Inligting

Hoe om Ag-nanopartikels in 'n oplossing te identifiseer?

Hoe om Ag-nanopartikels in 'n oplossing te identifiseer?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Doen 'n eksperiment met die vervaardiging van silwer nanodeeltjies met behulp van bakteriese ekstrakte. Die probleem bewys dat hulle gevorm is. AgNO3 word by die oplossing gevoeg, en die reduksie-omgewing van die bakterieë verminder tot silwer nanopartikels van verskillende groottes, afhangende van baie faktore. Kleurverandering kan gesien word, en 'n verandering in die UV-vis-spesifikasie ook, maar verder, is daar enigiets anders wat gedoen kan word? Die papiere waarop ek hierdie projek baseer, het toegang tot elektronmikroskope, ek het nie. Is daar biologiese toetse wat reageer op metaal silwer? of dalk aan Ag NP's? Of het iemand enige ervaring met biologies vervaardiging van nanopartikels? Ek sal ook in chemie vra vir 'n moontlike chemiese reaksie van identifiseer metaal silwer.


Hierdie artikel sê dat silwer nanodeeltjies die ensiematiese reaksie wat in 'n normale ELISA -toets gebeur, versterk. U moet 'n beduidende verskuiwing in UV -absorpsie kan waarneem deur u bakterieë met 'n kontrole te vergelyk.

Anders sou ek net daaraan dink om die bakterieë te lys en die lysaat te sentrifugeer. Ek sou verwag dat die korrel nanopartikels bevat en op een of ander manier anders (in kleur?) van 'n beheerkorrel sal wees.


Biomediese potensiaal van silwer nanodeeltjies gesintetiseer uit calliselle van Citrullus colocynthis (L.) Schrad

'N Toenemend algemene toepassing is die gebruik van silwer nanodeeltjies vir antimikrobiese bedekkings, wondverbande en biomediese toestelle. In hierdie huidige ondersoek rapporteer ons die biomediese potensiaal van silwer nanopatiese stowwe wat uit calli -uittreksel gemaak word Citrullus colocynthis op menslike epidermoïde larinks karsinoom (HEp -2) sellyn.

Metodes

Die eelteekstrak reageer met silwernitraatoplossing en bevestig die sintese van silwer nanodeeltjies deur die konstante verandering van groenerige kleur na rooibruin en word gekenmerk deur FT-IR, AFM. Toksisiteit op HEp 2 -sellyn word beoordeel met behulp van MTT -toets, caspase -3 -toets, laktaatdehidrogenase lekkasie -bepaling en DNA -fragmentasie -toets.

Resultate

Daar word algemeen bevind dat die gesintetiseerde silwer nanodeeltjies sferies van vorm is met grootte 31 nm deur AFM. Die molêre konsentrasie van die silwer nanodeeltjies oplossing in ons huidige studie is 1100 nM/10 ml. Die resultate toon dat silwer nanopartikels 'n dosis-afhanklike toksisiteit bemiddel vir die sel wat getoets is, en die silwer nanopartikels by 500 nM het die lewensvatbaarheid van HEp 2-selle tot 50% van die aanvanklike vlak verminder. LDH -aktiwiteite is aansienlik verhoog na 48 uur blootstelling in die medium wat silwer nanodeeltjies bevat in vergelyking met die kontrole en Caspase 3 -aktivering dui daarop dat silwer nanodeeltjies seldood veroorsaak deur apoptose, wat verder ondersteun word deur sellulêre DNA -fragmentasie, het getoon dat die silwer nanodeeltjies wat behandel is, het HEp2 -selle uitgebrei met dubbele stringe, wat 'n leer -voorkoms oplewer (baan 2), terwyl die DNA van kontrole -HEp2 -selle aangevul met 10% serum 'n minimale breuk vertoon (baan 1). Hierdie studie het aan die lig gebring dat die gebruik van duur medisyne vir die behandeling van kanker heeltemal uitgeskakel word.


Groen sintese van silwer nanopartikels gebruik Helichrysum graveolens vir biomediese toepassings en afvalwaterbehandeling

Die gebruik van kruie -medisyne word algemeen erken sedert die koms van die mensdom met baie min newe -effekte. Biologiese prosedures as eko-vriendelike en koste-effektiewe roetes is belangrik in die sintese van nanodeeltjies en nanomateriale. In hierdie werk was biologiese houding gemik op die produksie van nanopartikels deur Helichrysum graveolens. Verskeie prosedures wat gebruik word om vervaardigde nanodeeltjies te beskryf, is transmissie-elektronmikroskopie (TEM), ultraviolet sigbare (UV – Vis) spektrometrie en Fourier transform infrarooi spektroskopie (FTIR). Ultraviolet-sigbare tegniek het skerp piek in area 439 nm aangedui en TEM-prente wys dat die vorm van die nanopartikels (NP's) sferies is en die gemiddelde deursnee van gesintetiseerde nanopartikel is 11 nm. Die biosintetiese NP's vertoon antimikrobiese eienskappe teenoorheersende patogene bakterieë (Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermis, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli). Die groen-gesintetiseerde NP's toon antikankeraktiwiteit teen kolonkankersellyn (C26) wat afhang van tyd en konsentrasies. Die gesintetiseerde AgNP's dien ook as 'n groen katalisator as gevolg van die versnelde afbraak van stabiele en organiese kleurstof (Methylene Orange). Gevolge het hierdie protokol gevestig as maklike, vinnige en alternatiewe konvensionele fisies-chemiese benaderings.

Dit is 'n voorsmakie van intekeninginhoud, toegang via u instelling.


Verwysings

Wong, K. K. Y. & Liu, X. L. Silwer nanodeeltjies - die ware 'silwer koeël' in kliniese medisyne? MedChemComm 1, 125–131 (2010).

Livermore, D. M. Veertien jaar in verset. Int. J. Antimikrob. Agente 39, 283–294 (2012).

Mei, M. Antibiotika. Natuur 509, S1 (2014).

Hede, K. 'n Aansteeklike wapenwedloop. Natuur 509, S2 – S3 (2014).

Cui, L. et al. In situ studie van die antibakteriese aktiwiteit en meganisme van werking van silwer nanopartikels deur oppervlak-verbeterde Raman-spektroskopie. Anaal. Chem. 85, 5436–5443 (2013).

Lara, H. H., Ayala-Núñez, N. V., Ixtepan Turrent, L. del C. & Rodríguez Padilla, C. Bakteriedodende effek van silwer nanopartikels teen multi-middel-weerstandige bakterieë. Wêreld J. Microbiol. Biotegnologie. 26, 615–621 (2010).

Li, W.-R. et al. Antibakteriese effek van silwer nanodeeltjies op Staphylococcus aureus. Biometale 24, 135–141 (2011).

Morones, J.R. et al. Die bakteriedodende effek van silwer nanopartikels. Nanotegnologie 16, 2346–2353 (2005).

Panáček, A. et al. Silwer kolloïed nanopartikels: sintese, karakterisering en hul antibakteriese aktiwiteit. J. Fis. Chem. B 110, 16248–16253 (2006).

Panáček, A. et al. Sterk en nie-spesifieke sinergistiese antibakteriese doeltreffendheid van antibiotika gekombineer met silwer nanopartikels teen baie lae konsentrasies wat geen sitotoksiese effek toon nie. Molekules 21, 26 (2016).

Panáček, A. et al. Silwer nanodeeltjies versterk en herstel bakteriedodende aktiwiteit van onaktiewe antibiotika teen multiresistente Enterobacteriaceae. Kolloïede Surf. B Biointerfaces 142, 392–399 (2016).

Brown, A. N. et al. Nanopartikels gefunksionaliseer met ampicillien vernietig veelvuldige-antibiotika-weerstandige isolate van Pseudomonas aeruginosa en Enterobacter aerogenes en bestand teen metisillien Staphylococcus aureus. Appl. Omgewing. Mikrobioloë. 78, 2768–2774 (2012).

Sharma, V. K., Yngard, R. A. & Lin, Y. Silwer nanodeeltjies: groen sintese en hul antimikrobiese aktiwiteite. Adv. Kolloïede -koppelvlak Sci. 145, 83–96 (2009).

Morones-Ramirez, J. R., Winkler, J. A., Spina, C. S. & Collins, J. J. Silver verhoog antibiotika-aktiwiteit teen Gram-negatiewe bakterieë. Wetenskaplike. Vertaal. Med. 5, 190ra81 (2013).

Lemire, J. A., Harrison, J. J. & Turner, R. J. Antimikrobiese aktiwiteit van metale: meganismes, molekulêre teikens en toepassings. Nat. Eerwaarde Microbiol. 11, 371–384 (2013).

