичноста на честичките се оценува со приклучокот за филтер за форма на ImageJ (Слика 2E).43. ) постепено се намалува.Ова резултира со се повеќе и повеќе полиедарни честички, кои во теоријата се совршено тркалезни, што одговараат на сооднос на тенкост од 1.
Слика 2 Слика 2 Слика на преносен електронски микроскоп (TEM) (A), шема на електронска дифракција (ED) (B), хистограм на дистрибуција на големина (C), карактеристичен ултравиолетово-видлив (UV-Vis) спектар на апсорпција на светлина (D) и просечен флуид Цитрат -завршените сребрени наночестички со механички дијаметар (Z-просек), зета потенцијал, однос на изгледот и односот на дебелина (E) имаат три различни опсези на големини: AgNP-I е 10 nm (горниот ред), AgNP-II е 20 nm (средниот ред ), AgNP-III (долниот ред) е 50 nm.
Иако цикличната природа на методот на раст влијаеше на обликот на честичките до одреден степен, што резултираше со помала сферичност на поголемите AgNPs, сите три примероци останаа квази-сферични.Дополнително, како што е прикажано во шемата за дифракција на електрони на Слика 2Б, нано Кристалноста на честичките не е засегната.Истакнатиот дифракционен прстен - кој може да се поврзе со (111), (220), (200) и (311) Милеровите индекси на среброто - е многу конзистентен со научната литература и нашите претходни придонеси.9, 19,44 Фрагментацијата на Debye-Scherrer прстенот на AgNP-II и AgNP-III се должи на фактот што ED сликата е снимена со исто зголемување, така што како што се зголемува големината на честичката, бројот на дифрактирани честички по единица површина се зголемува и намалува .
Познато е дека големината и обликот на наночестичките влијаат на биолошката активност.3,45 Каталитичката и биолошката активност зависна од обликот може да се објасни со фактот дека различните форми имаат тенденција да размножуваат одредени кристални лица (имаат различни Милерови индекси), а овие кристални лица имаат различни активности.45,46 Бидејќи подготвените честички даваат слични резултати на ЕД што одговараат на многу слични кристални карактеристики, може да се претпостави дека во нашите последователни експерименти за колоидна стабилност и биолошка активност, сите забележани разлики треба да се припишат на големината на наночестичките, а не на својствата поврзани со обликот.
Резултатите од UV-Vis сумирани на Слика 2Д дополнително ја нагласуваат огромната сферична природа на синтетизираниот AgNP, бидејќи врвовите на SPR на сите три примероци се околу 400 nm, што е карактеристична вредност на сферичните сребрени наночестички.29,30 Уловените спектри, исто така, го потврдија успешниот раст на наносреброто посредуван од семето.Како што се зголемува големината на честичките, брановата должина што одговара на максималната апсорпција на светлината на AgNP-II-позначајно-Според литературата, AgNP-III доживеа поместување на црвено.6,29
Што се однесува до почетната колоидна стабилност на системот AgNP, DLS беше користен за мерење на просечниот хидродинамички дијаметар и зета потенцијалот на честичките при pH 7,2.Резултатите прикажани на слика 2E покажуваат дека AgNP-III има поголема колоидна стабилност од AgNP-I или AgNP-II, бидејќи вообичаените упатства покажуваат дека зета-потенцијал од 30 mV апсолутен е неопходен за долгорочна колоидна стабилност Овој наод е дополнително поддржан кога просечната вредност Z (добиена како просечен хидродинамички дијаметар на слободни и агрегирани честички) се споредува со големината на примарната честичка добиена со TEM, бидејќи колку се поблиску двете вредности, толку е поблаг степенот на собирање во примерокот.Всушност, просекот Z на AgNP-I и AgNP-II е разумно повисок од нивната главна големина на честички проценета со TEM, така што во споредба со AgNP-III, се предвидува дека овие примероци имаат поголема веројатност да се агрегираат, каде што високо негативниот зета потенцијал е придружена со блиска големина Просечната вредност на Z.
