فعالیت آنتی‌باکتریال نانوهیبرید ZnO-Ag و مکانیسم عملکرد آن

28
فروردین

فعالیت آنتی‌باکتریال نانوهیبرید ZnO-Ag و مکانیسم عملکرد آن
توسط مدیر فنی سایت

دراطلاعات عمومی

نانوهیبرید ZnO-Ag ، ترکیبی از یک ماده نیمه‌رسانا و ذرات فلز است. روش سنتز شامل دو مرحله است. ابتدا ذرات نیمه‌هادی از محلول سل تهیه می‌شوند و سپس نمک‌های فلزی مناسب اضافه شده و توسط یک عامل احیاکننده مناسب احیا می‌شوند.
فعالیت آنتی‌باکتریال نانوهیبرید ZnO-Ag
در این مطالعه فعالیت آنتی‌باکتریال نانوهیبرید ZnO-Ag در آب شور حاوی باکتری‌های استافیلوکوکوس اورئوس و اشریشیاکلی بررسی شده است. نتایج MIC برای این نانوهیبرید در تمام ترکیبات مورد مطالعه بسیار کمتر از اکسید روی و نانوذرات نقره خالص است که نشان‌دهنده اثر هم‌افزایی نانوهیبرید است. MIC، کمترین غلظت بازدارنده یا کمترین غلظتی است که یک ماده در آن فعالیت آنتی‌باکتریال از خود نشان می‌دهد. محدوده بازدارندگی (ZOI) در شکل زیر نشان داده شده است. تصویر سنجش انتشار دیسک را نشان می‌دهد و می‌توان به وضوح ZOI تشکیل‌شده توسط نانوهیبرید ZnO-Ag را در مقایسه با هریک از اجزای جداگانه مشاهده کرد که نشان می‌دهد این نانوهیبرید یک ماده آنتی‌باکتریال کارآمد برای باکتری‌های گرم منفی و گرم مثبت است.
منطقه شفاف در برابر رشد باکتری‌های (a) اشریشیاکلی و (b) استافیلوکوکوس اورئوس در نمونه نانوهیبرید ZnO-Ag تشکیل شده است.
مکانیسم فعالیت آنتی‌باکتریال نانوهیبرید ZnO-Ag
اثر آنتی‌باکتریال نانوذرات نقره و روی بر روی میکروارگانیسم‌ها به‌خوبی شناخته شده است، اما مکانیسم آنتی‌باکتریال هر دو نقره و ZnO، هنوز به‌طورکامل شناخته نشده است. مکانیسم‌های خاصیت آنتی‌باکتریال نانوساختارها تاکنون به‌طورکلی به دو دسته تقسیم می‌شوند.1) تنش اکسیداتیو تولیدشده توسط ذرات در محلول‌ها و 2) حمله فیزیکی نانوذرات به باکتری. سایر اشکال مکانیسم مانند 1) غیرفعال کردن فعالیت آنزیمی زنجیره تنفسی باکتری، 2) تغییرات ساختاری باکتری توسط نانوذرات، 3) تعامل با DNA باکتری و غیره نیز در مطالعات دیگر گزارش شده است. برهمکنش نانوهیبرید ZnO-Ag، با هر دو نوع سویه باکتری توسط آنالیز TEM در شکل زیر نشان داده شده است. شکل a و b، میکروگراف‌های TEM اشریشیاکلی و استافیلوکوکوس اورئوس سالم را نشان می‌دهد. اتصال و واردشدن این نانوهیبرید به دیواره سلولی اشریشیاکلی و استافیلوکوکوس اورئوس در میکروگراف‌های c و d دیده می‌شود. جالب توجه است در شکل c، چسبندگی گسترده‌ای از نانوذرات نقره در اطراف تمام دیواره سلولی باکتری اشریشیاکلی وجود دارد که تصویر e، تصویر HRTEM یکی از این نانوذرات نقره نشان‌داده‌شده با فلش را به‌وضوح نشان می‌دهد و فاصله 235/0 نانومتر اندازه‌گیری‌شده بین دو لبه شبکه مجاور، مربوط به (111)Ag است. همچنین مطابق شکل c، می‌توان در موارد معدودی مشاهده کرد که نانوذرات نقره به دیواره سلولی باکتری نفوذ کرده‌اند.
