معلومة

كيفية التعرف على الجسيمات النانوية Ag في محلول؟

كيفية التعرف على الجسيمات النانوية Ag في محلول؟


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.

القيام بتجربة إنتاج جسيمات الفضة النانوية باستخدام المستخلصات البكتيرية. المشكلة هي إثبات أنه تم تشكيلها. يضاف AgNO3 إلى المحلول ، وتقلل بيئة الاختزال للبكتيريا إلى جزيئات الفضة النانوية ذات الأحجام المختلفة ، اعتمادًا على العديد من العوامل. يمكن رؤية تغير اللون ، وتغيير في مواصفات UV-vis أيضًا ، ولكن بعد ذلك ، هل هناك أي شيء آخر يمكن القيام به؟ الأوراق التي أسند إليها هذا المشروع لها إمكانية الوصول إلى المجاهر الإلكترونية ، لا أفعل ذلك. هل هناك أي نوع من الاختبارات البيولوجية التي تتفاعل مع الفضة المعدنية؟ أو ربما Ag NPs؟ أو أي شخص لديه أي خبرة في إنتاج الجسيمات النانوية بيولوجيًا؟ سأطلب في الكيمياء أيضًا تفاعل كيميائي محتمل لتحديد الفضة المعدنية.


تقول هذه الورقة أن جزيئات الفضة النانوية تعزز التفاعل الإنزيمي الذي يحدث في اختبار ELISA العادي. يجب أن تكون قادرًا على ملاحظة تحول كبير في امتصاص الأشعة فوق البنفسجية بمقارنة البكتيريا بجهاز تحكم.

خلاف ذلك ، كنت أفكر ببساطة في تحلل البكتيريا وطرد المحللة. أتوقع أن تحتوي الحبيبات على جسيمات نانوية وأن تكون مختلفة إلى حد ما (في اللون؟) عن بيليه التحكم.


الإمكانات الطبية الحيوية لجسيمات الفضة النانوية المُصنَّعة من خلايا كالي كولوسينثيس سيترولس (ل) شراد

من التطبيقات الشائعة بشكل متزايد استخدام الجسيمات النانوية الفضية للطلاء المضاد للميكروبات وضمادات الجروح والأجهزة الطبية الحيوية. في هذا التحقيق الحالي ، قمنا بالإبلاغ عن الإمكانات الطبية الحيوية لمضادات الفضة النانوية المُصنَّعة من مستخلص كالي من كولوسينثيس سيترولس على خط خلايا سرطان الحنجرة البشري البشري (HEp -2).

أساليب

يتفاعل مستخلص الكالس مع محلول نترات الفضة وأكد تخليق الجسيمات النانوية الفضية من خلال التغيير المطرد للون الأخضر إلى البني المحمر ويتميز باستخدام FT-IR و AFM. تم تقييم السمية على خط خلايا HEp 2 باستخدام مقايسة MTT ومقايسة كاسباس -3 ومقايسة تسرب نازعة هيدروجين اللاكتات ومقايسة تفتيت الحمض النووي.

نتائج

تم العثور على جسيمات الفضة النانوية المركبة بشكل عام لتكون كروية الشكل بحجم 31 نانومتر بواسطة AFM. التركيز المولي لمحلول الجسيمات النانوية الفضية في دراستنا الحالية هو 1100 نانومتر / 10 مل. تظهر النتائج أن الجسيمات النانوية الفضية تتوسط سمية تعتمد على الجرعة للخلية التي تم اختبارها ، وأن جسيمات الفضة النانوية عند 500 نانومتر قللت من قابلية خلايا HEp 2 للحياة إلى 50٪ من المستوى الأولي. وجد أن أنشطة LDH مرتفعة بشكل ملحوظ بعد 48 ساعة من التعرض في الوسط الذي يحتوي على جزيئات الفضة النانوية عند مقارنتها بعنصر التحكم ، واقترح تنشيط Caspase 3 أن الجسيمات النانوية الفضية تسببت في موت الخلايا من خلال موت الخلايا المبرمج ، والذي كان مدعومًا بشكل أكبر من خلال تجزئة الحمض النووي الخلوي ، أظهر أن الفضة أظهرت الجسيمات النانوية المعالجة بخلايا HEp2 فواصل حبلا مزدوجة واسعة ، مما أدى إلى ظهور سلم (الخط 2) ، بينما أظهر الحمض النووي لخلايا HEp2 الضابطة المكملة بنسبة 10 ٪ من المصل الحد الأدنى من الكسر (الخط 1). كشفت هذه الدراسة أن القضاء التام على استخدام الأدوية باهظة الثمن لعلاج السرطان.