Објаснувањето за овој феномен може да биде двојно.Од една страна, концентрацијата на цитрат се одржува на слично ниво во сите фази на синтеза, обезбедувајќи релативно голема количина на наелектризирани површински групи за да се спречи намалувањето на специфичната површина на растечките честички.Сепак, според Левак и сор., малите молекули како цитрат може лесно да се разменуваат со биомолекули на површината на наночестичките.Во овој случај, колоидната стабилност ќе биде одредена од короната на произведените биомолекули.31 Бидејќи ваквото однесување беше забележано и во нашите мерења на агрегација (за подетално дискутирано подоцна), цитратното капаче само по себе не може да го објасни овој феномен.
Од друга страна, големината на честичките е обратно пропорционална со тенденцијата на агрегација на нанометарско ниво.Ова е главно поддржано од традиционалниот метод Дерјагуин-Ландау-Вервеи-Овербек (DLVO), каде привлечноста на честичките се опишува како збир на привлечни и одбивни сили помеѓу честичките.Според He et al., максималната вредност на кривата на енергија DLVO се намалува со големината на наночестичките во наночестичките на хематит, што го олеснува достигнувањето на минималната примарна енергија, а со тоа промовира неповратна агрегација (кондензација).47 Сепак, се шпекулира дека има и други аспекти надвор од ограничувањата на теоријата DLVO.Иако вандер Валсовата гравитација и електростатското двослојно одбивање се слични со зголемување на големината на честичките, преглед на Hotze et al.предлага да има посилен ефект врз агрегацијата отколку што дозволува DLVO.14 Тие веруваат дека површинската кривина на наночестичките повеќе не може да се процени како рамна површина, што ја прави математичката проценка неприменлива.Покрај тоа, како што се намалува големината на честичките, процентот на атоми присутни на површината станува поголем, што доведува до електронска структура и однесување на површинскиот полнеж.И површинската реактивност се менува, што може да доведе до намалување на полнењето во електричниот двоен слој и да промовира агрегација.
Кога ги споредувавме резултатите од DLS на AgNP-I, AgNP-II и AgNP-III на Слика 3, забележавме дека сите три примероци покажаа слична агрегација што поттикнува pH.Силно кисела средина (pH 3) го поместува зета потенцијалот на примерокот на 0 mV, предизвикувајќи честичките да формираат агрегати со големина на микрон, додека алкалната pH го поместува својот зета потенцијал на поголема негативна вредност, каде што честичките формираат помали агрегати (pH 5 ).И 7.2) ), или да останат целосно неагрегирани (pH 9).Беа забележани и некои важни разлики помеѓу различните примероци.Во текот на експериментот, AgNP-I се покажа како најчувствителен на промените на зета потенцијалот предизвикани од pH, бидејќи зета потенцијалот на овие честички е намален на pH 7,2 во споредба со pH 9, додека AgNP-II и AgNP-III покажаа само А значителна промена во ζ е околу pH 3. Покрај тоа, AgNP-II покажа побавни промени и умерен зета потенцијал, додека AgNP-III покажа најблаго однесување од трите, бидејќи системот покажа највисока апсолутна зета вредност и бавно движење на трендот, што укажува на AgNP-III Најотпорен на агрегација индуцирана од pH.Овие резултати се во согласност со просечните резултати од мерењето на хидродинамичкиот дијаметар.Со оглед на големината на честичките на нивните прајмери, AgNP-I покажа константна постепена агрегација при сите pH вредности, најверојатно поради 10 mM NaCl позадина, додека AgNP-II и AgNP-III покажаа значајни само при собирање на pH 3.Најинтересната разлика е во тоа што и покрај големата големина на наночестичките, AgNP-III формира најмали агрегати при pH 3 за 24 часа, што ги истакнува неговите својства против агрегација.Со делење на просечниот Z на AgNP на pH 3 по 24 часа со вредноста на подготвениот примерок, може да се забележи дека релативните агрегатни големини на AgNP-I и AgNP-II се зголемени за 50 пати, 42 пати и 22 пати. , соодветно.III.