Haefeli, C., Franklin, C. & Hardy, K. Plasmied-bepaalde silwer weerstand in Pseudomonas stutzeri geïsoleer van 'n silwermyn. J. Bacteriol. 158, 389–392 (1984).

Li, X. Z., Nikaido, H. & amp; Williams, K. E. Silwerbestande mutante van Escherichia coli vertoon aktiewe uitvloei van Ag + en het 'n tekort aan poriene. J. Bacteriol. 179, 6127–6132 (1997).

Gupta, A., Matsui, K., Lo, J.-F. & amp Silver, S. Molekulêre basis vir weerstand teen silwer katione in Salmonella. Nat. Med. 5, 183–188 (1999).

Nies, D. H. Efflux-gemedieerde swaarmetaalweerstand in prokariote. FEMS mikrobiool. Ds. 27, 313–339 (2003).

Silwer, S. Bakteriële silwerweerstand: molekulêre biologie en gebruik en misbruik van silwerverbindings. FEMS mikrobiool. Ds. 27, 341–353 (2003).

Silver, S., Phung, L. T. & amp Silver, G. Silwer as biododers in brand- en wondverbande en bakteriese weerstand teen silwerverbindings. J. Ind. Microbiol. Biotegnologie. 33, 627–634 (2006).

Graves, J. L. Jr et al. Vinnige ontwikkeling van silwer nanodeeltjieweerstand in Escherichia coli. Voorkant. Genet. 6, 42 (2015).

Losasso, C. et al. Antibakteriese aktiwiteit van silwer nanopartikels: sensitiwiteit van verskillende Salmonella serovars. Voorkant. Mikrobioloë. 5, 227 (2014).

Gunawan, C., Teoh, W. Y., Marquis, C. P. & Amal, R. Geïnduceerde aanpassing van Bacillus sp. na antimikrobiese nanosilwer. Klein 9, 3554–3560 (2013).

Kvítek, L. et al. Effek van oppervlakaktiewe middels en polimere op stabiliteit en antibakteriese aktiwiteit van silwer nanopartikels (NP's). J. Fis. Chem. C 112, 5825–5834 (2008).

Sivera, M. et al. Silwer nanodeeltjies gemodifiseer deur gelatien met buitengewone pH-stabiliteit en langtermyn antibakteriese aktiwiteit. PLoS One 9, e103675 (2014).

Hunter, R. J. in Grondslae van kolloïedwetenskap 2de druk, 601–603 (Oxford Univ. Press, New York, 2001).

Bardy, S. L., Ng, S. Y. M. & amp; Jarrell, K. F. Prokariotiese motiliteitstrukture. Mikrobiologie 149, 295–304 (2003).

Metlina, A. L. Bakteriële en argaeale flagella as prokariotiese motiliteitsorganelle. Biochemie (Moskou) 69, 1203–1212 (2004).

Hayashi, F. et al. Die aangebore immuunrespons op bakteriële flagellien word bemiddel deur tolagtige reseptor 5. Natuur 410, 1099–1103 (2001).

Friedlander, R. S. et al. Bakteriese flagella verken mikroskaalse hummocks en holtes om adhesie te verhoog. Proc. Natl Acad. Wetenskaplike. VSA 110, 5624–5629 (2013).

Haiko, J. & Westerlund-Wikström, B. Die rol van die bakteriese flagellum in adhesie en virulensie. Biologie 2, 1242–1267 (2013).

Pratt, L. A. & Kolter, R. Genetiese analise van Escherichia coli biofilmvorming: rolle van flagella, beweeglikheid, chemotaxis en tipe I pili. Mol. Mikrobioloë. 30, 285–293 (1998).

Asadishad, B., Hidalgo, G. & Tufenkji, N. Granaatmateriaal inhibeer flagellien-geen-uitdrukking en flagellêre-aangedrewe motiliteit van uropatogene Escherichia coli stam CFT073. FEMS mikrobiool. Lett. 334, 87–94 (2012).

Brauner, A., Fridman, O., Gefen, O. & Balaban, N. O. Onderskeid tussen weerstand, verdraagsaamheid en volharding vir antibiotika-behandeling. Nat. Eerwaarde Microbiol. 14, 320–330 (2016).

Petrovská, B. et al. Proteomiese analise van garsselkerne gesuiwer deur vloeisortering. Sitogenet. Genoom Res. 143, 78–86 (2014).

Koboldt, D. C. et al. VarScan: variantopsporing in massief parallelle volgorde van individuele en saamgevoegde monsters. Bioinformatika 25, 2283–2285 (2009).


Nanodeeltjies in die aflewering van geneesmiddels en geen

Onder die verskillende toepassingsgebiede van nanodeeltjies is die aflewering van medisyne een van die mees gevorderde. Dit is grootliks te danke aan die sukses van polimeer- en liposoom-gebaseerde geneesmiddelafleweringstelsels (Figuur 3), waarvan baie vandag in kliniese gebruik is.

Skematiese voorstellings van (A) 'n polimere matriks en (B) 'n liposoom, wat albei 'n geneesmiddel kan insluit. Herdruk met toestemming van Brigger I, Dubernet C, Couvreur P. 2002. Nanodeeltjies in kankerterapie en diagnose. Adv Drug Deliv Ds, 54:631� (Elsevier) en John AE, Lukacs NW, Berlin AA, et al 2003. Ontdekking van 'n kragtige nanodeeltjie P-selectien-antagonis met anti-inflammatoriese effekte by allergiese lugwegsiekte. FASEB J, 17:2296𠄸.

Polimeer-gebaseerde geneesmiddelafleweringsisteme kan gekategoriseer word as polimeriese middels, polimeer-proteïen-konjugate, polimeer-geneesmiddel-konjugate en polimeriese miselle (Duncan 2003). Polimere kan ook geëmulgeer word in nanometer-grootte deeltjies waarbinne geneesmiddels vasgevang kan word. Polimeriese middels is tipies natuurlike polimere wat bekend is dat hulle antivirale of antitumor eienskappe het. Polimeer-proteïen-konjugate gebruik PEG meestal. PEG is bekend vir sy hoë oplosbaarheid in water en uitstekende bioverenigbaarheid, en die aanhegting daarvan aan medisyne lei tot verhoogde oplosbaarheid. Dit is ook bekend dat PEG-aanhegting die renale opruiming van geneesmiddels verminder en reseptor-gemedieerde opname deur selle verbeter. Hierdie benadering kan dus gebruik word om die halfleeftyd van 'n geneesmiddel te verleng en die dosisfrekwensie te verminder. Polimeer-geneesmiddel konjugasie is daarop gemik om die oplosbaarheid en spesifisiteit van lae molekulêre gewig dwelms te verbeter. Laastens word polimeriese miselle tipies geskep met amfipiliese polimere wat miselle in oplossing vorm met 'n geneesmiddel wat in die misel vasgevang is.

Liposome is vesikels wat gevorm word deur die vasvang van vloeistof deur fosfolipiedmolekules wat hidrofobiese en hidrofiliese komponente het en twee lae kan vorm. 'N Tweelaag word gevorm wanneer twee lae georiënteerde lipiedmolekules bymekaar kom sodat hul hidrofobiese sye met mekaar in aanraking kom. Onder sekere omstandighede vorm lipiedmolekules vesikels, waarin 'n volume vloeistof deur lipied-dubbellae omring word. Voertuie kan in grootte wissel van tientalle nanometers tot duisende nanometers (Torchilin en Weissig 2003). Geneesmiddelmolekules kan geïnkorporeer word saam met die vloeistof wat deur vesikels of binne lipied-dubbellae ingesluit word. Die struktuur van hierdie sintetiese dubbellae, wat bioversoenbaar en biologies afbreekbaar is, is soortgelyk aan dié van biologiese membrane in die liggaam. Doelstelling kan bereik word deur chemiese modifikasie van die vesikeloppervlak met behulp van ligande of polimere. As sodanig is liposome nie konvensionele 'deeltjies' nie, omdat hulle nie 'n soliede kern het wat hul identiteit definieer nie. Net soos nanoskaal en#x0201deeltjies ” van polimere, is dit egter kolloïdale entiteite en vorm dit 'n beduidende deel van die nanoskaal -medisyne -afleweringstelsels. Vaste lipied-nanopartikels (SLN) is 'n ander klas nanopartikels wat gemaak word van lipiede wat by kamertemperatuur vaste stowwe is (Muller et al 2000). Die nanopartikels word gesintetiseer deur 'n gesmelte lipied gemeng met geneesmiddel en oppervlakaktiewe middel te emulgeer wat dan afgekoel word.

