Name: Wytwarzanie antybakteryjnych nanokompozytów tlenek grafenu i miedź (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-10-04T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 57 s
Description: Poznaj metodę syntezy nanokompozytów tlenek grafenu/miedź o właściwościach przeciwbakteryjnych. Technika ta jest niskokosztowa, skalowalna i skuteczna przeciwko bakteriom opornym na antybiotyki.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Te badania były wspierane przez grant badawczy Uniwersytetu Chung-Ang w 2022 roku (podczas urlopu naukowego profesora Jonghoon Choi). Badania te były również wspierane przez Program Badań Podstawowych za pośrednictwem Narodowej Fundacji Badawczej Korei (NRF), finansowany przez Ministerstwo Edukacji (No. RS-2023-00275006) oraz grant Koreańskiego Instytutu Przemysłu i Technologii Środowiska (KEITI) finansowany przez Ministerstwo Środowiska Korei (MOE) (nr 2022002980003). Kliniczne MRSA i P. aeruginosa uzyskano ze Szpitala Uniwersyteckiego Chung-Ang.

1. Przygotowanie nanokompozytów GO/Cu
UWAGA: Rozmiar i morfologia nanocząstek Cu, które wzrostą na nanoarkuszach GO, są określone przez stopień utlenienia GO, stężenie prekursora Cu oraz stężenie reduktora26.
<ol>
	<li>Przygotować 10 mL zawiesiny GO o stężeniu 1 mg/mL w szklanej butelce. Poddać zawiesinę GO działaniu ultradźwięków przez 1 h, aż GO zostanie dobrze rozproszone w wodzie destylowanej (DI).</li>
	<li>Przygotować 20 mM roztwór CuCl2 w szklanej fiolce. Poddać roztwór CuCl2 działaniu ultradźwięków, aż CuCl2 zostanie dobrze rozproszony w wodzie DI.</li>
	<li>Dodać 10 mL 20 mM roztworu CuCl2 do roztworu GO i poddać mieszaninę działaniu ultradźwięków w temperaturze 70 °C przez 1 h.</li>
	<li>Przygotować 20 mM roztwór NaBH4. 
	OSTROGNIENIE: Procedurę tę należy przeprowadzić w dygestorium chemicznym. Po wprowadzeniu reduktora NaBH4 do wody następuje reakcja redoks. Roztwór NaBH4 należy przygotować bezpośrednio przed eksperymentem.</li>
	<li>Przygotowanie mieszaniny NaBH4, GO i CuCl2
	<ol>
		<li>Dodać 20 mL 20 mM roztworu NaBH4 do mieszaniny GO i CuCl2, mieszając za pomocą mieszadła magnetycznego z prędkością 200 rpm. Po dodaniu roztworu NaBH4 mieszać nieprzerwanie przez 30 min. 
		OSTROGNIENIE: Procedurę tę należy przeprowadzić w dygestorium chemicznym.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wirowanie mieszaniny
	<ol>
		<li>Przenieść mieszaninę z kroku 1.5.1 do probówki do wirowania. Wirować roztwór przy 23 000 × g przez 10 min w temperaturze pokojowej. Odlać supernatant. 
		OSTROGNIENIE: Podczas obsługi wirówki zawsze należy zachować równowagę, umieszczając probówki o tej samej masie.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Resuspendować mieszaninę nanokompozytu GO/Cu w 10 mL wody DI i poddać działaniu ultradźwięków, aby umożliwić równomierne rozproszenie osadu w całym roztworze.</li>
	<li>Wirować roztwór przy 23 000 × g przez 10 min w temperaturze pokojowej, a następnie usunąć supernatant.</li>
	<li>Powtórzyć kroki 1.7-1.8 jeszcze raz, aby usunąć niezereagowane substancje chemiczne.</li>
	<li>Dodać 1 mL wody destylowanej do nanokompozytów GO/Cu i poddać mieszaninę działaniu ultradźwięków, aby równomiernie rozproszyć osad w fazie ciekłej. 
	UWAGA: Wszystkie roztwory nanokompozytu GO/Cu należy zebrać w jednej probówce stożkowej.</li>
	<li>Liofilizować roztwór w temperaturze −60 °C pod próżnią przez noc, aż nanokompozyty GO/Cu zostaną całkowicie wysuszone, i uzyskać proszek nanokompozytu GO/Cu.</li>
	<li>Przechowywać proszek nanokompozytu GO/Cu w temperaturze −20 °C do czasu użycia.</li>
</ol>
2. Przygotowanie bakterii do testu przeciwbakteryjnego
OSTROŻNIE: Procedurę tę należy przeprowadzać w komorze bezpieczeństwa biologicznego z użyciem lampy alkoholowej. Odpady bakteryjne muszą zostać poddane autoklawowaniu przed utylizacją. Podczas pracy z bakteriami opornymi na antybiotyki należy stosować rękawiczki, fartuchy i maski, a po zakończeniu eksperymentu należy umyć ręce mydłem lub użyć środka do dezynfekcji rąk. Zawsze należy przeprowadzać dokładną dezynfekcję; w przypadku skażenia obszaru eksperymentalnego należy go niezwłocznie zdezynfekować 70% etanolem.
<ol>
	<li>Przygotowanie pożywek dla kultur bakteryjnych
	<ol>
		<li>W kolbie wymieszać 20 g agaru sojowo-tryptonowego i 500 mL wody destylowanej. Mieszaninę wysterylizować w autoklawie w temperaturze 121 °C przez 15 min.</li>
		<li>Przygotować płytkę agarową, wlewając 15 mL roztworu agaru do szalki Petriego, zanim agar stężeje. Płytkę agarową przechowywać w temperaturze 4 °C do momentu użycia. 
		UWAGA: Czynność tę należy wykonać szybko, zanim roztwór agaru stężeje. Aby zapobiec kontaminacji, podczas stężenia wysterylizować płytkę agarową światłem UV przez 15 min.</li>