التوليف الأخضر لجسيمات الفضة النانوية باستخدام Helichrysum gravolens للتطبيقات الطبية الحيوية ومعالجة مياه الصرف الصحي

إن استخدام منتجات الأدوية العشبية معترف به جيدًا منذ ظهور البشرية التي لها آثار جانبية قليلة جدًا. تعتبر الإجراءات البيولوجية كطرق صديقة للبيئة وفعالة من حيث التكلفة مهمة في تخليق الجسيمات النانوية والمواد النانوية. في هذا العمل ، كان الموقف البيولوجي يهدف إلى إنتاج الجسيمات النانوية بواسطة Helichrysum gravolens. العديد من الإجراءات المستخدمة لوصف الجسيمات النانوية المصنعة هي المجهر الإلكتروني للإرسال (TEM) ، والقياس الطيفي المرئي فوق البنفسجي (UV-Vis) ، والتحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء (FTIR). أشارت تقنية الأشعة فوق البنفسجية المرئية إلى ذروة حادة في المنطقة 439 نانومتر وتظهر الصور TEM أن شكل الجسيمات النانوية (NPs) كروي وأن متوسط ​​قطر الجسيمات النانوية المركبة هو 11 نانومتر. أظهرت NPs المُصنَّعة حيوياً خصائص مضادة للميكروبات ضد البكتيريا المسببة للأمراض السائدة (المكورات العنقودية الذهبية, البشرة العنقودية, الزائفة الزنجارية, الإشريكية القولونية). تُظهر NPs الخضراء المُصنّعة نشاطًا مضادًا للسرطان ضد خط خلايا سرطان القولون (C26) والذي يعتمد على الوقت والتركيزات. أيضًا ، تعمل AgNPs المركبة كمحفز أخضر بسبب تسريع تحلل الصبغة العضوية والمستقرة (الميثيلين البرتقالي). أنشأت العواقب هذا البروتوكول على أنه نهج فيزيائية كيميائية تقليدية سهلة وسريعة وبديلة.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


مراجع

Wong، K. K. Y. & amp Liu، X.L silver nanoparticles - the "silver bullet" real bullet in Clinical medicine؟ MedChemComm 1, 125–131 (2010).

ليفرمور ، دي إم أربعة عشر عامًا في المقاومة. كثافة العمليات J. Antimicrob. عملاء 39, 283–294 (2012).

مايو ، M. المضادات الحيوية. طبيعة سجية 509، S1 (2014).

هيدي ، ك. سباق تسلح معدي. طبيعة سجية 509، S2 – S3 (2014).

كوي ، ل. وآخرون. دراسة في الموقع للنشاط المضاد للبكتيريا وآلية عمل الجسيمات النانوية الفضية بواسطة مطيافية رامان المعززة بالسطح. شرجي. تشيم. 85, 5436–5443 (2013).

Lara، H. H.، Ayala-Núñez، N. V.، Ixtepan Turrent، L. del C. & amp Rodríguez Padilla، C. تأثير مبيد للجراثيم لجزيئات الفضة النانوية ضد البكتيريا المقاومة للأدوية المتعددة. العالم J. Microbiol. التكنولوجيا الحيوية. 26, 615–621 (2010).

لي ، و. وآخرون. التأثير المضاد للبكتيريا لجزيئات الفضة النانوية المكورات العنقودية الذهبية. المعادن الحيوية 24, 135–141 (2011).

مورونيس ، جيه آر وآخرون. تأثير مبيد الجراثيم لجسيمات الفضة النانوية. تقنية النانو 16, 2346–2353 (2005).