Die gebruik van polimeer- en liposoomgebaseerde nanodeeltjies in die aflewering van geneesmiddels word hieronder geïllustreer met enkele voorbeelde georganiseer volgens tipe siekte. Die lys van siektes of die aantal voorbeelde binne elke siekte is geensins volledig nie, die bedoeling hier is om die asem van nanopartikel dwelmafleweringstelsels te illustreer eerder as om alle areas in diepte te dek. 'n Opsomming van sleutelvoorbeelde is in Tabel 1 ingesluit.

Kanker

Nanopartikels het 'n geweldige impak gemaak in die behandeling van verskeie soorte kanker, soos blyk uit die talle nanopartikel-gebaseerde middels en afleweringstelsels wat in kliniese gebruik is. Voorbeelde van talle liposoom- en polimeer-gebaseerde middels of terapeutiese middels is in onlangse resensies aangebied (Duncan 2003 Allen en Cullis 2004).

Paclitaxel is 'n bekende middel teen kanker wat gebruik word om verskillende soorte kanker te behandel (soos eierstokke, vel, slukderm en long) (Kikuchi et al 2005 Abratt et al 2006 Chao et al 2006 De Giorgi et al 2006 Roof et al 2006 Worden et al 2006). Hierdie middel meng in met die funksies van kankerselle deur mikrotubuli-stabilisering, wat uiteindelik tot apoptose lei (Koziara et al 2006). Die mees algemene wyse van toediening van hierdie water-onoplosbare middel is as 'n oplossing in etanol (Taxol ® ), toegedien saam met 'n oplosmiddel, polioksiëtileerde kasterolie (Cremophor ® EL). 'N Groot tekortkoming van hierdie benadering was die newe -effekte wat verband hou met Cremophor ®, insluitend hipersensitiwiteitsreaksies, wat die toediening van steroïede en antihistamiene as voormedisyne noodsaak (Zhang et al 2005a Micha et al 2006). Vroeg in 2005 is 'n ander vorm van paclitaxel bekend as Abraxane ® goedgekeur vir kliniese gebruik. In hierdie vorm word paclitaxel in nanopartikels van 'n natuurlike polimeer, albumien, gelaai deur 'n hoëdruk-emulsifikasieproses te gebruik. Daar is getoon dat hierdie oplosbare vorm van paclitaxel nie net die newe-effekte wat verband hou met die gebruik van Cremophor ® (Micha et al 2006) uitskakel nie, maar bied ook 'n paar bykomende voordele. Die albumiendraer verbeter die vervoer van die geneesmiddel vanaf die bloedstroom na die tumorplek en laat hoër dosis van die geneesmiddel toe in vergelyking met Taxol ® (Ibrahim et al 2002).

Die laai van paclitaxel in nanodeeltjies het egter nie weerstand teen veelvuldige geneesmiddels aangespreek nie, 'n algemene probleem in tumorterapie wat ontstaan ​​wanneer kankerselle by stimuli aanpas deur uitvloeitransporteurs of ander proteïene op die oppervlak uit te druk (Gottesman et al 1996 Tomonaga et al 1996). Koziara en kollegas (2006) het probeer om hierdie probleem te oorkom deur paclitaxel in emulgerende wasnanodeeltjies te laai. Die was is 'n kommersiële produk (Tween 80 ®), alternatiewelik bekend as polyoxyethylene 20-sorbitan mono-oleaat. Die nanopartikels is voorberei deur 'n mengsel van die was, geneesmiddel en 'n oppervlakaktiewe middel te verhit en dan te emulgeer. Die doeltreffendheid van hierdie geneesmiddelgelaaide nanodeeltjies is beoordeel in 'n muriene xenograft-model (HCT-15) waarin gewasselle p-glikoproteïen, 'n uitvloeisel vervoerder, uitdruk. Met die hulp van 'n kontrole-eksperiment wat Taxol ® gebruik, is die gevolglike staking van tumorgroei beoordeel as te wyte aan 'n kombinasie van oorwinning van weerstand (deur nie-spesifieke sitoskeletale versteuring) en die anti-angiogene effek van paclitaxel. Hierdie voorbeelde van verskillende weergawes van paklitaksel illustreer hoe verskillende nanopartikelgebaseerde medisyne-afleweringstrategieë gebruik kan word om die prestasie van 'n geneesmiddel te moduleer en te verbeter.

'N Belangrike oorweging by tumorterapie is die wisselwerking tussen chemoterapeutiese en antiangiogeniese middels. Soos Sengupta en kollegas (2005) aangedui het, kan ontwrigting van tumorbloedvate die lewering van die chemoterapeutiese middel beïnvloed en ook 'n verhoogde uitdrukking van faktore wat verband hou met geneesmiddelweerstand veroorsaak. Hierdie ondersoekers het 'n nanodeeltjie-geneesmiddelafleweringsisteem gesintetiseer met twee lae: 'n kern van poli- (melksuur-glikoliese) suur (PLGA) gekonjugeer met doxorubicin ingeslote in 'n liposoom wat bestaan ​​uit fosfolipiede gekonjugeer met PEG en combretastatien. Hier is doxorubicin die chemoterapeutiese middel en combretastatin is die antiangiogeniese middel. Hierdie meerlaagse deeltjies het gewissel in grootte van 80� nm. Die onderliggende strategie was om die deeltjies na die tumorplek te lewer en dan die geneesmiddel stadig vry te stel deur die PLGA-kern af te breek. By intraveneuse toediening aan muise met gewasse wat veroorsaak word deur karsinoom of melanoom selle, is die deeltjies maklik deur die gewas opgeneem, in ooreenstemming met die verhoogde verblijftyd as gevolg van PEG -vervoeging (Harris en Chess 2003) en die bekende 'x02018 lek'#tumor vate (ook genoem die verbeterde deurlaatbaarheid en retensie, of EPR, effek tumorvate het 400� nm porieë) (Yuan et al 1995). Die nanodeeltjies het beduidende inhibisie van tumorgroei veroorsaak en die lewensduur van die diere verleng.

Neurodegeneratiewe siektes

Die aflewering van geneesmiddels aan die sentrale senuweestelsel bly 'n uitdaging om effektiewe behandelings vir neurodegeneratiewe siektes te ontwikkel (Garcia-Garcia et al 2005 Popovic en Brundin 2006). 'n Belangrike deel van hierdie uitdaging is om die natuurlike neiging van die bloedbreinversperring (BBB) ​​te oorkom om dwelmvervoer te blokkeer. Hierdie versperring is ontwerp om die brein te beskerm teen vreemde stowwe en bloedgedraagde infeksies, maar dit kan nie baie terapeutiese verbindings herken nie. As gevolg hiervan moet hoë dosisse toegedien word, met 'n groter risiko vir nadelige newe -effekte. Van die verskillende benaderings wat in onlangse jare ondersoek is om hierdie beperking te oorkom, is nanopartikel-gebaseerde stelsels wat wissel van polimeerdeeltjies tot liposome. 'n Deeglike oorsig van werk op hierdie gebied is gepubliseer deur Garcia-Garcia en kollegas (2005).

Daar is getoon dat nanopartikels gemaak van poli(heksadesielsianoakrilaat) en verwante verbindings dwelmvervoer oor die BBB fasiliteer. Kreuter en kollegas (2003) het dalargin ('n pynstiller) op poli(butielsianoakrylaat) (PBCA) nanopartikels geadsorbeer en penetrasie oor die BBB in rotte getoon. Meer onlangs het Siegemund en kollegas (2006) gewys hoe PBCA-nanopartikels gelaai met tioflaviene fibrillêre amiloïed β in 'n muriene model van Alzheimer se siekte kan teiken. Calvo en kollegas (2002, 2001) het 'n nanopartikelsisteem gesintetiseer wat bestaan ​​uit 'n kopolimeer van PEG en poli(heksadesielsianoakrylaat) (PHDCA). Aangesien PEG hidrofiel is en PHDCA hidrofobies is, veroorsaak 'n waterige omgewing dat die kopolymeermolekules hulself as deeltjies rangskik met 'n onoplosbare PHDCA -kern en 'n oppervlaklaag PEG. Die inkorporering van PEG kom algemeen voor in baie medisyne -afleweringstelsels omdat dit nie deur makrofage in bloed as 'n vreemde materiaal erken word nie en dus die halfleeftyd van dwelmdraers in bloed kan verhoog (Harris en Chess 2003). Die opname van PEG verhoog inderdaad die vermoë van PHDCA om die BBB oor te steek. Polimeriese miselle kan gevorm word deur kopolimere van PEG en materiale soortgelyk aan PEG, soos poli(propileenoksied). Die kommersieel beskikbare Pluronic ® P-85 polimeer is 'n voorbeeld, en P-85 micelle is gebruik om pynstowwe oor die BBB by muise te vervoer (Witt et al 2002).

