Ang mga silver nanoparticle (AgNPs) ay itinuturing na isang potensyal na kapaki-pakinabang na tool para sa pagkontrol sa iba't ibang mga pathogen.Gayunpaman, may mga alalahanin tungkol sa pagpapalabas ng mga AgNP sa media sa kapaligiran, dahil maaari silang makabuo ng masamang epekto sa kalusugan ng tao at ekolohikal.Sa pag-aaral na ito, binuo at sinuri namin ang isang nobelang micrometer-sized na magnetic hybrid colloid (MHC) na pinalamutian ng iba't ibang laki ng AgNPs (AgNP-MHCs).Matapos mailapat para sa pagdidisimpekta, ang mga particle na ito ay madaling mabawi mula sa kapaligiran na media gamit ang kanilang mga magnetic properties at mananatiling epektibo para sa pag-inactivate ng mga viral pathogen.Sinuri namin ang pagiging epektibo ng AgNP-MHCs para sa hindi aktibo na bacteriophage ϕX174, murine norovirus (MNV), at adenovirus serotype 2 (AdV2).Ang mga target na virus na ito ay nalantad sa mga AgNP-MHC sa loob ng 1, 3, at 6 na oras sa 25 ° C at pagkatapos ay sinuri ng plaque assay at real-time na TaqMan PCR.Ang mga AgNP-MHC ay nalantad sa isang malawak na hanay ng mga antas ng pH at sa pag-tap at tubig sa ibabaw upang masuri ang kanilang mga antiviral na epekto sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon sa kapaligiran.Kabilang sa tatlong uri ng mga nasubok na AgNP-MHC, ipinakita ng mga Ag30-MHC ang pinakamataas na bisa para sa pag-inactivate ng mga virus.Ang ϕX174 at MNV ay nabawasan ng higit sa 2 log10 pagkatapos ng pagkakalantad sa 4.6 × 109 Ag30-MHCs/ml sa loob ng 1 h.Ang mga resulta na ito ay nagpahiwatig na ang mga AgNP-MHC ay maaaring magamit upang hindi aktibo ang mga viral pathogen na may pinakamababang pagkakataon ng potensyal na paglabas sa kapaligiran.

Sa mga kamakailang pagsulong sa nanotechnology, ang mga nanoparticle ay tumanggap ng mas mataas na atensyon sa buong mundo sa larangan ng biotechnology, medisina, at pampublikong kalusugan (1,2).Dahil sa kanilang mataas na ratio ng surface-to-volume, ang mga nano-sized na materyales, na karaniwang mula 10 hanggang 500 nm, ay may natatanging katangian ng physicochemical kumpara sa mga mas malalaking materyales (1).Ang hugis at sukat ng mga nanomaterial ay maaaring kontrolin, at ang mga partikular na functional na grupo ay maaaring pagsama-samahin sa kanilang mga ibabaw upang paganahin ang mga pakikipag-ugnayan sa ilang partikular na protina o intracellular uptake (3,–5).

Ang mga silver nanoparticle (AgNPs) ay malawak na pinag-aralan bilang isang antimicrobial agent (6).Ang pilak ay ginagamit sa paglikha ng mga pinong kubyertos, para sa dekorasyon, at sa mga therapeutic agent.Ang mga pilak na compound tulad ng silver sulfadiazine at ilang mga asing-gamot ay ginamit bilang mga produkto ng pangangalaga sa sugat at bilang mga paggamot para sa mga nakakahawang sakit dahil sa kanilang mga antimicrobial na katangian (6,7).Ang mga kamakailang pag-aaral ay nagsiwalat na ang mga AgNP ay napaka-epektibo para sa pag-inactivate ng iba't ibang uri ng bakterya at mga virus (8,–11).Ang mga AgNP at Ag+ ions na inilabas mula sa mga AgNP ay direktang nakikipag-ugnayan sa mga biomolecule na naglalaman ng phosphorus o sulfur, kabilang ang DNA, RNA, at mga protina (12,–14).Naipakita rin ang mga ito upang makabuo ng reactive oxygen species (ROS), na nagdudulot ng pinsala sa lamad sa mga mikroorganismo (15).Ang laki, hugis, at konsentrasyon ng mga AgNP ay mahalagang salik din na nakakaapekto sa kanilang mga kakayahan sa antimicrobial (8,10,13,16,17).