Panáček، A. et al. الجسيمات النانوية الغروانية الفضية: التركيب والتوصيف والنشاط المضاد للبكتيريا. J. فيز. تشيم. ب 110, 16248–16253 (2006).

Panáček، A. et al. فعالية تآزرية قوية وغير محددة للمضادات الحيوية مع الجسيمات النانوية الفضية بتركيزات منخفضة للغاية لا تظهر أي تأثير سام للخلايا. جزيئات 21, 26 (2016).

Panáček، A. et al. تعمل جزيئات الفضة النانوية على تعزيز واستعادة نشاط مبيد الجراثيم للمضادات الحيوية غير النشطة ضد البكتيريا المعوية متعددة المقاومة. الأمواج الغروية. واجهات بيولوجية 142, 392–399 (2016).

براون ، أ.ن. وآخرون. تعمل الجسيمات النانوية مع الأمبيسلين على تدمير العزلات المقاومة للمضادات الحيوية المتعددة الزائفة الزنجارية و الهوائيات المعوية ومقاومة للميثيسيلين المكورات العنقودية الذهبية. تطبيق بيئة. ميكروبيول. 78, 2768–2774 (2012).

Sharma، V.K، Yngard، R.A & amp Lin، Y. الجسيمات النانوية الفضية: التوليف الأخضر وأنشطتها المضادة للميكروبات. حال. علوم واجهة الغروانية. 145, 83–96 (2009).

Morones-Ramirez، J.R، Winkler، J.A، Spina، C.S & amp Collins، J. J. Silver يعزز نشاط المضادات الحيوية ضد البكتيريا سالبة الجرام. علوم. ترجمة. ميد. 5، 190ra81 (2013).

Lemire ، J. A. ، Harrison ، J. J. & amp Turner ، R. J. النشاط المضاد للميكروبات للمعادن: الآليات والأهداف الجزيئية والتطبيقات. نات. القس ميكروبيول. 11, 371–384 (2013).

Haefeli ، C. ، Franklin ، C. & amp Hardy ، K. مقاومة الفضة المحددة بالبلازميد في Pseudomonas stutzeri معزولة عن منجم فضة. J. باكتيريول. 158, 389–392 (1984).

Li ، X. Z. ، Nikaido ، H. & amp Williams ، K. E. المسوخ المقاوم للفضة من الإشريكية القولونية عرض التدفق النشط لـ Ag + وهي قاصرة في البورينز. J. باكتيريول. 179, 6127–6132 (1997).

جوبتا ، أ ، ماتسوي ، ك. ، لو ، ج. & amp Silver، S. الأساس الجزيئي لمقاومة الكاتيونات الفضية في السالمونيلا. نات. ميد. 5, 183–188 (1999).

Nies ، D. H. مقاومة المعادن الثقيلة بوساطة التدفق في بدائيات النوى. FEMS ميكروبيول. القس. 27, 313–339 (2003).

الفضة ، S. المقاومة البكتيرية للفضة: البيولوجيا الجزيئية واستخدامات وإساءة استخدام مركبات الفضة. FEMS ميكروبيول. القس. 27, 341–353 (2003).

Silver، S.، Phung، L. T. & amp Silver، G. Silver كمبيدات حيوية في ضمادات الحروق والجروح والمقاومة البكتيرية لمركبات الفضة. J. الهند. ميكروبيول. التكنولوجيا الحيوية. 33, 627–634 (2006).

جريفز ، جيه إل جي آر وآخرون. التطور السريع لمقاومة الجسيمات النانوية الفضية في الإشريكية القولونية. أمام. جينيه. 6, 42 (2015).

لوساسو ، سي وآخرون. النشاط المضاد للبكتيريا لجسيمات الفضة النانوية: حساسية مختلفة السالمونيلا السيروفار. أمام. ميكروبيول. 5, 227 (2014).

Gunawan، C.، Teoh، W. Y.، Marquis، C.P & amp Amal، R. المستحث التكيف مع Bacillus sp. ل nanosilver المضادة للميكروبات. صغير 9, 3554–3560 (2013).