Liposoomgebaseerde geneesmiddelafleweringsisteme is ook breedvoerig ondersoek vir die aflewering van geneesmiddels aan die sentrale senuweestelsel (Garcia-Garcia et al 2005). Oppervlakbedekking met PEG is ook effektief in hierdie stelsels. Schmidt en kollegas (2003) het liposome met deursnee wat wissel van 90� nm voorberei om prednisoloon, 'n middel wat gebruik word in die behandeling van veelvuldige sklerose (MS) in te kapsuleer. Na intraveneuse inspuiting by muise met eksperimentele outo -immuun enkefalomiëlitis ('n diermodel vir MS), het die liposome binne 2 uur tot hoë vlakke in die sentrale senuweestelsel opgehoop. Figuur 4 toon goud-(swart) gemerkte liposome tussen astrocyte en mikroglia in 'n rugmurg-afdeling, wat BBB-penetrasie aandui. Behandeling met die geneesmiddelgelaaide liposome het gelei tot die herstel van BBB-integriteit en vermindering van inflammasie sowel as makrofage-infiltrasie. Hierdie behandeling word beskou as beter as die toediening van gratis glukokortikosteroïede, wat 'n konvensionele terapie vir MS is.

Liposoom-gebaseerde geneesmiddellewering aan die senuweestelsel. Goud-gemerkte liposome (swart gekleur in beeld) onder astrocyte en mikroglia in rot rugmurg afdelings wat penetrasie van die bloed𠄻reinversperring (astrosiete en mikroglia rooi gekleur) skaalstaaf aandui = 100 μm. Aangepas uit Schmidt et al (2003) met toestemming van Oxford University Press.

'N Verdere toepassing van PEG-gekonjugeerde liposome is in geenaflewering oor die BBB. Hierdie benadering word gevolg om terapieë te ontwikkel vir chroniese neurologiese siektes wat nie reageer op kleinmolekule middels nie (soos Huntington’ se siekte, Rett-sindroom en Fragile-X-sindroom, om net 'n paar te noem) (Schlachetzki et al 2004). Shi en kollegas (2001) het plasmied-DNA-kodering en#x003b2-galaktosidase oor die BBB by rotte gelewer. Sommige van die PEG-molekules op die liposoomoppervlakke is vasgemaak aan 'n monoklonale teenliggaampie teen TFR wat die brein, lewer en milt teiken. Teenliggaamaanhegting het doelgerigte aflewering van die liposome na spesifieke streke toegelaat, en plasmied-geïnduseerde geenuitdrukking in die brein is minstens 6 dae na toediening van liposome waargeneem. Die belangrikheid van hierdie benadering is die vermoë om gene te vervoer wat normaalweg deur endonukleases in vivo afgebreek sal word deur dit binne liposome te laai met teikenvermoë.

MIV/VIGS

De Jaeghere en kollegas (2000) het die aflewering van 'n MIV-1-protease-inhibeerder, CGP 70726, ondersoek met behulp van pH-sensitiewe nanopartikels gemaak van 'n kopolimeer van metakrielsuur) en etielakrilaat. Hierdie kopolimeer is kommersieel beskikbaar onder die naam Eudragit ® L100�. Die kopolimeer is gekies as gevolg van sy pH-afhanklike oplosbaarheid. Dit is bekend dat CGP 70726 en ander soortgelyke anti-virale middels die replikasiesiklus van MIV-1 ontwrig (Robins en Plattner 1993). ’n Groot uitdaging in die lewering van middels soos CGP 70726 is swak wateroplosbaarheid. De Jaeghere en kollegas het nanopartikels gesintetiseer deur 'n oplossing van die kopolimeer met 'n mengsel van CGP 70726 en bensielalkohol te emulgeer. Die nanopartikels is oraal aan honde toegedien en suksesvolle geneesmiddelvrystelling is waargeneem deur bloedmonsters te ontleed.

Die MIV-1 Tat-proteïen het onlangs na vore gekom as 'n potensiële kandidaat vir 'n profilaktiese of terapeutiese entstof teen MIV-1/VIGS (Cafaro et al 1999 Caputo et al 2004). Rudolph en kollegas (2004) het onlangs 'n SLN-gebaseerde stelsel beskryf wat bestaan ​​uit DNA wat saamgepers is met 'n Tat-proteïen. Hierdie werk het voortgebou op vroeëre studies deur dieselfde groep waarin getoon is dat SLN'e gelaai met DNA soogdierselle in vitro transfekteer (Olbrich et al 2001 Tabatt et al 2004). SLN's is voorberei van 'n kationiese lipied bykomend tot 'n oppervlakaktiewe middel. DNA en Tat -peptied is daarna deur elektrostatiese kragte op die nanopartikeloppervlak geadsorbeer. As dit aan die longe van muise toegedien word deur óf intratracheale instillasie óf aërosol -toediening, is verhoogde geenuitdrukking waargeneem wat dui op suksesvolle transfeksie van die SLN's, maar 'n mate van DNA -agteruitgang is waargeneem.

Alhoewel daar relatief minder berigte is oor in vivo nanopartikelgebaseerde geneesmiddelaflewering op die gebied van MIV/VIGS as op gebiede soos kanker en neurodegeneratiewe siektes, kan aktiwiteit in die gebied beslis bepaal word deur talle onlangse in vitro-studies (Berton et al 1999 , 2001 Nam et al 2002 Cui en Mumper 2003 Becker et al 2004 Sawant et al 2006).

Oogsiektes

Die primêre motivering vir die gebruik van nanopartikelgebaseerde geneesmiddelafleweringsisteme in oftalmiese toepassings is die vermoë om die verblyfstye van die geneesmiddel te verleng deur die geneesmiddel in die oogslymlaag vas te vang (Ludwig 2005). Hierdie laag, wat beskou word as 'n diffusieversperring vir makromolekules, word deur beekselle in die konjunktiva afgeskei en beskerm die epiteellaag van die kornea. Die meeste oogsiektes word behandel met geneesmiddeloplossings wat as oogdruppels toegedien word. Hierdie oplossings is gewoonlik hoogs gekonsentreerd en vereis gereelde toediening as gevolg van vinnige prekorneale verlies wat veroorsaak word deur die beweging van slym tydens knip. Nanopartikels het 'n effektiewe manier verskaf om hierdie moeilikheid te oorkom, soos geïllustreer deur 'n omvattende oorsig deur Ludwig (2005). Hierdie oorsig bevat 'n opsomming van in vivo geneesmiddelafleweringstudies op hierdie gebied.

Pignatello en kollegas (2002a 2002b) het kommersieel beskikbare Eudragit ® polimere gebruik om niesteroïdale en anti-inflammatoriese middels (flurbiprofen en ibuprofen) aan konynoë af te lewer. Hierdie middels word tipies gebruik om die inflammatoriese reaksie wat gewoonlik voorkom na oogkirurgie te versag. Die Eudragit ® RS en RL polimere wat in hierdie ondersoeke gebruik is, was kopolimere van poli(etielakrilaat), poli(metielmetakrilaat), en poli(chloortrimetiel-aminoetiel-metakrilaat). Hierdie polimere is onoplosbaar en kan onder fisiologiese toestande swel, wat hulle geskikte platforms maak vir beheerde vrystelling. Mengsels van geneesmiddel en polimeer is in etanol opgelos en geëmulgeer (met behulp van water en 'n oppervlakteaktiewe middel) om geneesmiddel-ingeslote nanodeeltjies te vorm

100 nm groot. Soutopskortings van hierdie nanodeeltjies is in die konjunktiewe sak van die konyn oë ingebed. Nanopartikels gelaai met beide middels (flurbiprofen en ibuprofen) het effektief inflammatoriese reaksies na chirurgiese trauma geïnhibeer en was vergelykbaar met konvensionele oogdruppelkontroles. Die betekenis van hierdie resultaat is dat die nanopartikelstelsel saamgestel is met 'n laer geneesmiddelkonsentrasie in vergelyking met die oogdruppelbeheer. Tweedens was die nanopartikelstelsel in staat om hoër geneesmiddelvlakke in die glasagtige humor te genereer, wat spruit uit die langer verblyftyd van die geneesmiddel in die polimeermatriks.