		<li>W kolbie wymieszać 15 g bulionu sojowo-tryptonowego (TSB) i 500 mL wody destylowanej. Mieszaninę wysterylizować w autoklawie w temperaturze 121 °C przez 15 min.</li>
		<li>Rozdzielić bulion do probówek stożkowych o pojemności 50 mL, wlewając do każdej 40-50 mL roztworu. Bulion przechowywać w temperaturze 4 °C do momentu użycia. 
		UWAGA: Aby zapobiec kontaminacji, wysterylizować rozdzielone porcje bulionu światłem UV przez 15 min.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Kultura bakteryjna
	<ol>
		<li>Za pomocą pętli zaszczepić roztwór stokowy MSRA lub P. aeruginosa na płytce agarowej. Płytkę inkubować w temperaturze 37 °C w inkubatorze wytrząsającym przez 24 h.</li>
		<li>Za pomocą pętli przenieść jedną kolonię bakterii do 10 mL bulionu. Bulion inkubować w temperaturze 37 °C w inkubatorze wytrząsającym przy 200 rpm przez 24 h.</li>
		<li>Powtórzyć kroki 2.2.1-2.2.2 jeszcze raz, aby uzyskać bakterie o tych samych charakterystykach.</li>
		<li>Po 24 h przeprowadzić dziesięciokrotne rozcieńczenia seryjne roztworu bakteryjnego przy użyciu sterylnej wody destylowanej. 100 µL rozcieńczonej zawiesiny bakteryjnej nanieść na płytkę agarową i rozprowadzić za pomocą rozprowadzacza. Płytkę inkubować w temperaturze 37 °C w inkubatorze wytrząsającym przez 24 h. 
		UWAGA: Stopień rozcieńczenia zależy od rodzaju bakterii. Należy dążyć do uzyskania mniej niż 100 kolonii na płytce agarowej.</li>
		<li>Po 24 h inkubacji policzyć kolonie bakteryjne, aby wyznaczyć liczbę jednostek tworzących kolonie (CFU), korzystając z równania (1). 
		<img alt="Wzór obliczania CFU bakterii, przedstawiający czynnik rozcieńczenia i liczenie kolonii w analizie mikrobiologicznej." src="/files/ftp_upload/66762/66762eq01.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 1"> (1)</li>
		<li>Powtórzyć kroki 2.2.4-2.2.5 co najmniej 3 razy, aby potwierdzić, czy CFU bakterii pozostaje względnie stałe.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Test przeciwbakteryjny z wykorzystaniem metody mikrorozcieńczeń w pożywce płynnej
<ol>
	<li>Dzień 1) Za pomocą pętli szczepionkowej przenieś jedną kolonię bakterii z płytki agarowej do 10 mL pożywki płynnej. Inkubuj pożywkę w temperaturze 37 °C w inkubatorze wytrząsowym przy 200 rpm przez 24 h.</li>
	<li>Dzień 2) Przygotuj mieszaninę nanokompozytu GO/Cu w co najmniej trzech stężeniach, wykorzystując fosforowy bufor soli DPBS (Dulbecco's phosphate-buffered saline). Poddaj zawiesinę nanokompozytu GO/Cu sonikacji, aż nanokompozyty GO/Cu zostaną dobrze rozproszone w DPBS. 
	UWAGA: W niniejszym protokole testowano stężenia mieszaniny nanokompozytu GO/Cu wynoszące 500, 250, 125 i 62,5 µg/mL.</li>
	<li>Przygotuj roztwory kontrolne. Kontrolą negatywną jest DPBS, a kontrolą pozytywną 1% roztwór penicyliny/streptomycyny w DPBS, który wyeliminuje bakterie.</li>
	<li>Dodaj 100 µL zawiesiny nanokompozytu GO/Cu oraz roztwory kontrolne do płytek 96-dołkowych. Wszystkie próbki nanieś w trzech powtórzeniach. 
	UWAGA: Przed naniesieniem na bakterie wysterylizuj próbki promieniowaniem UV przez 15 min.</li>
	<li>Na podstawie liczby CFU po 24 h inkubacji rozcieńcz zawiesinę bakteryjną za pomocą pożywki TSB do stężenia 1 × 106 CFU/mL. 
	UWAGA: Początkowe stężenia zawiesiny kultur MRSA i P. aeruginosa w naszym badaniu, zgodnie z krokiem 2.2.5, wynosiły odpowiednio 4,5 × 109 CFU/mL oraz 3 × 109 CFU/mL. Stężenia bakterii 1 × 106 CFU/mL uzyskano poprzez odpowiednio 4500-krotne i 3000-krotne rozcieńczenie kultur.</li>
	<li>Zaszczep 100 µL rozcieńczonej zawiesiny bakteryjnej o stężeniu 1 × 106 CFU/mL do dołków z próbkami na płytkach 96-dołkowych. Inkubuj płytki 96-dołkowe w temperaturze 37 °C w inkubatorze wytrząsowym przy 200 rpm przez 24 h. 
	UWAGA: Końcowe stężenie bakterii po zmieszaniu ze 100 µL próbki wynosi 5 × 105 CFU/mL.</li>
	<li>Dzień 3) Energicznie wymieszaj próbki i zawiesiny bakteryjne za pomocą końcówki mikropipety 200 µL. Wykonaj dziesięciokrotne rozcieńczenia seryjne mieszaniny próbki i bakterii w sterylnej wodzie destylowanej. 
	UWAGA: Stopień rozcieńczenia zależy od rodzaju bakterii. Należy dążyć do uzyskania mniej niż 100 kolonii na płytce agarowej.</li>
	<li>Nanieś 100 µL rozcieńczonej zawiesiny bakteryjnej na płytkę agarową i rozprowadź ją za pomocą rozwieracza. Inkubuj płytkę agarową w temperaturze 37 °C w inkubatorze wytrząsowym przez 24 h.</li>
	<li>Dzień 4) Policz kolonie bakteryjne i wyznacz wartości CFU, aby potwierdzić działanie przeciwbakteryjne nanokompozytów GO/Cu, korzystając z równania (2). 
	<img alt="Procent żywych bakterii, wzór na stosunek CFU, równanie matematyczne dla analizy mikrobiologicznej." src="/files/ftp_upload/66762/66762eq02.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 2"> (2)</li>
</ol>