Kvítek، L. et al. تأثير المواد الخافضة للتوتر السطحي والبوليمرات على الاستقرار والنشاط المضاد للبكتيريا لجسيمات الفضة النانوية (NPs). J. فيز. تشيم. ج 112, 5825–5834 (2008).

سيفيرا ، إم وآخرون. جسيمات الفضة النانوية المعدلة بالجيلاتين مع ثبات غير عادي لدرجة الحموضة ونشاط مضاد للبكتيريا على المدى الطويل. بلوس واحد 9، e103675 (2014).

هانتر ، آر جيه إن أسس علم الغروانية الطبعة الثانية ، 601-603 (مطبعة جامعة أكسفورد ، نيويورك ، 2001).

Bardy ، S.L ، Ng ، S. Y.M & amp Jarrell ، K. F. هياكل الحركة بدائية النواة. علم الاحياء المجهري 149, 295–304 (2003).

Metlina، A.L. الأسواط البكتيرية والأثرية كعضيات حركية بدائية النواة. الكيمياء الحيوية (موسكو) 69, 1203–1212 (2004).

هاياشي ، إف وآخرون. يتم التوسط في الاستجابة المناعية الفطرية للسوط البكتيري بواسطة مستقبلات شبيهة بـ Toll 5. طبيعة سجية 410, 1099–1103 (2001).

فريدلاندر ، آر إس وآخرون. تستكشف الأسواط البكتيرية الروابي الدقيقة والأجواف لزيادة الالتصاق. بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 110, 5624–5629 (2013).

Haiko، J. & amp Westerlund-Wikström، B. دور السوط البكتيري في الالتصاق والفوعة. مادة الاحياء 2, 1242–1267 (2013).

Pratt، L.A & amp Kolter، R. التحليل الجيني لـ الإشريكية القولونية تكوين الأغشية الحيوية: أدوار الأسواط ، الحركة ، الانجذاب الكيميائي والنوع الأول الشعير. مول. ميكروبيول. 30, 285–293 (1998).

Asadishad، B.، Hidalgo، G. & amp Tufenkji، N. الإشريكية القولونية سلالة CFT073. FEMS ميكروبيول. بادئة رسالة. 334, 87–94 (2012).

Brauner، A.، Fridman، O.، Gefen، O. & amp Balaban، N. O. التمييز بين المقاومة والتسامح والمثابرة للعلاج بالمضادات الحيوية. نات. القس ميكروبيول. 14, 320–330 (2016).

بتروفسكا ، ب. وآخرون. التحليل البروتيني لنواة خلايا الشعير المنقى بفرز التدفق. سيتوجينيت. الدقة الجينوم. 143, 78–86 (2014).

كوبولدت ، دي سي وآخرون. VarScan: اكتشاف متغير في التسلسل المتوازي الشامل للعينات الفردية والمجمعة. المعلوماتية الحيوية 25, 2283–2285 (2009).


الجسيمات النانوية في توصيل الأدوية والجينات

من بين مجالات تطبيق الجسيمات النانوية المختلفة ، يعد توصيل الأدوية من أكثر المجالات تقدمًا. ويرجع هذا في جزء كبير منه إلى نجاح أنظمة توصيل الأدوية القائمة على البوليمر والجسيم الشحمي (الشكل 3) ، وكثير منها قيد الاستخدام الإكلينيكي اليوم.

تمثيلات تخطيطية لـ (أ) مصفوفة بوليمرية و (ب) الجسيم الشحمي ، وكلاهما يمكن أن يحتوي على دواء. أعيد طبعها بإذن من Brigger I، Dubernet C، Couvreur P. 2002. الجسيمات النانوية في علاج وتشخيص السرطان. ادف المخدرات Deliv القس، 54: 631 & # x0201351 (Elsevier) and John AE، Lukacs NW، Berlin AA، et al 2003. اكتشاف مضاد قوي للجسيمات النانوية P-selectin له تأثيرات مضادة للالتهابات في أمراض مجرى الهواء التحسسي. FASEB J، 17: 2296 & # x020138.