Слика 3 Резултатите од динамичкото расејување на светлината на примерокот од сребрени наночестички со цитрат завршеток со зголемена големина (10 nm: AgNP-I, 20 nm: AgNP-II и 50 nm: AgNP-III) се изразени како просечен хидродинамички дијаметар (Z просек ) (десно) Под различни pH услови, зета потенцијалот (лево) се менува во рок од 24 часа.
Набљудуваната pH-зависна агрегација, исто така, влијаеше на карактеристичната површинска плазмонска резонанца (SPR) на примероците AgNP, како што беше потврдено од нивните UV-Vis спектри.Според дополнителната слика S1, агрегирањето на сите три суспензии на сребрени наночестички е проследено со намалување на интензитетот на нивните врвови SPR и умерено поместување на црвено.Степенот на овие промени како функција на pH е конзистентен со степенот на агрегација предвиден со резултатите од DLS, но сепак, забележани се некои интересни трендови.Спротивно на интуицијата, излегува дека AgNP-II со средна големина е најчувствителен на промените на SPR, додека другите два примероци се помалку чувствителни.Во истражувањето на SPR, 50 nm е теоретската граница на големината на честичките, која се користи за разликување на честичките врз основа на нивните диелектрични својства.Честичките помали од 50 nm (AgNP-I и AgNP-II) може да се опишат како едноставни диелектрични диполи, додека честичките кои ја достигнуваат или надминуваат оваа граница (AgNP-III) имаат посложени диелектрични својства, а нивната резонанца Појасот се дели на мултимодални промени .Во случај на два помали примероци на честички, AgNPs може да се сметаат како едноставни диполи, а плазмата лесно може да се преклопува.Како што се зголемува големината на честичките, оваа спојка во суштина произведува поголема плазма, што може да ја објасни забележаната повисока чувствителност.29 Меѓутоа, за најголемите честички, едноставната проценка на диполот не е валидна кога може да се појават и други состојби на спојување, што може да ја објасни намалената тенденција на AgNP-III да означува спектрални промени.29
Во нашите експериментални услови, докажано е дека pH вредноста има длабок ефект врз колоидната стабилност на сребрените наночестички обложени со цитрат со различни големини.Во овие системи, стабилноста ја обезбедуваат негативно наелектризираните -COO- групи на површината на AgNPs.Карбоксилатната функционална група на цитратниот јон е протонирана во голем број H+ јони, така што генерираната карбоксилна група повеќе не може да обезбеди електростатско одбивање помеѓу честичките, како што е прикажано во горниот ред на слика 4. Според принципот на Ле Шателје, AgNP примероците брзо се агрегираат на pH 3, но постепено стануваат сè постабилни како што се зголемува pH вредноста.
Слика 4 Шематски механизам на површинска интеракција дефинирана со агрегација под различни pH (горен ред), концентрација на NaCl (среден ред) и биомолекули (долниот ред).
Според Слика 5, колоидната стабилност во суспензии на AgNP со различни големини, исто така, беше испитана при зголемени концентрации на сол.Врз основа на зета потенцијалот, зголемената големина на наночестичките во овие системи со AgNP со цитрат, повторно обезбедува зголемена отпорност на надворешни влијанија од NaCl.Во AgNP-I, 10 mM NaCl се доволни за да предизвикаат блага агрегација, а концентрацијата на сол од 50 mM дава многу слични резултати.Во AgNP-II и AgNP-III, 10 mM NaCl не влијае значително на зета потенцијалот бидејќи нивните вредности остануваат на (AgNP-II) или под (AgNP-III) -30 mV.Зголемувањето на концентрацијата на NaCl до 50 mM и конечно до 150 mM NaCl е доволно за значително да се намали апсолутната вредност на зета потенцијалот во сите примероци, иако поголемите честички задржуваат повеќе негативен полнеж.Овие резултати се во согласност со очекуваниот просечен хидродинамички дијаметар на AgNP;Просечните линии на трендот Z измерени на 10, 50 и 150 mM NaCl покажуваат различни, постепено зголемување на вредностите.Конечно, агрегати со големина на микрон беа откриени во сите три експерименти од 150 mM.