Sekere siektetoestande, soos sitomegalovirus (CMV) retinitis vereis toediening van dwelms aan die retinale area van die oog. Infeksie met CMV kan lei tot permanente skade van die retina, choroïed (die streek agter die retina), iris en aangrensende weefsel. Merodio en kollegas (2002) het die gebruik van beeserumalbumien (BSA) nanodeeltjies beskryf om ganciclovir af te lewer, 'n middel wat gebruik word vir die behandeling van CMV -infeksie. Die geneesmiddel is in 'n waterige oplossing met BSA geïnkubeer en druppels is daarna gegenereer deur die byvoeging van etanol tydens 'n emulgeringsproses, die gevolglike nanodeeltjies was ongeveer 280 nm in deursnee. Hierdie nanodeeltjies is in soutoplossing geresuspendeer en toegedien deur intravitreale inspuiting. Die skrywers het waargeneem dat die nanopartikels in 'n dun laag op die retina gebly het vir tot twee weke na inspuiting en histologiese analise het die afwesigheid van enige inflammatoriese response of veranderinge in weefselmorfologie aangedui in vergelyking met normale oogkontroles.

Respiratoriese siektes

Die toepassing van nanopartikel-gebaseerde geneesmiddelafleweringsbenaderings in respiratoriese siektes is ietwat beperk. Die literatuur bevat nietemin verskeie voorbeelde van terapieë wat effektief bewys is vir die behandeling van allergiese, genetiese en infeksiesiektes van die respiratoriese stelsel (Pison et al 2006).

John en kollegas (2003) het die gebruik van 'n liposoom-gebaseerde nanopartikelstelsel gedemonstreer om inflammasie te inhibeer in 'n muriene model van allergiese asma. Die strategie was om P-selectienreseptore op geaktiveerde endoteelselle in sirkulasie te inhibeer, wat interaksies tussen endoteelselle en leukosiete versag. Dit verswak op sy beurt die ontwikkeling van peribrongiale inflammasie. Die nanodeeltjies (gemiddelde deursnee van 73 nm) is ontwerp om die fisiologiese P-selectine superligand (PSGL-1) na te boots deur fukose- en sulfaatestergroepe op die liposoomoppervlak in te sluit. Longontsteking en hiperreaktiwiteit van die lugweë is by muise veroorsaak deur LPS en kakkerlakantigeen. In beide gevalle is waargeneem dat die liposomale nanopartikels verkieslik bind aan selektiene op geaktiveerde endoteelselle (Figuur 5). Histologiese ontleding dui op beduidende afname in peribronchiale ontsteking en hiperreaktiwiteit van die lugweë by muise wat met die nanodeeltjies behandel is in vergelyking met kontroles.

Selektiewe binding van liposome wat fucose- en sulfaatestergroepe aan geaktiveerde endoteelselle in muislonge bied na allergeenuitdaging. (A) Negatiewe beheer (liposome sonder fukose- en sulfaatestergroepe). (B) Liposome met fukose- en sulfaatestergroepe. Skaalstawe in albei beelde = 30 x x 300 cm. Aangepas met toestemming van John et al (2003).

Afkortings: alv, alveolêre wand bv, bloedvat e, endoteel PLNP, liposome.

Kumar en kollegas (2003) het beskryf hoe 'n polimeermiddel-konjugaat, chitosan/interferon-γ pDNA nanopartikels, allergeen-geïnduseerde lugwegontsteking kan verminder. Dit is bekend dat allergiese siektes (soos asma) 'n afname in produksie van interferon-γ (IFN-γ) by pasiënte veroorsaak, wat die pasiënte vatbaar maak vir ontsteking van die lugweë en hiperresponsiwiteit. Die benadering van Kumar en kollegas (2003) het ten doel om IFN-γ-tekort te oorkom deur dit intranasaal as 'n polimeermiddel-konjugaat te verskaf. By muise wat deur allergeen uitgedaag is, het nanodeeltjie-terapie gelei tot verhoogde IFN-γ-uitdrukking deur epiteelselle, waardeur die vermindering van inflammasie en herstel van longmorfologie binne 3 ure vergemaklik word.


Abstrak

In Leishmania die glutathion/glutathion reductase eukaryotic redox system word vervang deur die unieke trypanothione/trypanothione reductase (TR) stelsel. In vitro, silwer is 'n meer effektiewe TR-inhibeerder as antimoon, die eerstelyn-middel teen leishmaniasis in die meeste endemiese lande, en sy meganisme van inhibisie is soortgelyk aan dié van Sb(III). In die besonder bind silwer met hoë affiniteit aan die katalitiese triade Cys52, Cys57 en His461′, waardeur TR inhibeer. Hier is Ag (0) aktiwiteit getoets op die promastigote en amastigote stadiums van Leishmania infantum die gebruik van 'n geneesmiddelafleweringstelsel wat bestaan ​​uit Ag(0) nanopartikels wat deur ferritienmolekules (PfFt−AgNPs) ingekapsuleer is. Dit was in staat om 'n antiproliferatiewe effek op die parasiete te veroorsaak by metaalkonsentrasies laer as dié wat met antimoon gebruik word.


Elektroniese aanvullende materiaal is aanlyn beskikbaar op https://dx.doi.org/10.6084/m9.figshare.c.3971844.

Gepubliseer deur die Royal Society onder die bepalings van die Creative Commons Attribution License http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/, wat onbeperkte gebruik toelaat, mits die oorspronklike outeur en bron gekrediteer word.

Verwysings

. 2010 'n Oorsig van die antibakteriese effekte van silwer nanomateriaal en moontlike implikasies vir menslike gesondheid en die omgewing. J. Nanopart. Res. 12, 1531–1551. (doi:10.1007/s11051-010-9900-y) Crossref, ISI, Google Scholar

. 2015 Voorbereiding van silwer nanodeeltjies en hul industriële en biomediese toepassings: 'n omvattende oorsig. Adv. Mater. Wetenskaplike. Eng . 2015, 1–16. (doi: 10.1155/2015/165257) Crossref, Google Scholar

2015 The MARINA risk assessment strategy: a flexible strategy for efficient information collection and risk assessment of nanomaterials . Int. J. Omgewing. Res. Public Health. 12, 15 007–15 021. (doi:10.3390/ijerph121214961) Crossref, Google Scholar

Beckett R, Jue Z, Giddings JC

. 1987 Determination of molecular weight distribution of fulvic and humic acids using flow field-flow fractionation . Omgewing. Wetenskaplike. Technol. 21, 289–295. (doi:10.1021/es00157a010) Crossref, PubMed, Google Scholar

. 2011 Differential effect of common ligands and molecular oxygen on antimicrobial activity of silver nanoparticles versus silver ions . Omgewing. Wetenskaplike. Technol. 45, 9003–9008. (doi:10.1021/es201918f) Crossref, PubMed, Google Scholar

Kaiser J-P, Roesslein M, Diener L, Wichser A, Nowack B, Wick P

. 2017 Cytotoxic effects of nanosilver are highly dependent on the chloride concentration and the presence of organic compounds in the cell culture media . J. Nanobiotechnol. 15, 5. (doi:10.1186/s12951-016-0244-3) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Liu J, Sonshine DA, Shervani S, Hurt RH

. 2010 Controlled release of biologically active silver from nanosilver surfaces . ACS Nano. 4, 6903–6913. (doi:10.1021/nn102272n) Crossref, PubMed, Google Scholar

Durán N, Durán M, de Jesus MB, Seabra AB, Fávaro WJ, Nakazato G

. 2016 Silver nanoparticles: a new view on mechanistic aspects on antimicrobial activity . Nanomedicine 12, 789–799. (doi:10.1016/j.nano.2015.11.016) Crossref, PubMed, Google Scholar

Durán N, Marcato PD, De Conti R, Alves O, Costa F, Brocchi M

. 2010 Potential use of silver nanoparticles on pathogenic bacteria, their toxicity and possible mechanisms of action . J. Braz. Chem. Soc. 21, 949–959. (doi:10.1590/S0103-50532010000600002) Crossref, Google Scholar

Ahamed M, Alsalhi MS, Siddiqui MKJ

. 2010 Silver nanoparticle applications and human health . Clin. Chim. Acta. 411, 1841–1848. (doi:10.1016/j.cca.2010.08.016) Crossref, PubMed, Google Scholar

El Badawy AM, Silva RG, Morris B, Scheckel KG, Suidan MT, Tolaymat TM

. 2011 Surface charge-dependent toxicity of silver nanoparticles . Omgewing. Wetenskaplike. Technol. 45, 283–287. (doi:10.1021/es1034188) Crossref, PubMed, Google Scholar

Mdluli PS, Sosibo NM, Mashazi PN, Nyokong T, Tshikhudo RT, Skepu A, van der Lingen E

. 2011 Selective adsorption of PVP on the surface of silver nanoparticles: a molecular dynamics study . J. Mol. Struktuur. 1004, 131–137. (doi:10.1016/j.molstruc.2011.07.049) Crossref, Google Scholar