يمكن تصنيف أنظمة توصيل الأدوية القائمة على البوليمر على أنها أدوية بوليمرية ، واتحادات بوليمر بروتين ، واتحادات عقاقير بوليمر ، ومذيلات بوليمرية (Duncan 2003). يمكن أيضًا استحلاب البوليمرات إلى جزيئات بحجم نانومتر يمكن من خلالها احتجاز الأدوية. عادةً ما تكون الأدوية البوليمرية عبارة عن بوليمرات طبيعية معروفة بخصائصها المضادة للفيروسات أو الأورام. يستخدم تقارن البوليمر البروتين الأكثر شيوعًا PEG. يشتهر PEG بقابلية ذوبانه العالية في الماء وتوافقه الحيوي الممتاز ، كما يؤدي ارتباطه بالأدوية إلى زيادة قابلية الذوبان. من المعروف أيضًا أن ارتباط PEG يقلل من التصفية الكلوية للأدوية ويعزز امتصاص الخلايا بوساطة المستقبل. لذلك يمكن استخدام هذا النهج لإطالة عمر النصف للدواء وتقليل تكرار الجرعات. يهدف اقتران البوليمر إلى تحسين قابلية الذوبان ونوعية الأدوية منخفضة الوزن الجزيئي. أخيرًا ، يتم إنشاء المذيلات البوليمرية عادةً باستخدام بوليمرات برمائية تشكل مذيلات في محلول مع دواء محبوس داخل المذيلات.

الجسيمات الشحمية هي حويصلات تتكون من انحباس السوائل بواسطة جزيئات الفوسفوليبيد التي تحتوي على مكونات كارهة للماء ومحبة للماء ويمكن أن تشكل طبقات ثنائية. تتكون الطبقة الثنائية عندما تتجمع طبقتان من جزيئات الدهون الموجهة معًا بحيث تتلامس جوانبها الكارهة للماء مع بعضها البعض. في ظل ظروف معينة ، تشكل جزيئات الدهون حويصلات ، حيث يتم تغليف حجم السائل بطبقات ثنائية من الدهون. يمكن أن يتراوح حجم الحويصلات من عشرات النانومترات إلى آلاف النانومترات (Torchilin and Weissig 2003). يمكن دمج جزيئات الدواء مع السائل المحاط بحويصلات أو داخل طبقات ثنائية للدهون. إن بنية هذه الطبقات الثنائية الاصطناعية ، المتوافقة حيوياً والقابلة للتحلل ، تشبه بنية الأغشية البيولوجية في الجسم. يمكن تحقيق الاستهداف عن طريق التعديل الكيميائي لسطح الحويصلة باستخدام الروابط أو البوليمرات. على هذا النحو ، فإن الجسيمات الشحمية ليست تقليدية & # x0201cparticles & # x0201d من حيث أنها لا تمتلك نواة صلبة تحدد هويتها. ومع ذلك ، تمامًا مثل المقياس النانوي & # x0201c Particles & # x0201d للبوليمرات ، فهي كيانات غروانية وتشكل نسبة كبيرة من أنظمة توصيل الأدوية النانوية. الجسيمات النانوية الدهنية الصلبة (SLN) هي فئة أخرى من الجسيمات النانوية المصنوعة من الدهون التي تكون صلبة في درجة حرارة الغرفة (Muller et al 2000). يتم تصنيع الجسيمات النانوية عن طريق استحلاب الدهون المنصهرة الممزوجة بالعقار والمادة الخافضة للتوتر السطحي والتي يتم تبريدها بعد ذلك.

يتم توضيح استخدام الجسيمات النانوية القائمة على البوليمر والشحوم في توصيل الأدوية أدناه مع بعض الأمثلة المنظمة حسب نوع المرض. إن قائمة الأمراض أو عدد الأمثلة داخل كل مرض ليست شاملة بأي حال من الأحوال القصد هنا هو توضيح أنفاس أنظمة توصيل الأدوية بالجسيمات النانوية بدلاً من تغطية جميع المناطق بعمق. تم تضمين ملخص للأمثلة الرئيسية في الجدول 1.