Слика 5 Резултатите од динамичкото расејување на светлината на примерокот од сребрени наночестички надополнети со цитрат со зголемена големина (10 nm: AgNP-I, 20 nm: AgNP-II и 50 nm: AgNP-III) се изразени како просечен хидродинамички дијаметар (просечно Z ) (десно) и зета потенцијалот (лево) се менуваат во рок од 24 часа при различни концентрации на NaCl.
Резултатите од UV-Vis во дополнителната слика S2 покажуваат дека SPR од 50 и 150 mM NaCl во сите три примероци има моментално и значително намалување.Ова може да се објасни со DLS, бидејќи агрегацијата базирана на NaCl се случува побрзо од експериментите зависни од pH, што се објаснува со големата разлика помеѓу раните (0, 1,5 и 3 часа) мерења.Дополнително, зголемувањето на концентрацијата на сол ќе ја зголеми и релативната пропустливост на експерименталниот медиум, што ќе има длабок ефект врз површинската плазмонска резонанца.29
Ефектот на NaCl е сумиран во средниот ред на Слика 4. Генерално, може да се заклучи дека зголемувањето на концентрацијата на натриум хлорид има сличен ефект како и зголемувањето на киселоста, бидејќи јоните на Na+ имаат тенденција да се координираат околу карбоксилатните групи. потиснување на негативниот зета потенцијал АгНП.Дополнително, 150 mM NaCl произведе агрегати со големина на микрон во сите три примероци, што покажува дека физиолошката концентрација на електролит е штетна за колоидната стабилност на AgNP-и кои завршуваат со цитрат.Со разгледување на критичната кондензациона концентрација (CCC) на NaCl на слични системи AgNP, овие резултати може паметно да се стават во релевантната литература.Huynh и сор.пресметал дека CCC на NaCl за сребрените наночестички завршни со цитрат со просечен дијаметар од 71 nm е 47,6 mM, додека Ел Бадави и сор.забележано е дека CCC на 10 nm AgNP со цитратна обвивка е 70 mM.10,16 Дополнително, значително високиот CCC од околу 300 mM беше измерен од He et al., што предизвика нивниот метод на синтеза да се разликува од претходно споменатата публикација.48 Иако сегашниот придонес не е насочен кон сеопфатна анализа на овие вредности, бидејќи нашите експериментални услови се зголемуваат во сложеноста на целата студија, биолошки релевантната концентрација на NaCl од 50 mM, особено 150 mM NaCl, се чини дека е доста висока.Индуцирана коагулација, објаснувајќи ги откриените силни промени.
Следниот чекор во експериментот за полимеризација е да се користат едноставни, но биолошки релевантни молекули за да се симулираат интеракции наночестичка-биомолекула.Врз основа на резултатите од DLS (слики 6 и 7) и UV-Vis (Дополнителни слики S3 и S4), може да се изведат некои општи заклучоци.Под нашите експериментални услови, проучуваните молекули гликоза и глутамин нема да предизвикаат агрегација во кој било систем AgNP, бидејќи трендот на Z-средна вредност е тесно поврзан со соодветната референтна мерна вредност.Иако нивното присуство не влијае на агрегацијата, експерименталните резултати покажуваат дека овие молекули делумно се адсорбираат на површината на AgNPs.Најистакнатиот резултат кој го поддржува ова гледиште е забележаната промена во апсорпцијата на светлината.Иако AgNP-I не покажува значајни промени во брановата должина или интензитет, може да се забележи појасно со мерење на поголеми честички, што најверојатно се должи на поголемата оптичка чувствителност спомената претходно.Без оглед на концентрацијата, гликозата може да предизвика поголемо поместување на црвено по 1,5 часа во споредба со контролното мерење, што е околу 40 nm кај AgNP-II и околу 10 nm во AgNP-III, што докажува појава на површински интеракции.Глутаминот покажа сличен тренд, но промената не беше толку очигледна.Покрај тоа, исто така вреди да се спомене дека глутаминот може да го намали апсолутниот зета потенцијал на средните и големите честички.Меѓутоа, бидејќи овие зета промени се чини дека не влијаат на нивото на агрегација, може да се шпекулира дека дури и малите биомолекули како глутаминот можат да обезбедат одреден степен на просторна одбивност помеѓу честичките.
