纳米银复合材料与抗生素的联合抗菌性能及相关机制研究
发布时间：2021-02-07 02:27
抗生素的滥用导致细菌耐药问题日益严重,人类迫切需要开发出新的抗菌药物以减少细菌耐药问题。基于纳米银制备而成的纳米银复合材料在兼顾纳米银抗菌性能的同时不仅能够克服单一纳米银释放速度快、不稳定等缺点,还能缓解细菌耐药的问题,因此被认为是一类具有广泛应用前景的新型抗菌剂。已有研究表明,单一纳米银与某些抗生素的联合使用可以达到协同抗菌效果,但目前尚缺乏对纳米银复合材料与抗生素的联合抗菌性能及机制的研究。本文首先制备出3种不同结构的纳米银复合材料,包括二氧化硅-聚多巴胺-纳米银复合材料（SiO2-PD-AgNPs）、纳米银@二氧化硅复合材料（AgNPs@SiO2）和纳米银@二氧化硅-聚多巴胺-纳米银复合材料（AgNPs@SiO2-PD-AgNPs）。随后测定了纳米银复合材料对大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）和枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis, B. subtilis）的单一毒性效应。结果显示,AgNPs@SiO2-PD-AgNPs复合材料对2种菌的单一毒性均大于其...
【文章来源】：生态毒理学报. 2020,15(02)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
3种纳米银复合材料的紫外可见吸收光谱（a）与结构（b）：--；--；。
本研究中纳米银复合材料的抗菌性能主要由纳米银的负载率决定。对于Ag NPs@Si O2来说，该材料是将纳米银的还原反应和正硅酸乙酯的水解反应同时进行，使纳米银能够更多地被包裹于Si O2微孔中，其对纳米银的吸附率较高。而Si O2表面的聚多巴胺虽具有一定的黏附性，但其负载的纳米银粒子可能相对较少，导致Si O2-PD-Ag NPs毒性较Ag NPs@Si O2小。AgNPs@Si O2-PD-AgNPs是在Ag NPs@Si O2的基础上，对材料表面进行进一步修饰，从而进一步提高了纳米银的负载率，因此Ag NPs@Si O2-PD-AgNPs的毒性最大。从受试菌来看，3种材料对E.coli的毒性均大于对B.subtilis的毒性，即E.coli对纳米银复合材料的敏感度要远远高于B.subtilis。笔者推测这可能与2种菌的细胞壁结构有关：E.coli是革兰氏阴性菌，细胞壁结构较为单薄，含极少肽聚糖，纳米银和Ag+容易渗透到细胞质中；对于B subtilis来说，细胞壁坚固致密的肽聚糖层会阻碍纳米银和Ag+的渗透，抑菌效应减弱[34]。2.3联合毒性
对于AgNPs@Si O2-PD-Ag NPs和OH的联合毒性效应，有研究指出，纳米银与四环素在水溶液中共存时会发生交互反应，改变纳米银与四环素的理化性质，导致Ag+的浓度升高，四环素的浓度降低[43]。Wan等[44]在评价纳米银与抗生素联合抑制大肠杆菌实验中也发现，纳米银与四环素联用不具有协同抑菌效果。因此，笔者推测纳米银复合材料和OH的联合作用机制如图3(d)所示。Ag NPs@Si O2-PD-AgNPs首先释放出纳米银(图2(d))，之后OH通过羟基和酰胺基(图3(c))与纳米银结合成为OH-纳米银复合物。但是OH与纳米银会发生交互反应，改变了OH与纳米银的理化性质，导致Ag+浓度增加，OH浓度降低。一方面，OH-纳米银复合物会释放更多的Ag+，与单独的纳米银相比会对细菌产生更大的毒性作用；另一方面，OH浓度的降低减少了其与细菌核糖体的结合，降低了对蛋白质合成过程的影响，和相同条件下单独的OH作用相比对细菌的毒性效应减弱了，总体表现出对细菌的联合抗菌效应为相加。，综上，本文制备出3种纳米银复合材料并对其抗菌性能进行探究，研究结果总结如下。(1)3种纳米银复合材料对细菌的单一毒性大小顺序一致，均为AgNPs@Si O2-PD-AgNPs>Ag NPs@Si O2>Si O2-PD-AgNPs。此外，E.coli对纳米银复合材料的敏感度要高于B.subtilis。