سرطان

لقد أحدثت الجسيمات النانوية تأثيرًا هائلاً في علاج أنواع مختلفة من السرطان ، كما يتضح من العديد من الأدوية القائمة على الجسيمات النانوية وأنظمة التوصيل المستخدمة في العيادات. تم تقديم أمثلة على العديد من الأدوية التي تعتمد على الجسيمات الشحمية والبوليمر أو العوامل العلاجية في المراجعات الأخيرة (Duncan 2003 Allen and Cullis 2004).

باكليتاكسيل هو عامل معروف مضاد للسرطان يستخدم لعلاج عدة أنواع من السرطان (مثل المبيض والجلد والمريء والرئة) (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). يتداخل هذا الدواء مع وظائف الخلايا السرطانية عن طريق تثبيت الأنابيب الدقيقة ، مما يؤدي في النهاية إلى موت الخلايا المبرمج (Koziara et al 2006). الطريقة الأكثر شيوعًا لإعطاء هذا الدواء غير القابل للذوبان في الماء هي استخدام محلول في الإيثانول (تاكسول & # x000ae) ، يتم إعطاؤه مع زيت الخروع المذيب متعدد الأوكسي إيثيل (Cremophor & # x000ae EL). يتمثل أحد أوجه القصور الرئيسية في هذا النهج في الآثار الجانبية المرتبطة بـ Cremophor & # x000ae ، بما في ذلك تفاعلات فرط الحساسية ، مما يستلزم إعطاء المنشطات ومضادات الهيستامين كعلاجات أولية (Zhang et al 2005a Micha et al 2006). في أوائل عام 2005 ، تمت الموافقة على شكل مختلف من باكليتاكسيل يُعرف باسم Abraxane & # x000ae للاستخدام السريري. في هذا الشكل ، يتم تحميل باكليتاكسيل داخل جزيئات نانوية من البوليمر الطبيعي ، الألبومين ، باستخدام عملية استحلاب عالية الضغط. تم إثبات أن هذا الشكل القابل للذوبان من باكليتاكسيل لا يقضي فقط على الآثار الجانبية المرتبطة باستخدام Cremophor & # x000ae (Micha et al 2006) ولكنه يوفر أيضًا بعض الفوائد الإضافية. يعمل ناقل الألبومين على تحسين نقل الدواء من مجرى الدم إلى موقع الورم ويسمح بجرعات أعلى من الدواء مقارنةً بـ Taxol & # x000ae (Ibrahim et al 2002).

ومع ذلك ، فإن تحميل الجسيمات النانوية للباكليتاكسيل لم يعالج مقاومة الأدوية المتعددة ، وهي مشكلة شائعة في علاج الورم تنشأ عندما تتكيف الخلايا السرطانية مع المنبهات عن طريق التعبير عن ناقلات التدفق أو البروتينات الأخرى على السطح (Gottesman et al 1996 Tomonaga et al 1996). حاول كوزيارا وزملاؤه (2006) التغلب على هذه المشكلة عن طريق تحميل باكليتاكسيل في جزيئات الشمع النانوية المستحلب. الشمع هو منتج متوفر تجاريًا (توين 80 & # x000ae) يُعرف أيضًا باسم بولي أوكسي إيثيلين 20 سوربيتان أحادي أوليات. تم تحضير الجسيمات النانوية عن طريق تسخين خليط من الشمع والدواء وخافض للتوتر السطحي ثم الاستحلاب. تم تقييم فعالية هذه الجسيمات النانوية المحملة بالأدوية في نموذج طعم أجنبي من الفئران (HCT-15) حيث تعبر الخلايا السرطانية عن بروتين سكري p ، وهو ناقل تدفق. بمساعدة تجربة تحكم باستخدام Taxol & # x000ae ، تم الحكم على التوقف الناتج عن نمو الورم على أنه ناتج عن مزيج من مقاومة التغلب (عن طريق اضطراب الهيكل الخلوي غير المحدد) والتأثير المضاد لتكوّن الأوعية للباكليتاكسيل. تعمل هذه الأمثلة للإصدارات المختلفة من باكليتاكسيل على توضيح كيف يمكن استخدام استراتيجيات مختلفة لإيصال الدواء تعتمد على الجسيمات النانوية لتعديل وتحسين أداء الدواء.