Tuominen M, Schultz E, Sillanpää M

. 2013 Toxicity and stability of silver nanoparticles to the green alga Pseudokirchneriella subcapitata in boreal freshwater samples and growth media . Nanomater. Omgewing. 1, 48–57. (doi:10.2478/nanome-2013-0004) Crossref, Google Scholar

Souza TAJ, Franchi LP, Rosa LR, da Veiga MAMS, Takahashi CS

. 2016 Cytotoxicity and genotoxicity of silver nanoparticles of different sizes in CHO-K1 and CHO-XRS5 cell lines . Mut. Res/Gen. Toksikol. Omgewing. Mutagenese. 795, 70–83. (doi:10.1016/j.mrgentox.2015.11.002) Crossref, PubMed, Google Scholar

Rosslein M, Liptrott NJ, Owen A, Boisseau P, Wick P, Herrmann IK

. 2017 Sound understanding of environmental, health and safety, clinical, and market aspects is imperative to clinical translation of nanomedicines . Nanotoxicology 11, 147–149. (doi:10.1080/17435390.2017.1279361) Crossref, PubMed, Google Scholar

2014 Concern-driven integrated approaches to nanomaterial testing and assessment – report of the nanosafety cluster working group 10 . Nanotoxicology 8, 334–348. (doi:10.3109/17435390.2013.802387) Crossref, PubMed, Google Scholar

Loeschner K, Harrington CF, Kearney J-L, Langton DJ, Larsen EH

. 2015 Feasibility of asymmetric flow field-flow fractionation coupled to ICP-MS for the characterization of wear metal particles and metalloproteins in biofluids from hip replacement patients . Anaal. Bioanaal. Chem. 407, 4541–4554. (doi:10.1007/s00216-015-8631-4) Crossref, PubMed, Google Scholar

. 2015 Characterization of silver nanoparticles in cell culture medium containing fetal bovine serum . Langmuir 31, 6842–6852. (doi:10.1021/acs.langmuir.5b00687) Crossref, PubMed, Google Scholar

Mudalige TK, Qu H, Linder SW

. 2015 Asymmetric flow-field flow fractionation hyphenated ICP-MS as an alternative to cloud point extraction for quantification of silver nanoparticles and silver speciation: application for nanoparticles with a protein corona . Anaal. Chem. 87, 7395–7401. (doi:10.1021/acs.analchem.5b01592) Crossref, PubMed, Google Scholar

Parvez S, Venkataraman C, Mukherji S

. 2006 A review on advantages of implementing luminescence inhibition test (Vibrio fischeri) for acute toxicity prediction of chemicals . Omgewing. Int. 32, 265–268. (doi:10.1016/j.envint.2005.08.022) Crossref, PubMed, Google Scholar

Blosi M, Albonetti S, Dondi M, Baldi G, Barzanti A, Bitossi M

. 2011 Process for preparing stable suspensions of metal nanoparticles and the stable colloidal suspensions obtained thereby. Google Patents. Google Scholar

Blosi M, Albonetti S, Ortelli S, Costa AL, Ortolani L, Dondi M

. 2014 Green and easily scalable microwave synthesis of noble metal nanosols (Au, Ag, Cu, Pd) usable as catalysts . New J. Chem. 38, 1401–1409. (doi:10.1039/C3NJ00894K) Crossref, Google Scholar

. 2014 Process for the preparation of nanoparticles of noble metals in hydrogel and nanoparticles thus obtained. WO2016125070 A1. 2016. Google Scholar

Reschiglian P, Zattoni A, Roda B, Cinque L, Parisi D, Roda A, Dal Piaz F, Moon MH, Min BR

. 2005 On-line hollow-fiber flow field-flow fractionation-electrospray ionization/time-of-flight mass spectrometry of intact proteins . Anaal. Chem. 77, 47–56. (doi:10.1021/ac048898o) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Zattoni A, Loli Piccolomini E, Torsi G, Reschiglian P

. 2003 Turbidimetric detection method in flow-assisted separation of dispersed samples . Anaal. Chem. 75, 6469–6477. (doi:10.1021/ac034729c) Crossref, PubMed, Google Scholar

2015 Hollow-fiber flow field-flow fractionation and multi-angle light scattering investigation of the size, shape and metal-release of silver nanoparticles in aqueous medium for nano-risk assessment . J. Pharm. Biomed. Anaal. 106, 92–99. (doi:10.1016/j.jpba.2014.11.031) Crossref, PubMed, Google Scholar

2013 Interlaboratory comparison of size measurements on nanoparticles using nanoparticle tracking analysis (NTA) . J. Nanopart. Res. 15, 2101. (doi:10.1007/s11051-013-2101-8) Crossref, PubMed, Google Scholar

Lane MC, Alteri CJ, Smith SN, Mobley HLT

. 2007 Expression of flagella is coincident with uropathogenic Escherichia coli ascension to the upper urinary tract . Proc. Natl Acad. Wetenskaplike. VSA 104, 16 669–16 674. (doi:10.1073/pnas.0607898104) Crossref, Google Scholar

. 2014 Size-dependent shifts of plasmon resonance in silver nanoparticle films using controlled dissolution: monitoring the onset of surface screening effects . J. Fis. Chem. C 118, 28 075–28 083. (doi:10.1021/jp505632n) Crossref, Google Scholar

2015 Impact of storage conditions and storage time on silver nanoparticles’ physicochemical properties and implications for their biological effects . RSC Adv. 5, 84 172–84 185. (doi:10.1039/C5RA10187E) Crossref, Google Scholar

Li Y, Lubchenko V, Vekilov PG

. 2011 The use of dynamic light scattering and Brownian microscopy to characterize protein aggregation . Rev. Sci. Instrum. 82, 053106. (doi:10.1063/1.3592581) Crossref, PubMed, Google Scholar

Tande BM, Wagner NJ, Mackay ME, Hawker CJ, Jeong M

. 2001 Viscosimetric, hydrodynamic, and conformational properties of dendrimers and dendrons . Makromolekules 34, 8580–8585. (doi:10.1021/ma011265g) Crossref, Google Scholar

. 2013 Effects of aggregate structure on the dissolution kinetics of citrate-stabilized silver nanoparticles . Omgewing. Wetenskaplike. Technol. 47, 9148–9156. (doi:10.1021/es400391a) Crossref, PubMed, Google Scholar

2013 Genotoxicity of polyvinylpyrrolidone-coated silver nanoparticles in BEAS 2B cells . Toksikologie 313, 38–48. (doi:10.1016/j.tox.2012.09.014) Crossref, PubMed, Google Scholar

2016 Towards a nanospecific approach for risk assessment . Regul. Toksikol. Pharmacol. 80, 46–59. (doi:10.1016/j.yrtph.2016.05.037) Crossref, PubMed, Google Scholar

Gogoi SK, Gopinath P, Paul A, Ramesh A, Ghosh SS, Chattopadhyay A

. 2006 Green fluorescent protein-expressing Escherichia coli as a model system for investigating the antimicrobial activities of silver nanoparticles . Langmuir 22, 9322–9328. (doi:10.1021/la060661v) Crossref, PubMed, Google Scholar

Mobley HL, Green DM, Trifillis AL, Johnson DE, Chippendale GR, Lockatell CV, Jones BD, Warren JW

. 1990 Pyelonephritogenic Escherichia coli and killing of cultured human renal proximal tubular epithelial cells: role of hemolysin in some strains . Infekteer. Immun. 58, 1281–1289. PubMed, Google Scholar

Shukla RK, Sharma V, Pandey AK, Singh S, Sultana S, Dhawan A

. 2011 ROS-mediated genotoxicity induced by titanium dioxide nanoparticles in human epidermal cells . Toksikol. In vitro 25, 231–241. (doi:10.1016/j.tiv.2010.11.008) Crossref, PubMed, Google Scholar

Ahamed M, Alhadlaq HA, Alam J, Majeed Khan MA, Ali D, Alarafi S

. 2013 Iron oxide nanoparticle-induced oxidative stress and genotoxicity in human skin epithelial and lung epithelial cell lines . Curr. Pharm. Des. 19, 6681–6690. (doi:10.2174/1381612811319370011) Crossref, PubMed, Google Scholar

Nel A, Xia T, Mädler L, Li N

. 2006 Toxic potential of materials at the nanolevel . Wetenskap 311, 622–627. (doi:10.1126/science.1114397) Crossref, PubMed, ISI, Google Scholar

Samberg ME, Oldenburg SJ, Monteiro-Riviere NA

. 2010 Evaluation of silver nanoparticle toxicity in skin in vivo and keratinocytes in vitro . Omgewing. Health Perspect. 118, 407–413. (doi:10.1289/ehp.0901398) Crossref, PubMed, Google Scholar