Ang mga nakaraang pag-aaral ay na-highlight din ang ilang mga problema kapag ang mga AgNP ay ginagamit para sa pagkontrol ng mga pathogen sa isang kapaligiran ng tubig.Una, ang mga umiiral na pag-aaral sa pagiging epektibo ng mga AgNP para sa hindi aktibo na mga viral pathogen sa tubig ay limitado.Bilang karagdagan, ang mga monodispersed na AgNP ay karaniwang napapailalim sa pagsasama-sama ng particle-particle dahil sa kanilang maliit na sukat at malaking lugar sa ibabaw, at binabawasan ng mga pinagsama-samang ito ang pagiging epektibo ng mga AgNP laban sa mga microbial pathogens (7).Sa wakas, ang mga AgNP ay ipinakita na may iba't ibang mga cytotoxic effect (5,18,–20), at ang paglabas ng mga AgNP sa isang kapaligiran ng tubig ay maaaring magresulta sa kalusugan ng tao at mga problema sa ekolohiya.

Kamakailan, bumuo kami ng isang nobelang micrometer-sized magnetic hybrid colloid (MHC) na pinalamutian ng mga AgNP na may iba't ibang laki (21,22).Ang MHC core ay maaaring gamitin upang mabawi ang AgNP composites mula sa kapaligiran.Sinuri namin ang antiviral efficacy ng mga silver nanoparticle na ito sa MHCs (AgNP-MHCs) gamit ang bacteriophage ϕX174, murine norovirus (MNV), at adenovirus sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon sa kapaligiran.

Antiviral effect ng AgNP-MHCs sa iba't ibang konsentrasyon laban sa bacteriophage ϕX174 (a), MNV (b), at AdV2 (c).Ang mga target na virus ay ginagamot ng iba't ibang mga konsentrasyon ng AgNP-MHC, at kasama ang mga OH-MHC (4.6 × 109 na mga particle / ml) bilang isang kontrol, sa isang nanginginig na incubator (150 rpm, 1 h, 25 ° C).Ang paraan ng pagsusuri ng plaka ay ginamit upang sukatin ang mga nakaligtas na mga virus.Ang mga halaga ay ibig sabihin ± standard deviations (SD) mula sa tatlong independiyenteng eksperimento.Ang mga asterisk ay nagpapahiwatig ng makabuluhang magkakaibang mga halaga (P<0.05 sa pamamagitan ng one-way na ANOVA kasama ang pagsubok ni Dunnett).

Ipinakita ng pag-aaral na ito na ang mga AgNP-MHC ay epektibo para sa hindi aktibo na mga bacteriophage at MNV, isang kahalili para sa norovirus ng tao, sa tubig.Bilang karagdagan, ang mga AgNP-MHC ay madaling mabawi gamit ang isang magnet, na epektibong pumipigil sa paglabas ng mga potensyal na nakakalason na AgNP sa kapaligiran.Ang isang bilang ng mga nakaraang pag-aaral ay nagpakita na ang konsentrasyon at laki ng butil ng mga AgNP ay kritikal na mga kadahilanan para sa hindi aktibo na naka-target na microorganism (8,16,17).Ang mga antimicrobial effect ng AgNPs ay nakasalalay din sa uri ng microorganism.Ang pagiging epektibo ng AgNP-MHCs para sa hindi aktibo na ϕX174 ay sumunod sa isang relasyon sa pagtugon sa dosis.Kabilang sa mga nasubok na AgNP-MHC, ang mga Ag30-MHC ay may mas mataas na bisa para sa hindi aktibo na ϕX174 at MNV.Para sa MNV, ang mga Ag30-MHC lamang ang nagpakita ng aktibidad na antiviral, kasama ang iba pang mga AgNP-MHC na hindi bumubuo ng anumang makabuluhang hindi aktibo ng MNV.Wala sa mga AgNP-MHC ang nagkaroon ng anumang makabuluhang aktibidad na antiviral laban sa AdV2.