Antibacterial Graphene Oxide/Copper Nanocomposites for Resistant Bacteria

<ol><li>Doron, S., Gorbach, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bacterial+infections%3A+Overview%5BTitle%5D)+AND+%22International+Encyclopedia+of+Public+Health%22%5BJournal%5D)">Bacterial infections: Overview.</a> International Encyclopedia of Public Health. , 273-282 (2008).</li>
<li>Van Duin, D., Paterson, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multidrug-resistant+bacteria+in+the+community%3A+An+update%5BTitle%5D)+AND+%22Infect+Dis+Clin+North+Am%22%5BJournal%5D)">Multidrug-resistant bacteria in the community: An update.</a> Infect Dis Clin North Am. 34 (4), 709-722 (2020).</li>
<li>Blair, J. M. A., Webber, M. A., Baylay, A. J., Ogbolu, D. O., Piddock, L. J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+mechanisms+of+antibiotic+resistance%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Molecular mechanisms of antibiotic resistance.</a> Nat Rev Microbiol. 13 (1), 42-51 (2015).</li>
<li>Sánchez-López, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-based+nanoparticles+as+antimicrobial+agents%3A+An+overview%5BTitle%5D)+AND+%22Nanomaterials+%28Basel%29%22%5BJournal%5D)">Metal-based nanoparticles as antimicrobial agents: An overview.</a> Nanomaterials (Basel). 10 (2), 292(2020).</li>
<li>Makabenta, J. M. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanomaterial-based+therapeutics+for+antibiotic-resistant+bacterial+infections%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Nanomaterial-based therapeutics for antibiotic-resistant bacterial infections.</a> Nat Rev Microbiol. 19 (1), 23-36 (2021).</li>
<li>Liang, X., Govindaraju, S., Yun, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dual+applicability+of+polyaniline+coated+gold+nanorods%3A+A+study+of+antibacterial+and+redox+activity%5BTitle%5D)+AND+%22BioChip+J%22%5BJournal%5D)">Dual applicability of polyaniline coated gold nanorods: A study of antibacterial and redox activity.</a> BioChip J. 12 (2), 137-145 (2018).</li>
<li>Niño-Martínez, N., Salas Orozco, M. F., Martínez-Castañón, G. A., Torres Méndez, F., Ruiz, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+mechanisms+of+bacterial+resistance+to+metal+and+metal+oxide+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Mol+Sci%22%5BJournal%5D)">Molecular mechanisms of bacterial resistance to metal and metal oxide nanoparticles.</a> Int J Mol Sci. 20 (11), 2808(2019).</li>
<li>Kim, J., Choi, Y., Park, J., Choi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gelatin-gallic+acid+microcomplexes+release+go%2Fcu+nanomaterials+to+eradicate+antibiotic-resistant+microbes+and+their+biofilm%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Infect+Dis%22%5BJournal%5D)">Gelatin-gallic acid microcomplexes release go/cu nanomaterials to eradicate antibiotic-resistant microbes and their biofilm.</a> ACS Infect Dis. 9 (2), 296-307 (2023).</li>
<li>Jang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+antibiofilm+nanocomposites%3A+Ag%2Fcu+bimetallic+nanoparticles+synthesized+on+the+surface+of+graphene+oxide+nanosheets%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mater+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Development of antibiofilm nanocomposites: Ag/cu bimetallic nanoparticles synthesized on the surface of graphene oxide nanosheets.</a> ACS Appl Mater Interfaces. 12 (32), 35826-35834 (2020).</li>
<li>Jang, J., Choi, Y., Tanaka, M., Choi, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+silver%2Fgraphene+oxide+nanocomposites+for+antibacterial+and+antibiofilm+applications%5BTitle%5D)+AND+%22J+Ind+Eng+Chem%22%5BJournal%5D)">Development of silver/graphene oxide nanocomposites for antibacterial and antibiofilm applications.</a> J Ind Eng Chem. 83, 46-52 (2020).</li>
<li>Bankier, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synergistic+antibacterial+effects+of+metallic+nanoparticle+combinations%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Synergistic antibacterial effects of metallic nanoparticle combinations.</a> Sci Rep. 9 (1), 16074(2019).</li>
<li>Mendes, C. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Antibacterial+action+and+target+mechanisms+of+zinc+oxide+nanoparticles+against+bacterial+pathogens%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Antibacterial action and target mechanisms of zinc oxide nanoparticles against bacterial pathogens.</a> Sci Rep. 12 (1), 2658(2022).</li>
<li>Yoon, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biologically+benign+multi-functional+mesoporous+silica+encapsulated+gold%2Fsilver+nanorods+for+anti-bacterial+applications+by+on-demand+release+of+silver+ions%5BTitle%5D)+AND+%22BioChip+J%22%5BJournal%5D)">Biologically benign multi-functional mesoporous silica encapsulated gold/silver nanorods for anti-bacterial applications by on-demand release of silver ions.</a> BioChip J. 13 (4), 362-369 (2019).</li>
<li>Slavin, Y. N., Asnis, J., Häfeli, U. O., Bach, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal+nanoparticles%3A+Understanding+the+mechanisms+behind+antibacterial+activity%5BTitle%5D)+AND+%22J+Nanobiotechnology%22%5BJournal%5D)">Metal nanoparticles: Understanding the mechanisms behind antibacterial activity.</a> J Nanobiotechnology. 15 (1), 65(2017).</li>
<li>Ismail, N. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sonochemical+synthesis+of+a+copper+reduced+graphene+oxide+nanocomposite+using+honey+and+evaluation+of+its+antibacterial+and+cytotoxic+activities%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Mol+Biosci%22%5BJournal%5D)">Sonochemical synthesis of a copper reduced graphene oxide nanocomposite using honey and evaluation of its antibacterial and cytotoxic activities.</a> Front Mol Biosci. 9, 995853(2022).</li>
<li>Tu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remarkable+antibacterial+activity+of+reduced+graphene+oxide+functionalized+by+copper+ions%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Funct+Mater%22%5BJournal%5D)">Remarkable antibacterial activity of reduced graphene oxide functionalized by copper ions.</a> Adv Funct Mater. 31 (13), 2008018(2021).</li>