(2)AgNPs@Si O2-PD-AgNPs与KS在毒性比为1∶1、1∶5和5∶1时对E.coli的联合毒性效应为协同，对B.subtilis的联合毒性效应为相加，而AgNPs@Si O2-PD-AgNPs与OH对2种菌的联合毒性效应均为相加。(3)Ag NPs@Si O2-PD-AgNPs与KS协同效应产生的主要原因可能是因为二者结合而成的KS-纳米银复合物导致进入细菌体内的Ag+和KS相较于单独的抗菌剂作用时均有增加，对细菌产生更大的毒性作用，表现出协同抗菌效应。因此，可以推测AgNPs@Si O2-PD-Ag NPs和KS联用会对革兰氏阴性菌发挥优异的协同抗菌性能。所以，建议在今后的实际运用中，可以将夹心层结构的纳米银复合材料和包含有羟基和酰胺基等活性基团并且不会与纳米银发生交互反应的抗生素联合作用于革兰氏阴性菌；此外，在此基础上有必要进一步探究对革兰氏阳性菌也能产生良好协同抗菌效应的纳米银复合材料与抗生素的组合，为开发新型抗菌材料提供新思路并为联合用药提供参考。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氨基糖苷类抗生素的发展现状与机遇[J]. 戴俊,凌静,郭文. 中国抗生素杂志. 2019(11)
[2]氧化石墨烯-纳米银复合材料的应用研究进展[J]. 王林变,赵英虎,高莉,孙友谊,杨柳. 化工新型材料. 2019(03)
[3]多孔二氧化硅微球在药物控释载体中的应用(连载二)[J]. 任小宁,罗志强,李昱,万影,杨祥良. 医药导报. 2018(07)
[4]纳米银敷料结合抗生素用于慢性伤口感染干预效果的研究[J]. 郭春兰,席祖洋,戴德兰. 中国医药导报. 2017(28)
[5]纳米银抗菌机理及应用研究进展[J]. 刘鑫,任艳,周子军,吴跃进,张从合,宋远辉. 安徽农业大学学报. 2017(04)
[6]碳纳米管增强纳米银复合材料应用进展[J]. 杨标,章家立,郭赞如,陈爱喜,关婷婷,叶小爱. 工程塑料应用. 2016(09)
[7]纳米银/聚合物复合材料的合成及其抑菌性研究进展[J]. 姚雪,张亚会,吕菊波,徐慧,王磊. 化学通报. 2016(06)
[8]典型PPCPs与纳米银颗粒在水溶液中理化性质的交互影响研究[J]. 孟迪,薛罡,陈红. 广东化工. 2016(07)
[9]喹诺酮类与磺胺类药物对枯草芽孢杆菌与大肠杆菌的联合毒性及其机制初探[J]. 苏冰梅,王婷,方淑霞,龙茜,林志芬,林娟. 环境化学. 2015(11)
[10]纳米银的抗菌机制研究[J]. 王洁,孟翔峰. 现代口腔医学杂志. 2013(05)
本文编号：3021489
【文章来源】：生态毒理学报. 2020,15(02)北大核心
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
3种纳米银复合材料的紫外可见吸收光谱（a）与结构（b）：--；--；。
本研究中纳米银复合材料的抗菌性能主要由纳米银的负载率决定。对于Ag NPs@Si O2来说，该材料是将纳米银的还原反应和正硅酸乙酯的水解反应同时进行，使纳米银能够更多地被包裹于Si O2微孔中，其对纳米银的吸附率较高。而Si O2表面的聚多巴胺虽具有一定的黏附性，但其负载的纳米银粒子可能相对较少，导致Si O2-PD-Ag NPs毒性较Ag NPs@Si O2小。AgNPs@Si O2-PD-AgNPs是在Ag NPs@Si O2的基础上，对材料表面进行进一步修饰，从而进一步提高了纳米银的负载率，因此Ag NPs@Si O2-PD-AgNPs的毒性最大。从受试菌来看，3种材料对E.coli的毒性均大于对B.subtilis的毒性，即E.coli对纳米银复合材料的敏感度要远远高于B.subtilis。笔者推测这可能与2种菌的细胞壁结构有关：E.coli是革兰氏阴性菌，细胞壁结构较为单薄，含极少肽聚糖，纳米银和Ag+容易渗透到细胞质中；对于B subtilis来说，细胞壁坚固致密的肽聚糖层会阻碍纳米银和Ag+的渗透，抑菌效应减弱[34]。2.3联合毒性