Слика 6 Резултатите од динамичкото расејување на светлината на примероците од сребрени наночестички со цитрат завршни со зголемена големина (10 nm: AgNP-I, 20 nm: AgNP-II и 50 nm: AgNP-III) се изразени како просечен хидродинамички дијаметар (просек Z) (десно) Под надворешни услови на различни концентрации на гликоза, зета потенцијалот (лево) се менува во рок од 24 часа.
Слика 7 Резултатите од динамичното расејување на светлината на примерокот од сребрени наночестички со цитрат завршеток со зголемена големина (10 nm: AgNP-I, 20 nm: AgNP-II и 50 nm: AgNP-III) се изразени како просечен хидродинамички дијаметар (просечно Z ) (десно) Во присуство на глутамин, зета потенцијалот (лево) се менува во рок од 24 часа.
Накратко, малите биомолекули како гликозата и глутаминот не влијаат на колоидната стабилност при измерената концентрација: иако тие влијаат на зета потенцијалот и на резултатите од УВ-Вис во различен степен, просечните резултати од Z не се конзистентни.Ова покажува дека површинската адсорпција на молекулите ја инхибира електростатската одбивност, но во исто време обезбедува димензионална стабилност.
Со цел да ги поврземе претходните резултати со претходните резултати и повешто да симулираме биолошки услови, избравме некои од најчесто користените компоненти на клеточна култура и ги искористивме како експериментални услови за проучување на стабилноста на колоидите на AgNP.Во целиот ин витро експеримент, една од најважните функции на DMEM како медиум е да ги воспостави потребните осмотски услови, но од хемиски аспект, тој е комплексен раствор на сол со вкупна јонска јачина слична на 150 mM NaCl. .40 Што се однесува до FBS, тој е комплексна мешавина на биомолекули-главно протеини-од гледна точка на површинска адсорпција, има некои сличности со експерименталните резултати на гликоза и глутамин, и покрај хемискиот состав и разновидноста Полот е многу покомплициран.19 DLS и UV-Видливите резултати прикажани на Слика 8 и на дополнителна слика S5, соодветно, може да се објаснат со испитување на хемискиот состав на овие материјали и нивна корелација со мерењата во претходниот дел.
Слика 8 Резултатите од динамичкото расејување на светлината на примерокот од сребрени наночестички со цитрат завршеток со зголемена големина (10 nm: AgNP-I, 20 nm: AgNP-II и 50 nm: AgNP-III) се изразени како просечен хидродинамички дијаметар (Z просек ) (десно) Во присуство на компоненти на клеточна култура DMEM и FBS, зета потенцијалот (лево) се менува во рок од 24 часа.
Разредувањето на AgNP со различни големини во DMEM има сличен ефект врз колоидната стабилност како оној забележан во присуство на високи концентрации на NaCl.Дисперзијата на AgNP во 50 v/v% DMEM покажа дека е откриена агрегација во големи размери со зголемување на зета потенцијалот и Z-просечната вредност и наглото намалување на интензитетот на SPR.Вреди да се напомене дека максималната големина на агрегат предизвикана од DMEM по 24 часа е обратно пропорционална со големината на наночестичките на прајмерот.
Интеракцијата помеѓу FBS и AgNP е слична на онаа забележана во присуство на помали молекули како гликоза и глутамин, но ефектот е посилен.Просекот Z на честичките останува непроменет, додека е детектирано зголемување на зета потенцијалот.Врвот SPR покажа благо црвено поместување, но можеби поинтересно е тоа што интензитетот на SPR не се намали толку значително како во контролното мерење.Овие резултати може да се објаснат со вродената адсорпција на макромолекули на површината на наночестичките (долниот ред на Слика 4), што сега се подразбира како формирање на биомолекуларна корона во телото.49