<li>Li, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+a+molecular+understanding+of+the+antibacterial+mechanism+of+copper-bearing+titanium+alloys+against+staphylococcus+aureus%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Healthc+Mater%22%5BJournal%5D)">Toward a molecular understanding of the antibacterial mechanism of copper-bearing titanium alloys against staphylococcus aureus.</a> Adv Healthc Mater. 5 (5), 557-566 (2016).</li>
<li>Yang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+antibacterial+stable+reduced+graphene+oxide+nanocomposites+loaded+with+cuprous+oxide+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22J+Colloid+Interface+Sci%22%5BJournal%5D)">Long-term antibacterial stable reduced graphene oxide nanocomposites loaded with cuprous oxide nanoparticles.</a> J Colloid Interface Sci. 533, 13-23 (2019).</li>
<li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+oxide%2Fcopper+nanoderivatives-modified+chitosan%2Fhyaluronic+acid+dressings+for+facilitating+wound+healing+in+infected+full-thickness+skin+defects%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Nanomedicine%22%5BJournal%5D)">Graphene oxide/copper nanoderivatives-modified chitosan/hyaluronic acid dressings for facilitating wound healing in infected full-thickness skin defects.</a> Int J Nanomedicine. 15, 8231-8247 (2020).</li>
<li>Mao, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+oxide-copper+nanocomposites+suppress+cariogenic+streptococcus+mutans+biofilm+formation%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Nanomedicine%22%5BJournal%5D)">Graphene oxide-copper nanocomposites suppress cariogenic streptococcus mutans biofilm formation.</a> Int J Nanomedicine. 16, 7727-7739 (2021).</li>
<li>Ravikumar, V., Mijakovic, I., Pandit, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Antimicrobial+activity+of+graphene+oxide+contributes+to+alteration+of+key+stress-related+and+membrane+bound+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Nanomedicine%22%5BJournal%5D)">Antimicrobial activity of graphene oxide contributes to alteration of key stress-related and membrane bound proteins.</a> Int J Nanomedicine. 17, 6707-6721 (2022).</li>
<li>Afreen, G., Shoeb, M., Upadhyayula, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effectiveness+of+reactive+oxygen+species+generated+from+rgo%2Fcds+qd+heterostructure+for+photodegradation+and+disinfection+of+pollutants+in+waste+water%5BTitle%5D)+AND+%22Mater+Sci+Eng+C%22%5BJournal%5D)">Effectiveness of reactive oxygen species generated from rgo/cds qd heterostructure for photodegradation and disinfection of pollutants in waste water.</a> Mater Sci Eng C. 108, 110372(2020).</li>
<li>Yang, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+graphene+oxide%2Fcopper+synergistic+antibacterial+coating+for+medical+titanium+substrate%5BTitle%5D)+AND+%22J+Colloid+Interface+Sci%22%5BJournal%5D)">Fabrication of graphene oxide/copper synergistic antibacterial coating for medical titanium substrate.</a> J Colloid Interface Sci. 638, 1-13 (2023).</li>
<li>Rajapaksha, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Antibacterial+properties+of+graphene+oxide-copper+oxide+nanoparticle+nanocomposites%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Bio+Mater%22%5BJournal%5D)">Antibacterial properties of graphene oxide-copper oxide nanoparticle nanocomposites.</a> ACS Appl Bio Mater. 2 (12), 5687-5696 (2019).</li>
<li>Sachdeva, C., Satyamoorthy, K., Murali, T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microbial+interplay+in+skin+and+chronic+wounds%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Clin+Microbiol+Rep%22%5BJournal%5D)">Microbial interplay in skin and chronic wounds.</a> Curr Clin Microbiol Rep. 9 (3), 21-31 (2022).</li>
<li>Ramos, M. K., Zarbin, A. J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene%2Fcopper+oxide+nanoparticles+thin+films+as+precursor+for+graphene%2Fcopper+hexacyanoferrate+nanocomposites%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Surf+Sci%22%5BJournal%5D)">Graphene/copper oxide nanoparticles thin films as precursor for graphene/copper hexacyanoferrate nanocomposites.</a> Appl Surf Sci. 515, 146000(2020).</li>
<li>Fivenson, E. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+role+for+the+gram-negative+outer+membrane+in+bacterial+shape+determination%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">A role for the gram-negative outer membrane in bacterial shape determination.</a> PNAS. 120 (35), e2301987120(2023).</li>
<li>Wu, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Copper-containing+mesoporous+bioactive+glass+scaffolds+with+multifunctional+properties+of+angiogenesis+capacity%2C+osteostimulation+and+antibacterial+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Biomater%22%5BJournal%5D)">Copper-containing mesoporous bioactive glass scaffolds with multifunctional properties of angiogenesis capacity, osteostimulation and antibacterial activity.</a> Biomater. 34 (2), 422-433 (2013).</li>
<li>Zhang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphene+oxide-copper+nanocomposite-coated+porous+cap+scaffold+for+vascularized+bone+regeneration+via+activation+of+hif-1%CE%B1%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Healthc+Mater%22%5BJournal%5D)">Graphene oxide-copper nanocomposite-coated porous cap scaffold for vascularized bone regeneration via activation of hif-1α.</a> Adv Healthc Mater. 5 (11), 1299-1309 (2016).</li>
<li>Labauve, A. E., Wargo, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+and+laboratory+maintenance+of+pseudomonas+aeruginosa%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Protoc+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Growth and laboratory maintenance of pseudomonas aeruginosa.</a> Curr Protoc Microbiol. 25 (1), 6E.1.1-6E.1.8 (2012).</li>
<li>Lin, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+icmf3+locus+is+involved+in+multiple+adaptation-+and+virulence-related+characteristics+in+pseudomonas+aeruginosa+pao1%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Cell+Infect+Microbiol%22%5BJournal%5D)">The icmf3 locus is involved in multiple adaptation- and virulence-related characteristics in pseudomonas aeruginosa pao1.</a> Front Cell Infect Microbiol. 5, 70(2015).</li>
</ol>