对于AgNPs@Si O2-PD-Ag NPs和OH的联合毒性效应，有研究指出，纳米银与四环素在水溶液中共存时会发生交互反应，改变纳米银与四环素的理化性质，导致Ag+的浓度升高，四环素的浓度降低[43]。Wan等[44]在评价纳米银与抗生素联合抑制大肠杆菌实验中也发现，纳米银与四环素联用不具有协同抑菌效果。因此，笔者推测纳米银复合材料和OH的联合作用机制如图3(d)所示。Ag NPs@Si O2-PD-AgNPs首先释放出纳米银(图2(d))，之后OH通过羟基和酰胺基(图3(c))与纳米银结合成为OH-纳米银复合物。但是OH与纳米银会发生交互反应，改变了OH与纳米银的理化性质，导致Ag+浓度增加，OH浓度降低。一方面，OH-纳米银复合物会释放更多的Ag+，与单独的纳米银相比会对细菌产生更大的毒性作用；另一方面，OH浓度的降低减少了其与细菌核糖体的结合，降低了对蛋白质合成过程的影响，和相同条件下单独的OH作用相比对细菌的毒性效应减弱了，总体表现出对细菌的联合抗菌效应为相加。，综上，本文制备出3种纳米银复合材料并对其抗菌性能进行探究，研究结果总结如下。(1)3种纳米银复合材料对细菌的单一毒性大小顺序一致，均为AgNPs@Si O2-PD-AgNPs>Ag NPs@Si O2>Si O2-PD-AgNPs。此外，E.coli对纳米银复合材料的敏感度要高于B.subtilis。(2)AgNPs@Si O2-PD-AgNPs与KS在毒性比为1∶1、1∶5和5∶1时对E.coli的联合毒性效应为协同，对B.subtilis的联合毒性效应为相加，而AgNPs@Si O2-PD-AgNPs与OH对2种菌的联合毒性效应均为相加。(3)Ag NPs@Si O2-PD-AgNPs与KS协同效应产生的主要原因可能是因为二者结合而成的KS-纳米银复合物导致进入细菌体内的Ag+和KS相较于单独的抗菌剂作用时均有增加，对细菌产生更大的毒性作用，表现出协同抗菌效应。因此，可以推测AgNPs@Si O2-PD-Ag NPs和KS联用会对革兰氏阴性菌发挥优异的协同抗菌性能。所以，建议在今后的实际运用中，可以将夹心层结构的纳米银复合材料和包含有羟基和酰胺基等活性基团并且不会与纳米银发生交互反应的抗生素联合作用于革兰氏阴性菌；此外，在此基础上有必要进一步探究对革兰氏阳性菌也能产生良好协同抗菌效应的纳米银复合材料与抗生素的组合，为开发新型抗菌材料提供新思路并为联合用药提供参考。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氨基糖苷类抗生素的发展现状与机遇[J]. 戴俊,凌静,郭文. 中国抗生素杂志. 2019(11)
[2]氧化石墨烯-纳米银复合材料的应用研究进展[J]. 王林变,赵英虎,高莉,孙友谊,杨柳. 化工新型材料. 2019(03)
[3]多孔二氧化硅微球在药物控释载体中的应用(连载二)[J]. 任小宁,罗志强,李昱,万影,杨祥良. 医药导报. 2018(07)
[4]纳米银敷料结合抗生素用于慢性伤口感染干预效果的研究[J]. 郭春兰,席祖洋,戴德兰. 中国医药导报. 2017(28)
[5]纳米银抗菌机理及应用研究进展[J]. 刘鑫,任艳,周子军,吴跃进,张从合,宋远辉. 安徽农业大学学报. 2017(04)
[6]碳纳米管增强纳米银复合材料应用进展[J]. 杨标,章家立,郭赞如,陈爱喜,关婷婷,叶小爱. 工程塑料应用. 2016(09)
[7]纳米银/聚合物复合材料的合成及其抑菌性研究进展[J]. 姚雪,张亚会,吕菊波,徐慧,王磊. 化学通报. 2016(06)
[8]典型PPCPs与纳米银颗粒在水溶液中理化性质的交互影响研究[J]. 孟迪,薛罡,陈红. 广东化工. 2016(07)
[9]喹诺酮类与磺胺类药物对枯草芽孢杆菌与大肠杆菌的联合毒性及其机制初探[J]. 苏冰梅,王婷,方淑霞,龙茜,林志芬,林娟. 环境化学. 2015(11)
[10]纳米银的抗菌机制研究[J]. 王洁,孟翔峰. 现代口腔医学杂志. 2013(05)
本文编号：3021489
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