银纳米颗粒作为抗菌涂层——机理生物合成及应用展望 MDPI Antibiotic

发布时间:2021-09-17 06:33:49


  银纳米颗粒 (AgNPs) 在纳米生物技术研究中的各种应用受到了极大的关注。通常,银纳米粒子小于100 nm,具有2015,000个银原子。在某些条件下,银纳米颗粒中银离子的自由释放会诱发哺乳动物细胞或微生物细胞的细胞死亡,这意味着银纳米颗粒是广谱抗菌剂。因此,AgNPs已成为各种产品中使用最广泛的灭菌纳米材料,包括食品储藏袋、冰箱表面和个人护理产品,并且它们在药物递送、生物传感器、食品技术、分子标记、纺织品制造、抗菌涂料、抗癌剂、伤口敷料和化妆品等领域都有广泛的应用。

  近期,波兰波兹南生命科学大学的Niedba?a博士团队在Antibiotics上发表文章,通过内生链霉菌介导的绿色合成方法合成具有抗菌和抗癌特性的Ag-NPs,并利用紫外-可见光谱 (UV-vis)、傅里叶变换红外 (FT-IR)、透射电子显微镜 (TEM)和x射线衍射 (XRD) 对生物合成的Ag-NPs进行了表征,证实成功形成了晶体状、球形的金属纳米粒子。

  银的使用可追溯到2000年前,尤其从19世纪开始,金属银就一直是一种倍受欢迎的材料。此后,银因其具有广泛的杀菌特性被作为一种具有广谱抗菌特性的材料进行深入的研究,其高效性、低毒性的特点使其作为消毒剂得到越来越多的关注。银纳米颗粒 (AgNPs) 在抑制多种革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的生长方面表现出积极的成果。经记录已存在多达650+种已知受银基化合物的抗菌活性影响的微生物。美国的FDA和EPA,日本的SIAA,韩国的FITI等许可机构已经批准开发包含AgNPs或与AgNPs相关的许多产品。

  AgNPs作为一种金属,具有微动力作用,其抗菌机理与其他金属特别是重金属的杀菌作用类似,这种作用会在低浓度的特定物质中发生。在应用中AgNPs可以维持其纳米级尺寸,促进快速分布并避免积累。AgNPs的大表面积是它们增强的微动力学作用的重要特征。由此AgNPs具有与细菌质膜的结合能力,强化了对细胞穿孔的适应性,诱导活性氧 (ROS) 和自由基的合成以及充当微生物的信号转导途径调制器。另外,AgNPs理化特性,例如大小,形态,氧化态和溶解状态以及表面的电荷和涂层,对其抗菌活性有很大影响。

  用于合成AgNPs的常规物理与化学方法非常昂贵和危险。然而,AgNPs的生物制备克服了这些限制。它简单、快速、无毒、可靠、绿色,并且可以在优化条件下产生明确定义的尺寸和形态。此外,生物合成还具有高产率、产物溶解度和稳定性高的特点。人们通常提到的生物或绿色合成利用了各种生物系统,例如细菌、真菌和植物提取物,以及小的生物分子 (例如维生素和氨基酸)。

  生产AgNPs的生物废料简单易得、安全、生态友好,具有成本效益,符合循环生物经济。用于生物合成AgNPs的生物废物的主要是林业、工业和农业废物。已得到广泛研究的生物废料包含了各个种类,例如森林生物质、造纸业废料、制糖业废料、废咖啡渣、果壳以及蔬菜和水果皮。现有文献主要集中在利用果皮合成AgNPs上,这可能是由于其易于获得,相对较低的成本以及这种废物类型的丰富性。它的主要优势在于消除了有毒化学物质,而合成具有极大的生态友好性和无污染性的AgNPs。生物废物是可持续的可再生能源,生物废物的管理和利用可以帮助减轻全球能源消耗需求。

  生物介导的AgNPs合成对于医疗应用和临床环境中使用的抗菌涂层来说比物理与化学方法合成更安全。AgNPs的生物介导合成不需要昂贵的设备、高压、高温或化学添加剂。产生均质表面和晶体结构的能力是当前AgNPs的生物合成领域面对的主要的挑战。每批原料中生物废物的成分不一致会导致产量波动以及基于AgNPs的最终产品标准化质量要求的问题。另外,松散附着或分离的纳米颗粒进入生物系统的潜在危害仍在验证中。AgNPs研究中的其他知识空白还包括:AgNPs的遗传毒性、致癌性和毒物动力学。

  尽管具有局限性,但其发展前景还是十分广阔。其中通过成分和化学修饰来获得理想的性能和功能的可能性已经成为一个极具潜力的研究领域。此外,在进一步商业化之前,通过AgNPs发展的适当废物管理战略,可以大幅度减少对环境的影响。未来的研究也将聚焦于成本效益的工艺和更具可持续性的材料。

  最后,尽管该领域的研究存在着局限和差距,但AgNPs的进步仍在不断向前推进,这点也证明了与AgNPs相关应用所具有的开阔前景。

  Antibiotics(IF: 3.893, ISSN 2079-6382)是一个国际型开放获取期刊。期刊主题涵盖关于抗生素问题的各个方面。Antibiotics采取单盲同行评审,根据我们2020年的平均记录,第一个决定是基于大约13.6天后,他们向作者提供了一份详尽的综述,内自接受到论文发表时间为1.9天(2020年下半年在该期刊上发表的论文的中位数)。

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