تصاویر TEM: (a) و (b) به‌ترتیب باکتری‌های اشریشیاکلی و استافیلوکوکوس اورئوس سالم. تصاویر TEM با مقطع نازک که اثر نانوهیبرید ZnO-Ag را به‌ترتیب بر روی  (cاشریشیاکلی و و d) استافیلوکوکوس اورئوس نشان می‌دهد. (e) تصویر HRTEM گرفته‌شده بر روی یک نانوذره نقره متصل به دیواره سلولی اشریشیاکلی (نشان داده شده توسط فلش در شکل c).
بر اساس استدلال‌های ارائه‌شده در مطالعات نوری و تجزیه و تحلیل XPS، مشاهده می‌شود که نانوذرات نقره روی سطح ZnO در هیبرید ZnO-Ag دارای بار مثبت هستند و در بیولوژیکی 4/7 = pH سطح کلی باکتریبه دلیل تجزیه تعداد اضافی کربوکسیلیک اسید و سایر گروه‌های موجود در غشای سلول دارای بار منفی است. این دو گونه با بار مخالف یکدیگر را بر اساس برهمکنش الکترواستاتیکی جذب می‌کنند که این واقعیت را تأیید می‌کند که نانوذرات نقره هیبریدی به سطح دیواره سلولی اشریشیاکلی نسبت به ذرات ZnO تنها، بهتر می‌چسبند (مطابق شکل c فوق). علاوه‌براین، این ذرات به‌تدریج با غشای سلولی در تعامل هستند که منجر به افزایش نفوذپذیری غشای سلولی می‌شود. در‌نتیجه برخی از نانوذرات نقره می‌توانند وارد سلول شده و باعث مرگ سلولی شوند، مشابه مشاهداتی که در مورد نانوذرات نقره تنها انجام شد. از سوی دیگر، نانوذرات نقره هیبرید مستقیما به باکتری استافیلوکوکوس اورئوس نمی‌چسبند، بلکه ذرات هیبریدی ZnO-Ag مشابه ZnO خالص، در داخل سلول (شکل d فوق) نفوذ می‌کنند. این امر قابل درک است زیرا سطح سلول استافیلوکوکوس اورئوس در مقایسه با اشریشیاکلی، بار منفی کمتری دارد و ازاین‌رو کمتر در معرض حمله مستقیم نانوذرات نقره موجود در این نانوهیبرید قرار می‌گیرد.
علاوه‌براین، اندازه‌گیری‌های EPR به منظور یافتن هر گونه انتشار رادیکال‌های آزاد از ترکیبات تهیه‌شده انجام شد. مطابق شکل زیر، یک پیک چهارگانه بین 3300-3360 گاوس، برای کامپوزیت ZnO و ZnO/کیتوزان مشاهده شده که مربوط به رادیکال‌های آزاد هیدروکسیل (OH̊) است. این رادیکال‌های هیدروکسیل باعث ایجاد تنش اکسیداتیو در باکتری‌ها شد‌ که باعث مرگ سلولی می‌شود. مشخص شده است که تنش اکسیداتیو برای استافیلوکوکوس اورئوس سمی‌تر از اشریشیاکلی است. ازاین‌رو، محدوده بازدارندگی ZnO خالص در مورد استافیلوکوکوس اورئوس در مقایسه با اشریشیاکلی کمتر است. با این حال، هیچ‌گونه سیگنال‌ OH برای نانوهیبرید ZnO-Ag تهیه‌شده در MIC مشاهده نشد. این نشان می‌دهد که حضور نقره در غلظت مورد مطالعه، تشکیل رادیکال‌های OH را متوقف می‌کند. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که فعالیت آنتی‌باکتریال نانوهیبرید بر روی باکتری‌های گرم مثبت مانند استافیلوکوکوس اورئوس، عمدتا به دلیل حمله فیزیکی به دیواره سلولی باکتری است نه با تولید رادیکال‌های آزاد مانند OH.
طیف EPR، a) DMPO در سالین (b) EPR تیوب + کاپیلاری (c) ZnO+  DMPO (e) ZnO/کیتوسان + DMPO (f) نانوهیبرید ZnO-Ag + DMPO.

تنظیم و نگارش : مدیر فنی سایت

فعالیت آنتی‌باکتریال نانوهیبرید ZnO-Ag و مکانیسم عملکرد آن

منبع