Dr Jonghoon Choi jest dyrektorem generalnym/założycielem, a dr Yonghyun Choi jest dyrektorem technicznym Feynman Institute of Technology w Nanomedicine Corporation.

W niniejszym artykule przedstawiamy tanią i prostą metodę przygotowania nanoarkuszy GO osadzonych nanocząstkami Cu, która byłaby potencjalnie skuteczną metodą zwalczania bakterii opornych na antybiotyki. Krytycznym etapem syntezy nanokompozytów GO/Cu jest dokładne zdyspergowanie GO i CuCl2 w roztworze i utrzymanie podwyższonej temperatury podczas ich mieszania. Ponadto etap redoks musi być przeprowadzony szybko, ponieważ czynnik redukujący powoduje reakcję redukcji, gdy tylko wejdzie w kontakt z wodą. Ogólnie rzecz biorąc, nanocząstki Cu mają silną tendencję do samoagregacji, wykazując słabą stabilność w podłożach fizjologicznych28. GO może skutecznie rozpraszać nanocząstki Cu w wodzie, działając jako podłoże do zakotwiczenia nanocząstek29. W niniejszym badaniu, ze względu na ich potencjalne zastosowanie biomedyczne, zsyntetyzowaliśmy nanokompozyty GO/Cu bez dodatkowych środków powierzchniowo czynnych i cappingów.
W związku z tym wysuszone nanokompozyty GO/Cu wykazują znaczną elektryczność statyczną i agregację, ale są dobrze rozproszone w wodzie. Wykorzystaliśmy kliniczne bakterie oporne na antybiotyki do symulacji rzeczywistego środowiska, co może pomóc nam określić stężenie nanokompozytów GO/Cu, których potrzebujemy, aby oddziaływać na bakterie oporne na antybiotyki w świecie rzeczywistym. W naszym poprzednim badaniu 50 μg/ml GO/Cu hamowało wzrost nieklinicznego P. aeruginosa o 67%8. Ponadto Mao i wsp. wykazali, że 80 μg/ml GO/Cu może wyeliminować ponad 99% nieklinicznych Streptococcus mutans20. W porównaniu z tym bakterie kliniczne wykazują wyższy wskaźnik przeżywalności. Podkreśla to potrzebę opracowania substancji przeciwbakteryjnych o zoptymalizowanym działaniu przeciwbakteryjnym i dokładnej oceny ich działania przeciwbakteryjnego.
Srebro, ZnO i TiO2 mogą być również wykorzystywane do otrzymywania nanokompozytów Go, które mają różne zalety i wady, dzięki czemu możliwe jest wytwarzanie materiałów antybakteryjnych zoptymalizowanych pod kątem obszaru zastosowań. Podczas syntezy nanokompozytów GO/Cu należy wziąć pod uwagę wiele czynników, aby wykazać zoptymalizowaną skuteczność przeciwbakteryjną. Stopień utlenienia GO znacząco wpływa na osadzanie się nanocząstek Cu. Jeśli można kontrolować pozycję utlenionioną, wówczas pozycję osadzania nanocząstek Cu można również zaprojektować na powierzchni nanoarkusza. Co więcej, właściwości przeciwbakteryjne nanokompozytów można modulować poprzez dostosowanie wielkości i morfologii nanocząstek Cu, w zależności od stopnia utlenienia GO, stężenia prekursora Cu i stężenia czynnika redukującego26. W odpowiednim stężeniu ten zoptymalizowany nanokompozyt może szkodzić bakteriom, nie wykazując toksyczności dla komórek ludzkich lub zwierzęcych8.
Najważniejszym aspektem oceny działania przeciwbakteryjnego nanokompozytów metalowych jest uwzględnienie czasu podwojenia bakterii. Ponieważ bakterie muszą być inokulowane w tym samym czasie, próbkę najpierw dozuje się do 96-dołkowej płytki, a następnie dodaje zawiesinę bakteryjną, biorąc pod uwagę, że czas podwojenia P. aeruginosa wynosi ~20 min30,31. Ponadto podczas stosowania bakterii energiczne wirowanie jest zawsze niezbędne do utrzymania równomiernego stężenia. Ogólnie rzecz biorąc, absorbancję potwierdza się w celu określenia minimalnego stężenia hamującego za pomocą metody bulionu z mikrorozcieńczeniem. Jednak interferencja absorpcyjna ze strony nanocząstek metali sprawia, że potwierdzenie żywotności bakterii poprzez absorbancję jest trudne. Dlatego w przypadku stosowania nieprzezroczystych nanocząstek metalu należy zastosować metodę liczenia kolonii.
Nanokompozyty GO/Cu wytworzone w tym badaniu wykazały znaczącą aktywność przeciwbakteryjną przeciwko bakteriom opornym na antybiotyki, a mianowicie MRSA i P. aeruginosa, pochodzącym z przewlekłych ran rzeczywistych pacjentów. Innymi słowy, opracowane nanokompozyty mogą eliminować zarówno bakterie Gram-dodatnie, jak i Gram-ujemne. Nanokompozyty GO/Cu mogą silnie przylegać do błon, co skutkuje rozerwaniem ścian komórkowych bakterii i zwiększeniem ich przepuszczalności15,16. Nie stosując środków powierzchniowo czynnych ani środków ograniczających, można zmniejszyć toksyczność dla komórek gospodarza, a materiały przeciwbakteryjne można wytwarzać przy niskich kosztach. Wyniki te podkreślają potencjał nanokompozytów GO/Cu jako obiecujących materiałów do zwalczania szczepów bakterii opornych na antybiotyki, szczególnie w kontekście zakażeń szpitalnych. Proponowane nanokompozyty mogą być stosowane w leczeniu infekcji i powlekaniu przeciwbakteryjnym, co czyni je realnym kandydatem do eliminacji bakterii opornych na antybiotyki.

Infekcje bakteryjne mają znaczący wpływ na zdrowie publiczne. W szczególności bakterie chorobotwórcze mogą omijać mechanizmy ochronne organizmu i powodować choroby1. Antybiotyki są szeroko stosowane w leczeniu infekcji bakteryjnych. Jednak niewłaściwe stosowanie antybiotyków przyspieszyło pojawienie się bakterii opornych na antybiotyki. Obecnie zakażenia szpitalne związane z bakteriami opornymi na antybiotyki powodują znaczące powikłania w placówkach opieki zdrowotnej2. Niestety, bakterie mają mechanizmy oporności na wszystkie obecne antybiotyki3. W związku z tym niezbędne jest opracowanie nowych antybiotyków, choć istnieje również duże prawdopodobieństwo, że pojawią się mechanizmy oporności.
Nanocząstki metali okazały się obiecującymi środkami do zwalczania bakterii opornych na antybiotyki ze względu na ich skuteczne właściwości przeciwbakteryjne4,5,6. Bakteriom trudno jest rozwinąć mechanizmy odporności na nanocząstki metali, ponieważ nie wiążą się one z żadnymi specyficznymi receptorami bakteryjnymi7. W szczególności nanocząstki srebra, miedzi i tlenku są przedmiotem szeroko zakrojonych badań ze względu na ich niezwykłą skuteczność przeciwbakteryjną8,9,10,11,12,13. Toksyczność nanocząstek metali w stosunku do bakterii przypisuje się trzem podstawowym mechanizmom: 1) uwalnianiu jonów metali, 2) wytwarzaniu reaktywnych form tlenu (ROS), takich jak •OH i •O2−, oraz 3) fizycznej interakcji i przyłączeniu4,14.
W tym badaniu, nanokompozyty tlenek grafenu i miedź (GO/Cu) zostały opracowane jako środek przeciwdrobnoustrojowy. Miedź (Cu) skutecznie zabija patogeny, które napotykają jej powierzchnię i zakłóca replikację genów bakteryjnych. Jest to jednak niezbędny mikroelement w ludzkim ciele i jest mniej toksyczny dla komórek ssaków, ponieważ posiada mechanizmy homeostatyczne, które regulują stężenie Cu wewnątrz komórek4. Kiedy nanocząstki Cu są utleniane, generują jony Cu, które mają stosunkowo wysokie powinowactwo do ujemnie naładowanych bakterii15,16. Jony Cu wiążą się ze strukturami komórkowymi (np. białkami, błonami i DNA), zaburzając funkcje komórki17. Poprzez syntezę nanocząstek Cu na powierzchni tlenku grafenu (GO), można kontrolować szybkość uwalniania jonów metali18,19,20. GO wykazuje również działanie przeciwbakteryjne, zapobiegając przyleganiu bakterii do szorstkiej powierzchni w wyniku stresu oksydacyjnego lub tworząc ROS21,22. Co więcej, nanokompozyty GO/Cu uwalniają więcej ROS niż GO poprzez chemiczne działanie Cu2+, które uszkadza białka bakteryjne i DNA, prowadząc do śmierci bakterii23,24.
Ten artykuł przedstawia protokół syntezy nanokompozytów GO/Cu i przedstawia podejście do testowania przeciwbakteryjnego przeciwko klinicznym bakteriom MRSA i P. aeruginosa, najpowszechniejszym wielolekoopornym szczepom bakterii, które powodują infekcje szpitalne25. Protokół ten ma na celu wprowadzenie łatwej metody redukcji chemicznej do syntezy nanokompozytów GO/Cu, które mogą hamować rozwój bakterii opornych na antybiotyki. Używamy chlorku miedzi(II) (CuCl2) i borowodorku sodu (NaBH4) odpowiednio jako prekursora i środka redukującego. W protokole opisano również specyfikę stosowania tych nanokompozytów do bakterii metodą bulionu mikrorozcieńczalnego. Aby wykluczyć błędy wynikające z interferencji absorpcyjnej nanocząstek metalu i dokonać dokładnej oceny, zdolność przeciwbakteryjną ocenia się za pomocą metody zliczania kolonii.