. 2015 Polysaccharide characterization by hollow-fiber flow field-flow fractionation with on-line multi-angle static light scattering and differential refractometry . J. Chromatogr. A 1380, 146–155. (doi:10.1016/j.chroma.2014.12.070) Crossref, PubMed, Google Scholar

Fukuda J, Iwura T, Yanagihara S, Kano K

. 2014 Separation and quantification of monoclonal-antibody aggregates by hollow-fiber-flow field-flow fractionation . Anaal. Bioanaal. Chem. 406, 6257–6264. (doi:10.1007/s00216-014-8065-4) Crossref, PubMed, Google Scholar

Bartczak D, Vincent P, Goenaga-Infante H

. 2015 Determination of size- and number-based concentration of silica nanoparticles in a complex biological matrix by online techniques . Anaal. Chem. 87, 5482–5485. (doi:10.1021/acs.analchem.5b01052) Crossref, PubMed, Google Scholar

Marassi V, Roda B, Zattoni A, Tanase M, Reschiglian P

. 2014 Hollow fiber flow field-flow fractionation and size-exclusion chromatography with multi-angle light scattering detection: a complementary approach in biopharmaceutical industry . J. Chromatogr. A 1372, 196–203. (doi:10.1016/j.chroma.2014.10.072) Crossref, Google Scholar

Fromen CA, Rahhal TB, Robbins GR, Kai MP, Shen TW, Luft JC, DeSimone JM

. 2016 Nanoparticle surface charge impacts distribution, uptake and lymph node trafficking by pulmonary antigen-presenting cells . Nanomedicine 12, 677–687. (doi:10.1016/j.nano.2015.11.002) Crossref, PubMed, Google Scholar

Park MVDZ, Neigh AM, Vermeulen JP, de la Fonteyne LJJ, Verharen HW, Briedé JJ, van Loveren H, de Jong WH

. 2011 The effect of particle size on the cytotoxicity, inflammation, developmental toxicity and genotoxicity of silver nanoparticles . Biomateriaal 32, 9810–9817. (doi:10.1016/j.biomaterials.2011.08.085) Crossref, PubMed, Google Scholar

Piao MJ, Kang KA, Lee IK, Kim HS, Kim S, Choi JY, Choi J, Hyun JW

. 2011 Silver nanoparticles induce oxidative cell damage in human liver cells through inhibition of reduced glutathione and induction of mitochondria-involved apoptosis . Toksikol. Lett. 201, 92–100. (doi:10.1016/j.toxlet.2010.12.010) Crossref, PubMed, Google Scholar

Rai M, Kon K, Ingle A, Duran N, Galdiero S, Galdiero M

. 2014 Broad-spectrum bioactivities of silver nanoparticles: the emerging trends and future prospects . Appl. Mikrobioloë. Biotegnologie. 98, 1951–1961. (doi:10.1007/s00253-013-5473-x) Crossref, PubMed, Google Scholar

Marassi V, Di Cristo L, Smith SGJ, Ortelli S, Blosi M, Costa AL, Reschiglian P, Volkov Y, Prina-Mello A


Erkennings

The authors thank Ekin Oeztuerk Ilgue for her assistance with the reference library.

Funding statement

This work was financed by the Federal Office of Public Health, Switzerland, Swiss National Science Foundation, the National Research Program 64, the German Research Foundation (SPP1313), the Swiss Nanoscience Institute (SNI) within the National Center of Research (NCCR) in Nanoscale Science and the Adolphe Merkle Foundation. The authors acknowledge the support of the Electron Microscopy Centre EMEZ of the Swiss Federal Institute of Technology ETHZ for the algae imaging work.


1. Inleiding

Herein we describe extensively the use of different methods for the characterization of NPs. These techniques are sometimes exclusive for the study of a particular property, while in other cases they are combined. 4 We discuss all these techniques in a comparative way, considering factors such as their availability, cost, selectivity, precision, non-destructive nature, simplicity and affinity to certain compositions or materials. The techniques are analysed in depth, despite their big number presented herein. There are microscopy-based techniques ( e.g. TEM, HRTEM, and AFM – the full names of the techniques are provided later in the text, when presenting each one of them), which provide information on the size, morphology and crystal structure of the nanomaterials. Other techniques are specialized for certain groups of materials, such as the magnetic techniques. Examples of these techniques are SQUID, VSM, FMR, and XMCD. Many other techniques provide further information on the structure, elemental composition, optical properties and other common and more specific physical properties of the nanoparticle samples. Examples of these techniques include X-ray, spectroscopy and scattering techniques.

This review is organized in different sections, which will present numerous distinct characterization techniques for NPs in relation to the properties studied (see Tables 1 and 2). The sections are categorized according to the different technique groups, as described above.

Technique Main information derived Afdeling Fig.
XRD (group: X-ray based techniques) Crystal structure, composition, crystalline grain size 2.1
XAS (EXAFS, XANES) X-ray absorption coefficient (element-specific) – chemical state of species, interatomic distances, Debye–Waller factors, also for non-crystalline NPs 2.1
SAXS Particle size, size distribution, growth kinetics 2.1 1
XPS Electronic structure, elemental composition, oxidation states, ligand binding (surface-sensitive) 2.1
FTIR (group: further techniques for structure/composition/main properties) Surface composition, ligand binding 2.2
NMR (all types) Ligand density and arrangement, electronic core structure, atomic composition, influence of ligands on NP shape, NP size 2.2
BET Surface area 2.2
TGA Mass and composition of stabilizers 2.2
LEIS Thickness and chemical composition of self-assembled monolayers of NPs 2.2
UV-Vis Optical properties, size, concentration, agglomeration state, hints on NP shape 2.2
PL spectroscopy Optical properties – relation to structure features such as defects, size, composition 2.2
DLS Hydrodynamic size, detection of agglomerates 2.2 2
NTA NP size and size distribution 2.2 3
DCS NP size and size distribution 2.2
ICP-MS Elemental composition, size, size distribution, NP concentration 2.2 4
SIMS, ToF-SIMS, MALDI Chemical information (surface-sensitive) on functional group, molecular orientation and conformation, surface topography, MALDI for NP size 2.2 5
RMM-MEMS, ζ-potential, pH, EPM, GPC, DSC, etc . Please check the relevant parts of the manuscript 2.2
SQUID-nanoSQUID (group: magnetic nanomaterials) Magnetization saturation, magnetization remanence, blocking temperature 2.3 6
VSM Similar to SQUID through M–H plots and ZFC-FC curves 2.3
Mössbauer Oxidation state, symmetry, surface spins, magnetic ordering of Fe atoms, magnetic anisotropy energy, thermal unblocking, distinguish between iron oxides 2.3 7
FMR NP size, size distribution, shape, crystallographic imperfection, surface composition, M values, magnetic anisotropic constant, demagnetization field 2.3
XMCD Site symmetry and magnetic moments of transition metal ions in ferro- and ferri-magnetic materials, element specific 2.3
Magnetic susceptibility, magnetophoretic mobility Please check the relevant parts of the manuscript 2.3
Superparamagnetic relaxometry Core properties, hydrodynamic size distribution, detect and localize superparamagnetic NPs 2.3 8
TEM (group: microscopy techniques) NP size, size monodispersity, shape, aggregation state, detect and localize/quantify NPs in matrices, study growth kinetics 2.4 9 and 10
HRTEM All information by conventional TEM but also on the crystal structure of single particles. Distinguish monocrystalline, polycrystalline and amorphous NPs. Study defects 2.4 11 and 12
Liquid TEM Depict NP growth in real time, study growth mechanism, single particle motion, superlattice formation 2.4 13
Cryo-TEM Study complex growth mechanisms, aggregation pathways, good for molecular biology and colloid chemistry to avoid the presence of artefacts or destroyed samples 2.4 14
Elektron diffraksie Crystal structure, lattice parameters, study order–disorder transformation, long-range order parameters 2.4
STAM Combined with HAADF, EDX for morphology study, crystal structure, elemental composition. Study the atomic structure of hetero-interfaces 2.4
Aberration-corrected (STEM, TEM) Atomic structure of NP clusters, especially bimetallic ones, as a function of composition, alloy homogeneity, phase segregation 2.4 15 and 16
EELS (EELS-STEM) Type and quantity of atoms present, chemical state of atoms, collective interactions of atoms with neighbors, bulk plasmon resonance 2.4 17
Elektron tomografie Realistic 3D particle visualization, snapshots, video, quantitative information down to the atomic scale 2.4 18 and 19
SEM-HRSEM, T-SEM-EDX Morphology, dispersion of NPs in cells and other matrices/supports, precision in lateral dimensions of NPs, quick examination–elemental composition 2.4 20
EBSD Structure, crystal orientation and phase of materials in SEM. Examine microstructures, reveal texture, defects, grain morphology, deformation 2.4
AFM NP size and shape in 3D mode, evaluate degree of covering of a surface with NP morphology, dispersion of NPs in cells and other matrices/supports, precision in lateral dimensions of NPs, quick examination–elemental composition 2.4 21, 22 and 23
MFM Standard AFM imaging together with the information of magnetic moments of single NPs. Study magnetic NPs in the interior of cells. Discriminate from non-magnetic NPs 2.4 21
Entity characterized Characterization techniques suitable
Size (structural properties) TEM, XRD, DLS, NTA, SAXS, HRTEM, SEM, AFM, EXAFS, FMR, DCS, ICP-MS, UV-Vis, MALDI, NMR, TRPS, EPLS, magnetic susceptibility
Shape TEM, HRTEM, AFM, EPLS, FMR, 3D-tomography
Elemental-chemical composition XRD, XPS, ICP-MS, ICP-OES, SEM-EDX, NMR, MFM, LEIS
Crystal structure XRD, EXAFS, HRTEM, electron diffraction, STEM
Size distribution DCS, DLS, SAXS, NTA, ICP-MS, FMR, superparamagnetic relaxometry, DTA, TRPS, SEM
Chemical state–oxidation state XAS, EELS, XPS, Mössbauer
Growth kinetics SAXS, NMR, TEM, cryo-TEM, liquid-TEM
Ligand binding/composition/density/arrangement/mass, surface composition XPS, FTIR, NMR, SIMS, FMR, TGA, SANS
Surface area, specific surface area BET, liquid NMR
Surface charge Zeta potential, EPM
Konsentrasie ICP-MS, UV-Vis, RMM-MEMS, PTA, DCS, TRPS
Agglomeration state Zeta potential, DLS, DCS, UV-Vis, SEM, Cryo-TEM, TEM
Density DCS, RMM-MEMS
Single particle properties Sp-ICP-MS, MFM, HRTEM, liquid TEM
3D visualization 3D-tomography, AFM, SEM
Dispersion of NP in matrices/supports SEM, AFM, TEM
Structural defects HRTEM, EBSD
Detection of NPs TEM, SEM, STEM, EBSD, magnetic susceptibility
Optical properties UV-Vis-NIR, PL, EELS-STEM
Magnetic properties SQUID, VSM, Mössbauer, MFM, FMR, XMCD, magnetic susceptibility

