本研究通过多壁碳纳米管的酸性氧化反应，随后还原沉积银纳米颗粒，合成了抗菌纳米材料。使用所制备的纳米材料进行了抗菌活性和细胞毒性测试。
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方法文章
银纳米颗粒修饰的多壁碳纳米管的合成及其抗菌活性与细胞毒性评估
* These authors contributed equally
本文内容
摘要
摘要
在本研究中，多壁碳纳米管（MWCNTs）经硫酸水溶液处理，形成含氧官能团。通过在氧化后的MWCNTs上将AgNO3水溶液中的银离子进行还原沉积，制备了载银MWCNTs。由于碳纳米管具有独特的颜色，无法将其直接用于最小抑菌浓度或线粒体毒性检测来评估其毒性和抗菌性能，因其颜色会干扰检测结果。因此，通过测定Ag-MWCNTs的抑菌圈和最小杀菌浓度，并采用活/死细胞染色法和台盼蓝染色法，在不受碳纳米管颜色干扰的情况下评估其毒性和抗菌特性。
引言
本研究的最终目标是开发出环境友好的抗菌纳米材料，以抑制形成生物膜的细菌的生长。这些抗菌纳米材料有望克服常用化学物质或抗生素类化合物所存在的毒性和抗生素耐药性问题。生物膜是一种含水的胞外聚合物基质（EPS），由多糖、蛋白质、核酸和脂质组成1,2。生物膜可阻止外来物质侵入，并促进细菌旺盛生长3,4。生物膜会导致异味以及慢性感染性疾病5,6。Methylobacterium spp. 例如，可在长期有水存在或难以持续彻底灭菌的场所（如空调热交换器、淋浴间和医疗器械）附着生长。此类生物膜会引起异味和慢性感染性疾病5,6。
通常使用化学物质或抗生素类化合物来抑制形成生物膜的细菌的生长。由于耐药细菌的出现以及对化学物质在活体（in vivo）中安全性的担忧，亟需开发新型材料以防止生物膜的形成并抑制细菌生长。
本研究合成了无抗生素耐药性....
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方案
1. MWCNT 氧化
- 称取 30 - 50 mg 多壁碳纳米管（MWCNT）至 50 mL 样品瓶中。使用 1 mL 移液枪头，缓慢加入 8 mL 浓度为 90%（初始浓度）、体积比为 3:1 的 H2SO4:HNO3 溶液。
注意：该操作必须在通风橱中进行。- 静置 30 分钟，使放热反应完全结束。
- 将溶液在 60 - 80 °C、160 W 条件下超声处理 1 小时，直至多壁碳纳米管沉降至瓶底。
注意：超声仪中的水位应低于样品瓶顶部，以防止水进入瓶内。 - 将溶液转移至离心管中。
- 使用微量移液器，逐滴加入 30 mL 去离子水至 MWCNT-COOH 溶液中。
注意：加入去离子水时会发生强烈放热反应。应缓慢加入，并留出足够冷却时间。
- 使用微量移液器，逐滴加入 30 mL 去离子水至 MWCNT-COOH 溶液中。
- 将 MWCNT-COOH 溶液在 12,000 × g、室温条件下离心 15 分钟。
注意：操作离心机时，应确保离心机保持平衡，需在样品管对称位置放置重量相同的对照管。 - 用移液器和 1 mL 移液枪头吸除上清液。加入 5 mL 乙醇，并用额外乙醇冲洗瓶壁。再次在 12,000 × g、室温条件下离心 15 分钟。
- 用 pH 试纸测定上清液的 pH 值。....
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结果
透射电子显微镜（TEM）图像证实了Ag-MWCNTs的形成（图1A 和1B）。通过表面电荷的变化确认了其成功合成。计算了沉积在MWCNTs上的Ag颗粒的尺寸（图1C）。平均粒径约为3.83 nm。所合成的Ag-MWCNTs的XRD图谱如图所示 图1D20 处的峰 30° 对应于MWCNT；其余峰对应于Ag。抗菌活性数据如图所示 图2细菌菌落群体通过以下方法确认： 甲基杆菌属 对照（图 2A）；添加甲醇使群体减少了103 次（图2B），加入MWCNT-COOH使群体数量减少了108 次（
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讨论
本文报道了一种在多壁碳纳米管（MWCNTs）上沉积银纳米颗粒的简单制备方法。这种含银纳米材料表现出显著的抗菌活性，且在体内对银纳米颗粒的非受控吸收潜力极低。我们证明，30 µg/mL 的合成 Ag-MWCNTs 对 Methylobacterium spp. 具有有效的抗菌作用，同时对哺乳动物肝细胞的细胞毒性可忽略不计。尽管在商业化推广之前仍需对 Ag-MWCNTs 进行进一步优化和生物安全性评估，但使用乙醇作为还原剂有助于生产环境友好且成本低廉的 Ag-MWCNTs。
以下几点得到了证实：利用所开发的纳米材料可以杀灭多种类型的细菌。可以在纳米管表面设计多个位点，用于沉积银纳米颗粒。通过控制沉积在表面的银纳米颗粒的尺寸和数量，还可以定制其抗菌性能。所开发的纳米材料对细菌细胞具有毒性，但在适当浓度下对人类和动物细胞无毒。
现提出以下抗菌作用机制：Ag-MWCNT 纳米结构直接接触细菌细胞表面，破坏细胞壁，并引发活性氧物种的次级氧化反应，这些过程共同导致氧化应激。已证实 Ag-MWCNT 纳米结构可释放银离子，抑.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本研究由中央大学研究基金（2016年）以及韩国国家研究基金会（NRF）通过科学技术信息通信部资助的纳米材料技术开发项目（编号：2017M3A7B8061942）支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.1 N 硝酸银 | SIGMA-ALDRICH | 1090811000 | |
| 碳纳米管，多壁 | 东京化成工业株式会社 | 308068-56-6 | |
| R2A 琼脂 | MBcell | MB-R1129 | |
| R2A 肉汤 | MBcell | MB-R2230 | |
| Methylobacterium spp. | 韩国典型培养物保藏中心 | 12618 | 来自韩国大田市韩国典型培养物保藏中心（Korea Collection for Type Cultures）12618，大田，韩国 |
| LIVE/DEAD 细胞成像试剂盒 | 赛默飞世尔科技 | R37601 | |
| AML12 | 来自韩国忠南大学，大田，韩国 | ||
| 人外周血单个核细胞（PBMC） | 美国典型培养物保藏中心 | PCS-800-011 | |
| 透射电子显微镜（TEM） | 日本电子株式会社 | JEM-2100F | |
| X射线衍射仪（XRD） | 理学株式会社 | D/MAX 2500 | Cu K 射线源（40kV，100 mA） |
| JuLI Br | 纳米恩泰克公司 | JULI-BRSC |
参考文献
- Löndahl, J. Physical and Biological Properties of Bioaerosols. Bioaerosol Detection Technologies. , Springer. 33-48 (2014).
- Jennings, S., Moran, A., Carroll, C. Bioaerosols and biofilms. Biofilms in medicine, industry and environmental biotechnology. , IWA, London. 160-178 (2003).
- Flemming, H. -C., Wingender, J.
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重印与许可