<table><tbody><tr><td>Antybiotykowo-przeciwgrzybiczo</td><td>Gibco</td><td>15240062</td><td></td></tr><tr><td>Kliniczne szczepy bakteryjne MDR&nbsp;</td><td>Szpital Uniwersytecki Chung-Ang (Seul, Korea Południowa)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dwuwodny chlorek miedzi(II)</td><td>Duksan</td><td>10125-13-0</td><td></td></tr><tr><td>Skaningowy mikroskop elektronowy z emisją w polu (FE-SEM)</td><td>Carl Zeiss</td><td>SIGMA</td><td></td></tr><tr><td>Tlenek grafenu</td><td>Sigma</td><td>796034</td><td></td></tr><tr><td>Bowodorek sodu</td><td>Sigma</td><td>71320</td><td></td></tr><tr><td>Transmisyjna mikroskopia elektronowa Panie przewodniczący, panie i panowie!</td><td>JEOL</td><td>JEM-2100</td><td></td></tr><tr><td>Tryptyczny agar sojowy</td><td>BD difco</td><td>236950</td><td></td></tr><tr><td>Tryptyczny bulion sojowy</td><td>BD difco</td><td>211825</td><td></td></tr></tbody></table>

wytwarzanie antybakteryjnych nanokompozytów tlenek grafenu i miedź

Fabrication of Antibacterial Graphene Oxide/Copper Nanocomposites

Antybiotyki są obecnie najczęściej stosowanym sposobem leczenia przeciwbakteryjnego do zabijania bakterii. Jednak bakterie rozwijają oporność, gdy są stale nadmiernie narażone na antybiotyki. Opracowanie środków przeciwdrobnoustrojowych, które mogą zastąpić istniejące antybiotyki, jest niezbędne, ponieważ bakterie oporne na antybiotyki mają mechanizmy oporności na wszystkie obecnie stosowane antybiotyki i mogą sprzyjać zakażeniom szpitalnym. Aby sprostać temu wyzwaniu, w niniejszym badaniu proponujemy nanokompozyty tlenek grafenu i miedź (GO/Cu) jako materiały przeciwbakteryjne, które mogą zastąpić istniejące antybiotyki. Nanokompozyty GO/Cu charakteryzują się transmisyjną mikroskopią elektronową oraz skaningową mikroskopią elektronową. Pokazują one, że nanocząstki miedzi (Cu) są dobrze rozwinięte na arkuszach tlenku grafenu. Dodatkowo stosuje się metodę bulionu mikrorozcieńczonego w celu potwierdzenia skuteczności substancji przeciwdrobnoustrojowej przeciwko opornemu na metycylinę Staphylococcus aureus (MRSA) i Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), które często są związane z zakażeniami szpitalnymi. W szczególności 99,8% MRSA i 84,7% P. aeruginosa jest eliminowane przez 500 μg/ml nanokompozytów GO/Cu. Nanokompozyty metalowe mogą eliminować bakterie oporne na antybiotyki poprzez uwalnianie jonów, tworzenie reaktywnych form tlenu i fizyczne uszkadzanie bakterii. Badanie to pokazuje potencjał przeciwbakteryjnych nanokompozytów GO/Cu w zwalczaniu bakterii opornych na antybiotyki.

W celu potwierdzenia powstania nanokompozytów GO/Cu przeprowadzono analizy za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM), skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) oraz spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii (EDS). Rysunek 1A,B pokazuje, że na arkuszach GO wyrosły heterogeniczne nanocząstki Cu. Jak pokazano na Rysunku 1C, mapowanie EDS potwierdziło, że cząstki na arkuszu GO były nanocząstkami Cu.
<img alt="Analiza rozkładu nanocząstek; obrazy z mikroskopii elektronowej przedstawiające mapowanie pierwiastkowe Cu, C, O." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66762/66762fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Charakterystyka nanokompozytów GO/Cu. (A) obraz z transmisyjnej mikroskopii elektronowej, (B) obraz z skaningowej mikroskopii elektronowej oraz (C) obrazy z rentgenowskiej spektroskopii z dyspersją energii, potwierdzające powstanie nanokompozytów GO/Cu. Paski skali = 500 nm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66762/66762fig01large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
Szczepy bakteryjne, metycylino-oporny Staphylococcus aureus (MRSA) oraz Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), wyizolowane z ran pacjentów, wykazują oporność na różne antybiotyki, co przedstawiono w Tabeli 1 i Tabeli 2. Rysunek 2A,B ilustruje skuteczność przeciwbakteryjną nanokompozytów GO/Cu odpowiednio przeciwko MRSA i P. aeruginosa. Należy zauważyć, że wzrost bakterii był znacząco hamowany wraz ze wzrostem stężenia nanokompozytów GO/Cu. Stwierdzono, że 125 µg/mL zsyntetyzowanych nanokompozytów GO/Cu było wystarczające do wykazania skutecznej aktywności przeciwbakteryjnej przeciwko MRSA i P. aeruginosa. W szczególności, zastosowanie 500 µg/mL nanokompozytów GO/Cu doprowadziło do eliminacji 99,8% MRSA i 84,7% P. aeruginosa. Różnice w procentowym stopniu eliminacji bakterii można przypisać odmiennym strukturom biologicznym bakterii gram-dodatnich i gram-ujemnych. Bakterie gram-dodatnie, takie jak MRSA, posiadają ścianę komórkową składającą się w ponad 90% z peptydoglikanu. W przeciwieństwie do nich, bakterie gram-ujemne, takie jak P. aeruginosa, mają w ścianach komórkowych jedynie 5%-20% peptydoglikanu oraz posiadają błonę zewnętrzną. Błona zewnętrzna zapewnia bakteriom gram-ujemnym wysoką oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe poprzez utrudnianie ich przenikania27. Niemniej jednak nanokompozyty GO/Cu mogą skutecznie eliminować bakterie oporne na antybiotyki.
<img alt="Analiza przeciwdrobnoustrojowa GO/Cu; żywotność MRSA i P. aeruginosa; efekt stężenia; wykresy słupkowe, szalki Petriego." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66762/66762fig02v2.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Działanie przeciwbakteryjne nanokompozytów GO/Cu. (A) MRSA oraz (B) Pseudomonas aeruginosa wyizolowane z ran klinicznych. Dane przedstawiono jako średnia ± SEM (n = 4). ***p &lt; 0,001; ****p &lt; 0,0001. MRSA = gronkowiec złocisty (Staphylococcus aureus) oporny na metycylinę; P = kontrola pozytywna; N = kontrola negatywna. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66762/66762fig02largev2.jpg" target="_blank">Aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Antybiotyki</td>
			<td>MIC (minimalna stężenie hamujące)μg/mL)</td>
			<td>Interpretacja</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Klindamycyna</td>
			<td>≤ 0.25</td>
			<td>R</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyprofloksacyna</td>
			<td>≥ 8</td>
			<td>R</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Erytromycyna</td>
			<td>≥ 8</td>
			<td>R</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gentamicyna</td>
			<td>≥ 16</td>
			<td>R</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mupirocyna</td>
			<td>≥ 512</td>
			<td>R</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicylina G</td>
			<td>≥ 0.5</td>
			<td>R</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tigecyklina</td>
			<td>≤ 0.12</td>
			<td>S</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 1: Test wrażliwości na antybiotyki przeciwko oporny na metycylinę Staphylococcus aureus. Skróty: MIC = minimalne stężenie hamujące; S = wrażliwy; R = oporny.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Antybiotyki</td>
			<td>MIC (minimalna stężenie hamujące)μg/mL)</td>
			<td>Interpretacja</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cefotaksym</td>
			<td>32</td>
			<td>R</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyprofloksacyna</td>
			<td>≤ 0.25</td>
			<td>S</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gentamycyna</td>
			<td>2</td>
			<td>S</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Minocyklina</td>
			<td>≥ 16</td>
			<td>R</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ticarcylina/CA</td>
			<td>32</td>
			<td>I</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tigecyklyna</td>
			<td>≥ 8</td>
			<td>R</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trimetoprym/sulfonamid</td>
			<td>80</td>
			<td>R</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 2: Test wrażliwości na antybiotyki dla P. aeruginosa.Skróty: MIC = minimalne stężenie hamujące; S = wrażliwy; I = pośredni; R = oporny.