Bilang karagdagan sa laki ng butil, mahalaga din ang konsentrasyon ng pilak sa AgNP-MHC.Ang konsentrasyon ng pilak ay lumitaw upang matukoy ang pagiging epektibo ng mga antiviral na epekto ng AgNP-MHCs.Ang mga konsentrasyon ng pilak sa mga solusyon ng Ag07-MHC at Ag30-MHC sa 4.6 × 109 na mga particle / ml ay 28.75 ppm at 200 ppm, ayon sa pagkakabanggit, at nauugnay sa antas ng aktibidad ng antiviral.Talahanayan 2nagbubuod sa mga konsentrasyon ng pilak at mga lugar sa ibabaw ng nasubok na mga AgNP-MHC.Ipinakita ng mga Ag07-MHC ang pinakamababang aktibidad ng antiviral at may pinakamababang konsentrasyon ng pilak at lugar sa ibabaw, na nagmumungkahi na ang mga katangiang ito ay nauugnay sa aktibidad ng antiviral ng AgNP-MHC.

Ang aming nakaraang pag-aaral ay nagpahiwatig na ang mga pangunahing antimicrobial na mekanismo ng AgNP-MHCs ay ang chemical abstraction ng Mg2+ o Ca2+ ions mula sa microbial membranes, ang paglikha ng mga complex na may mga thiol group na matatagpuan sa mga lamad, at ang henerasyon ng reactive oxygen species (ROS) (21).Dahil ang mga AgNP-MHC ay may medyo malaking laki ng butil (∼500 nm), malamang na hindi sila makakapasok sa isang viral capsid.Sa halip, lumilitaw na nakikipag-ugnayan ang mga AgNP-MHC sa mga protina sa ibabaw ng viral.Ang mga AgNP sa mga composite ay may posibilidad na magbigkis ng mga biomolecule na naglalaman ng grupo ng thiol na naka-embed sa mga coat protein ng mga virus.Samakatuwid, ang mga biochemical na katangian ng mga viral capsid na protina ay mahalaga para sa pagtukoy ng kanilang pagkamaramdamin sa mga AgNP-MHC.Larawan 1ay nagpapakita ng iba't ibang mga pagkamaramdamin ng mga virus sa mga epekto ng AgNP-MHCs.Ang mga bacteriophage ϕX174 at MNV ay madaling kapitan sa mga AgNP-MHC, ngunit lumalaban ang AdV2.Ang mataas na antas ng resistensya ng AdV2 ay malamang na nauugnay sa laki at istraktura nito.Ang mga adenovirus ay may sukat mula 70 hanggang 100 nm (30), na ginagawang mas malaki ang mga ito kaysa sa ϕX174 (27 hanggang 33 nm) at MNV (28 hanggang 35 nm) (31,32).Bilang karagdagan sa kanilang malaking sukat, ang mga adenovirus ay may double-stranded na DNA, hindi katulad ng iba pang mga virus, at lumalaban sa iba't ibang mga stress sa kapaligiran tulad ng init at UV radiation (33,34).Ang aming nakaraang pag-aaral ay nag-ulat na halos isang 3-log10 na pagbawas ng MS2 ay naganap sa Ag30-MHCs sa loob ng 6 h (21).Ang MS2 at ϕX174 ay may magkatulad na laki na may iba't ibang uri ng nucleic acid (RNA o DNA) ngunit may magkatulad na rate ng hindi aktibo ng mga Ag30-MHC.Samakatuwid, ang likas na katangian ng nucleic acid ay hindi lumilitaw na pangunahing kadahilanan para sa paglaban sa mga AgNP-MHC.Sa halip, ang laki at hugis ng viral particle ay lumilitaw na mas mahalaga, dahil ang adenovirus ay isang mas malaking virus.Nakamit ng mga Ag30-MHC ang halos 2-log10 na pagbawas ng M13 sa loob ng 6 na oras (ang aming hindi nai-publish na data).Ang M13 ay single-stranded DNA virus (35) at ∼880 nm ang haba at 6.6 nm ang diyametro (36).Ang rate ng hindi aktibo ng filamentous bacteriophage M13 ay intermediate sa pagitan ng mga maliliit, round-structured na mga virus (MNV, ϕX174, at MS2) at isang malaking virus (AdV2).