What's So Special about the Nanoscale?

Nanoscale particles are not new in either nature or science. However, the recent leaps in areas such as microscopy have given scientists new tools to understand and take advantage of phenomena that occur naturally when matter is organized at the nanoscale. In essence, these phenomena are based on "quantum effects" and other simple physical effects such as expanded surface area (more on these below). In addition, the fact that a majority of biological processes occur at the nanoscale gives scientists models and templates to imagine and construct new processes that can enhance their work in medicine, imaging, computing, printing, chemical catalysis, materials synthesis, and many other fields. Nanotechnology is not simply working at ever smaller dimensions rather, working at the nanoscale enables scientists to utilize the unique physical, chemical, mechanical, and optical properties of materials that naturally occur at that scale.

Computer simulation of electron motions within a nanowire that has a diameter in
the nanoscale range. (Image: NSF multimedia/ Eric Heller Gallery)

Scale at which Quantum Effects Dominate Properties of Materials

When particle sizes of solid matter in the visible scale are compared to what can be seen in a regular optical microscope, there is little difference in the properties of the particles. But when particles are created with dimensions of about 1–100 nanometers (where the particles can be “seen” only with powerful specialized microscopes), the materials’ properties change significantly from those at larger scales. This is the size scale where so-called quantum effects rule the behavior and properties of particles. Properties of materials are size-dependent in this scale range. Thus, when particle size is made to be nanoscale, properties such as melting point, fluorescence, electrical conductivity, magnetic permeability, and chemical reactivity change as a function of the size of the particle.

Nanoscale gold illustrates the unique properties that occur at the nanoscale. Nanoscale gold particles are not the yellow color with which we are familiar nanoscale gold can appear red or purple. At the nanoscale, the motion of the gold’s electrons is confined. Because this movement is restricted, gold nanoparticles react differently with light compared to larger-scale gold particles. Their size and optical properties can be put to practical use: nanoscale gold particles selectively accumulate in tumors, where they can enable both precise imaging and targeted laser destruction of the tumor by means that avoid harming healthy cells.

A fascinating and powerful result of the quantum effects of the nanoscale is the concept of “tunability” of properties. That is, by changing the size of the particle, a scientist can literally fine-tune a material property of interest (e.g., changing fluorescence color in turn, the fluorescence color of a particle can be used to identify the particle, and various materials can be “labeled” with fluorescent markers for various purposes). Another potent quantum effect of the nanoscale is known as “tunneling,” which is a phenomenon that enables the scanning tunneling microscope and flash memory for computing.

Scale at Which Much of Biology Occurs

Over millennia, nature has perfected the art of biology at the nanoscale. Many of the inner workings of cells naturally occur at the nanoscale. For example, hemoglobin, the protein that carries oxygen through the body, is 5.5 nanometers in diameter. A strand of DNA, one of the building blocks of human life, is only about 2 nanometers in diameter.

Drawing on the natural nanoscale of biology, many medical researchers are working on designing tools, treatments, and therapies that are more precise and personalized than conventional ones—and that can be applied earlier in the course of a disease and lead to fewer adverse side-effects. One medical example of nanotechnology is the bio-barcode assay, a relatively low-cost method of detecting disease-specific biomarkers in the blood, even when there are very few of them in a sample. The basic process, which attaches “recognition” particles and DNA “amplifiers” to gold nanoparticles, was originally demonstrated at Northwestern University for a prostate cancer biomarker following prostatectomy. The bio-barcode assay has proven to be considerably more sensitive than conventional assays for the same target biomarkers, and it can be adapted to detect almost any molecular target. ek

Growing understanding of nanoscale biomolecular structures is impacting other fields than medicine. Some scientists are looking at ways to use nanoscale biological principles of molecular self-assembly, self-organization, and quantum mechanics to create novel computing platforms. Other researchers have discovered that in photosynthesis, the energy that plants harvest from sunlight is nearly instantly transferred to plant “reaction centers” by quantum mechanical processes with nearly 100% efficiency (little energy wasted as heat). They are investigating photosynthesis as a model for “green energy” nanosystems for inexpensive production and storage of nonpolluting solar power. ii

Scale at which Surfaces and Interfaces Play a Large Role in Materials Properties and Interactions

Nanoscale materials have far larger surface areas than similar masses of larger-scale materials. As surface area per mass of a material increases, a greater amount of the material can come into contact with surrounding materials, thus affecting reactivity.

A simple thought experiment shows why nanoparticles have phenomenally high surface areas. A solid cube of a material 1 cm on a side has 6 square centimeters of surface area, about equal to one side of half a stick of gum. But if that volume of 1 cubic centimeter were filled with cubes 1 mm on a side, that would be 1,000 millimeter-sized cubes (10 x 10 x 10), each one of which has a surface area of 6 square millimeters, for a total surface area of 60 square centimeters—about the same as one side of two-thirds of a 3” x 5” note card. When the 1 cubic centimeter is filled with micrometer-sized cubes—a trillion (10 12 ) of them, each with a surface area of 6 square micrometers—the total surface area amounts to 6 square meters, or about the area of the main bathroom in an average house. And when that single cubic centimeter of volume is filled with 1-nanometer-sized cubes—10 21 of them, each with an area of 6 square nanometers—their total surface area comes to 6,000 square meters. In other words, a single cubic centimeter of cubic nanoparticles has a total surface area one-third larger than a football field!

Illustration demonstrating the effect of the increased surface area provided by nanostructured materials

One benefit of greater surface area—and improved reactivity—in nanostructured materials is that they have helped create better catalysts. As a result, catalysis by engineered nanostructured materials already impacts about one-third of the huge U.S.—and global—catalyst markets, affecting billions of dollars of revenue in the oil and chemical industries. iii An everyday example of catalysis is the catalytic converter in a car, which reduces the toxicity of the engine’s fumes. Nanoengineered batteries, fuel cells, and catalysts can potentially use enhanced reactivity at the nanoscale to produce cleaner, safer, and more affordable modes of producing and storing energy.

Large surface area also makes nanostructured membranes and materials ideal candidates for water treatment and desalination, among other uses. It also helps support “functionalization” of nanoscale material surfaces (adding particles for specific purposes), for applications ranging from drug delivery to clothing insulation.


Kyk die video: Controlled Chemical Synthesis Methods of Ag Nanoparticles (Oktober 2022).