Tutaj wprowadzamy nanokompozyty tlenek grafenu i miedź (GO/Cu) jako nanomateriał antybakteryjny. Skuteczność przeciwbakteryjną nanokompozytów GO/Cu oceniano zarówno wobec bakterii Gram-dodatnich, jak i opornych na antybiotyki.

Wytwarzanie antybakteryjnych nanokompozytów tlenek grafenu i miedź

Antibiotics are currently the most used antibacterial treatment for killing bacteria. However, bacteria develop resistance when continually overexposed to ...

Antybiotyki są szeroko stosowane w leczeniu infekcji bakteryjnych, ale ich nadużywanie doprowadziło do uodpornienia się bakterii. Aby rozwiązać ten problem, pracowaliśmy nad opracowaniem antybakteryjnych nanokompozytów metalicznych, które utrudniają bakteriom wytworzenie mechanizmów oporności. Zaletą tego protokołu jest to, że jest to tania i łatwa metoda wytwarzania nanokompozytów GO/miedzi w porównaniu z innymi protokołami.To sprawia, że jest praktyczny do produkcji na dużą skalę, co doskonale nadaje się do użytku komercyjnego. Ponadto nasza metoda nie wymaga dodatkowych środków powierzchniowo czynnych ani środków zamykających, dzięki czemu jest opcją do zastosowań biomedycznych. Nasza grupa koncentruje się na opracowywaniu biokompatybilnych nanokompozytów metalowych do leczenia zakażeń ran.W związku z tym pracujemy nad powlekaniem tych nanokompozytów na powierzchniach lub wykorzystywaniem ich do dostarczania leków, mając na celu skuteczne wyeliminowanie bakterii opornych na antybiotyki i ich biofilmów w rzeczywistych scenariuszach infekcji. Na początek przygotuj 10 mililitrów jednego miligrama na mililitr tlenku grafenu lub zawiesiny GO w szklanej butelce. Sonikować zawiesinę GO przez jedną godzinę, aż GO zostanie dobrze zdyspergowany w wodzie destylowanej.Przygotować 20-milimolowy roztwór chlorku miedzi w szklanej fiolce i sonikować roztwór, aż chlorek miedzi będzie dobrze zdyspergowany w wodzie destylowanej. Następnie dodaj 10 mililitrów 20-milimolowego roztworu chlorku miedzi do zawiesiny GO i poddaj mieszaninę sonikacji w temperaturze 70 stopni Celsjusza przez godzinę. Bezpośrednio przed użyciem przygotować 20-milimolowy roztwór borowodorku sodu w dygestoriach chemicznych.Dodaj 20 mililitrów roztworu do mieszaniny GO i chlorku miedzi, mieszając prętem magnetycznym przy 200 obr./min. Następnie przenieść mieszaninę do probówki wirówkowej i wirować w temperaturze 23 000 x g przez 10 minut w temperaturze pokojowej. Po odwirowaniu odrzucić supernatant w celu przepłukania mieszaniny GO/nanokompozytu miedziowego.Zawiesić go ponownie z 10 mililitrami wody destylowanej i sonikować roztwór, aby równomiernie rozproszyć osad. Następnie ponownie odwirować roztwór o sile 23 000 x g przez 10 minut w temperaturze pokojowej i usunąć supernatant. Następnie dodaj jeden mililitr wody destylowanej do nanokompozytów i poddaj mieszaninę sonikacji, aby równomiernie rozproszyć osad w całej fazie ciekłej.Po przeniesieniu sonikowanej mieszaniny do innej probówki, liofilizuj roztwór w temperaturze 60 stopni Celsjusza w próżni przez noc, aż nanokompozyty całkowicie wyschną. Przechowuj proszek nanokompozytowy w temperaturze 20 stopni Celsjusza do czasu użycia. Obrazy z transmisyjnej i skaningowej mikroskopii elektronowej potwierdziły wzrost heterogenicznych nanocząstek miedzi na arkuszach GO, a mapowanie spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii potwierdziło, że cząstki były nanocząstkami miedzi.Na początek przygotuj nanokompozyty miedzi z tlenku grafenu. Pierwszego dnia zaszczepij jedną kolonię bakterii z płytki agarowej do 10 mililitrów bulionu za pomocą pętli. Inkubować bulion w temperaturze 37 stopni Celsjusza za pomocą inkubatora wytrząsającego ustawionego na 200 obr./min przez 24 godziny.W drugim dniu należy rozcieńczyć mieszaninę nanokompozytów za pomocą DPBS, aby uzyskać trzy różne stężenia i przygotować roztwory kontrolne do eksperymentu. Następnie dozować 100 mikrolitrów zawiesiny nanokompozytowej i roztworów kontrolnych do 96-dołkowych płytek. Na podstawie CFU rozcieńczyć zawiesinę bakteryjną do 1 x 10 do mocy sześciu CFU na mililitr w tryptycznym bulionie sojowym.Zaszczepić 100 mikrolitrów rozcieńczonej zawiesiny bakteryjnej do dołków na próbki w płytce 96-dołkowej i inkubować płytkę w temperaturze 37 stopni Celsjusza w inkubatorze z wytrząsaniem ustawionym na 200 obr./min przez 24 godziny. Trzeciego dnia energicznie wymieszaj próbkę i zawiesiny bakteryjne za pomocą mikropipety o pojemności 200 mikrolitrów, a następnie seryjnie rozcieńcz mieszaninę bakterii próbki dziesięciokrotnie sterylną wodą destylowaną. Następnie rozprowadzić 100 mikrolitrów rozcieńczonej zawiesiny bakteryjnej na płytce agarowej za pomocą rozsiewacza i inkubować płytkę w temperaturze 37 stopni Celsjusza przez 24 godziny.W czwartym dniu należy policzyć kolonie bakteryjne i określić wartości CFU, aby potwierdzić aktywność przeciwbakteryjną nanokompozytów za pomocą równania. Nanokompozyty wykazały znaczącą skuteczność przeciwbakteryjną przeciwko opornym na metycylinę Staphylococcus aureus i Pseudomonas aeruginosa, eliminując odpowiednio 99,8% i 84,7% tych bakterii przy stężeniu 500 mikrogramów na mililitr.