Sa kasalukuyang pag-aaral, ang inactivation kinetics ng MNV ay makabuluhang naiiba sa plaque assay at ang RT-PCR assay (Larawan 2batatc).c).Ang mga molecular assay tulad ng RT-PCR ay kilala na lubos na minamaliit ang inactivation rate ng mga virus (25,28), tulad ng natagpuan sa aming pag-aaral.Dahil ang mga AgNP-MHC ay pangunahing nakikipag-ugnayan sa viral surface, mas malamang na makapinsala sila sa mga viral coat protein kaysa sa mga viral nucleic acid.Samakatuwid, ang isang RT-PCR assay upang masukat ang viral nucleic acid ay maaaring makabuluhang maliitin ang hindi aktibo ng mga virus.Ang epekto ng mga Ag+ ions at ang pagbuo ng reactive oxygen species (ROS) ay dapat na responsable para sa hindi aktibo ng mga nasubok na mga virus.Gayunpaman, maraming mga aspeto ng mga mekanismo ng antiviral ng AgNP-MHC ay hindi pa rin malinaw, at ang karagdagang pananaliksik gamit ang mga biotechnological na diskarte ay kinakailangan upang maipaliwanag ang mekanismo ng mataas na pagtutol ng AdV2.

Sa wakas, sinuri namin ang katatagan ng aktibidad ng antiviral ng Ag30-MHC sa pamamagitan ng paglalantad sa kanila sa isang malawak na hanay ng mga halaga ng pH at sa pag-tap at mga sample ng tubig sa ibabaw bago sukatin ang kanilang aktibidad na antiviral (Larawan 3atat4).4).Ang pagkakalantad sa napakababang mga kondisyon ng pH ay nagresulta sa pisikal at/o functional na pagkawala ng mga AgNP mula sa MHC (hindi na-publish na data).Sa pagkakaroon ng mga nonspecific na particle, ang mga Ag30-MHC ay patuloy na nagpapakita ng aktibidad na antiviral, sa kabila ng pagbaba ng aktibidad ng antiviral laban sa MS2.Ang aktibidad ng antiviral ay pinakamababa sa hindi na-filter na tubig sa ibabaw, dahil ang isang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga Ag30-MHC at hindi tiyak na mga particle sa mataas na maputik na tubig sa ibabaw ay malamang na nagdulot ng pagbawas ng aktibidad ng antiviral (Talahanayan 3).Samakatuwid, ang mga pagsusuri sa larangan ng mga AgNP-MHC sa iba't ibang uri ng tubig (hal., na may iba't ibang konsentrasyon ng asin o humic acid) ay dapat isagawa sa hinaharap.

Sa konklusyon, ang mga bagong Ag composites, AgNP-MHCs, ay may mahusay na antiviral na kakayahan laban sa ilang mga virus, kabilang ang ϕX174 at MNV.Ang mga AgNP-MHC ay nagpapanatili ng malakas na bisa sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon sa kapaligiran, at ang mga particle na ito ay madaling mabawi gamit ang isang magnet, kaya binabawasan ang kanilang mga potensyal na nakakapinsalang epekto sa kalusugan ng tao at sa kapaligiran.Ang pag-aaral na ito ay nagpakita na ang AgNP composite ay maaaring maging isang epektibong antiviral sa iba't ibang mga setting ng kapaligiran, nang walang makabuluhang mga panganib sa ekolohiya.