fabrication-of-antibacterial-graphene-oxidecopper-nanocomposites

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Grafen oferuje potencjał jako materiał powłokowy dla implantów biomedycznych.  W niniejszej pracy przedstawiono metodę powlekania stopów nitinolu warstwami grafenu o grubości nanometrów i określono, w jaki sposób grafen może wpływać na odpowiedź implantu.

Powłoki grafenowe do implantów biomedycznych

Tutaj prezentujemy protokół syntezy nowatorskich biokompozytów o wysokim współczynniku proporcji w warunkach biologicznych i w płynnych podłożach. Biokompozyty skalują się odpowiednio od nanometrów do mikrometrów pod względem średnicy i długości. Nanocząstki miedzi (CNP) i siarczan miedzi w połączeniu z cystyną są kluczowymi składnikami syntezy.

Wytwarzanie skalowalnych, metalicznych nanokompozytów o wysokim współczynniku kształtu w biologicznym ciekłym ośrodku

Tutaj prezentujemy protokół tworzenia magnetycznej bakteryjnej nanocelulozy (BNC) do zastosowań w rekonstrukcji uszkodzonych naczyń krwionośnych. BNC został zsyntetyzowany przez szczep G. xylinus. Z drugiej strony, namagnesowanie BNC zostało zrealizowane poprzez wytrącanie in situ jonów żelazawychFe2+ i Fe3+ wewnątrz siatki BNC.

Wytwarzanie funkcjonalizowanej magnetycznej nanocelulozy bakteryjnej z nanocząstkami tlenku żelaza

Opisany jest prosty protokół przygotowania zredukowanego tlenku grafenu za pomocą światła widzialnego i plazmonicznej nanocząstki.

Indukowana światłem widzialnym redukcja tlenku grafenu przy użyciu nanocząstek plazmonicznych

W tym badaniu, nanomateriały przeciwdrobnoustrojowe zostały zsyntetyzowane przez kwasowe utlenianie wielościennych nanorurek węglowych i późniejsze redukcyjne osadzanie nanocząstek srebra. Przeprowadzono badania aktywności przeciwdrobnoustrojowej i cytotoksyczności z wykorzystaniem przygotowanych nanomateriałów.

Synteza wielościennych nanorurek węglowych modyfikowanych nanocząstkami srebra oraz ocena ich działania przeciwbakteryjnego i właściwości cytotoksycznych

Tutaj przedstawiamy protokół produkcji chemicznie zredukowanego mikroczujnika pH z powłoką Nafion, funkcjonalizowanego polianiliną, elektrochemicznie zredukowanego tlenku grafenu. Ten półprzewodnikowy czujnik pH oparty na chemiorezystorze może wykrywać zmiany pH w czasie rzeczywistym podczas procesu fermentacji Lactococcus lactis.

Produkcja powlekanego nafionem, zredukowanego tlenku grafenu/polianiliny czujnika chemiorezystancyjnego do monitorowania pH w czasie rzeczywistym podczas fermentacji mikrobiologicznej

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania wielościanów 3D na bazie grafenu za pomocą samoczynnego składania podobnego do origami.

Wytwarzanie trójwymiarowych wielościanów na bazie grafenu za pomocą samoczynnego składania podobnego do origami

Tutaj opisujemy protokół stosowania pojedynczej monowarstwy grafenu na siatkach mikroskopii elektronowej i jak przygotować je do użycia w określaniu struktury krioEM.

Wytwarzanie jednowarstwowych siatek pokrytych grafenem do mikroskopii krioelektronowej

W tym badaniu, nanocząstki tlenku zostały zsyntetyzowane przy użyciu metody wytrącania. Działanie przeciwbakteryjne zsyntetyzowanych cząstek przetestowano przeciwko wielolekoopornym szczepom szczepów Staphylococcus aureus (MRSA) opornych na metycylinę i Pseudomonas aeruginosa.

Otrzymywanie nanocząstek tlenku i ocena ich działania przeciwbakteryjnego

W artykule przedstawiono protokoły procesu utleniania o konstrukcji kaskadowej oraz wysoce podstawowej reakcji redukcji do innowacyjnej, skalowalnej konwersji grafitu w wielowarstwowy proszek tlenku grafitu, nanoarkuszy tlenku grafenu, supramolekularnego zredukowanego hydrożelu tlenku grafenu oraz zredukowanych nanomateriałów tlenku grafenu.

Skalowalne syntezy tlenku grafenu i zredukowanego tlenku grafenu przy użyciu kaskadowego projektowania utleniania i wysoce zasadowych reakcji redukcji

Poznaj metodę syntezy nanokompozytów tlenek grafenu/miedź o właściwościach przeciwbakteryjnych. Technika ta jest niskokosztowa, skalowalna i skuteczna przeciwko bakteriom opornym na antybiotyki.

Wytwarzanie antybakteryjnych nanokompozytów tlenek grafenu i miedź

Przeglądaj więcej filmów