أحد الاعتبارات المهمة في علاج الأورام هو التفاعل بين العوامل العلاجية الكيميائية ومضادات تكوين الأوعية. كما أشار Sengupta وزملاؤه (2005) ، يمكن أن يؤثر اضطراب الأوعية الدموية للورم على توصيل عامل العلاج الكيميائي ويسبب أيضًا زيادة التعبير عن العوامل المرتبطة بمقاومة الأدوية. قام هؤلاء المحققون بتجميع نظام توصيل دواء الجسيمات النانوية بطبقتين: نواة من حمض بولي (لاكتيك-كليكوليك) (PLGA) مترافق مع دوكسوروبيسين محاط بجسيم شحمي مكون من فوسفوليبيد مترافق مع PEG و كومبريتاستاتين. هنا ، دوكسوروبيسين هو عامل العلاج الكيميائي و كومبريتاستاتين هو عامل مضاد لتكوّن الأوعية. تراوحت هذه الجسيمات متعددة الطبقات في الحجم من 80 & # x02013120 نانومتر. كانت الإستراتيجية الأساسية هي توصيل الجسيمات إلى موقع الورم ثم إطلاق الدواء ببطء عن طريق تدهور نواة PLGA. عند إعطائه عن طريق الوريد للفئران المصابة بأورام ناتجة عن سرطان أو خلايا سرطان الجلد ، تمتص الجسيمات بسهولة بواسطة الورم ، بما يتوافق مع زيادة وقت الإقامة الناتج عن اقتران PEG (Harris and Chess 2003) و & # x02018leakiness & # x02019 المعروف للورم الأوعية (يطلق عليها أيضًا النفاذية المعززة والاحتفاظ ، أو EPR ، أوعية الورم ذات التأثير 400 & # x02013600 نانومتر) (Yuan et al 1995). تسببت الجسيمات النانوية في تثبيط كبير لنمو الورم وإطالة عمر الحيوانات.

الأمراض العصبية

لا يزال توصيل الأدوية إلى الجهاز العصبي المركزي يمثل تحديًا في تطوير علاجات فعالة للأمراض التنكسية العصبية (Garcia-Garcia et al 2005 Popovic and Brundin 2006). جزء مهم من هذا التحدي هو التغلب على الميل الطبيعي للدم & # x02013brain barrier (BBB) ​​لمنع نقل المخدرات. تم تصميم هذا الحاجز لحماية الدماغ من المواد الغريبة والالتهابات المنقولة بالدم ولكنه لا يستطيع التعرف على العديد من المركبات العلاجية. نتيجة لذلك ، يجب إعطاء جرعات عالية ، مع زيادة مخاطر الآثار الجانبية الضارة. من بين الأساليب المختلفة التي تم استكشافها في السنوات الأخيرة للتغلب على هذا القيد أنظمة تعتمد على الجسيمات النانوية تتراوح من جزيئات البوليمر إلى الجسيمات الشحمية. تم نشر مراجعة شاملة للعمل في هذا المجال بواسطة Garcia-Garcia وزملائه (2005).

وقد ثبت أن الجسيمات النانوية المصنوعة من بولي (هيكساديسيل سيانو أكريلات) والمركبات ذات الصلة تسهل نقل الأدوية عبر الحاجز البؤري. قام Kreuter وزملاؤه (2003) بامتصاص dalargin (مسكن) على جزيئات نانوية بولي (بيوتيل سيانو أكريلات) (PBCA) وأظهروا اختراقًا عبر BBB في الفئران. في الآونة الأخيرة ، أظهر Siegemund وزملاؤه (2006) كيف يمكن للجسيمات النانوية PBCA المحملة بالثيوفلافين أن تستهدف الأميلويد الليفي & # x003b2 في نموذج الفئران لمرض الزهايمر & # x02019s. قام كالفو وزملاؤه (2002 ، 2001) بتجميع نظام جسيمات نانوية مكون من بوليمر مشترك من PEG و poly (hexadecyl cyanoacrylate) (PHDCA). نظرًا لأن PEG محبة للماء و PHDCA كاره للماء ، فإن البيئة المائية تجعل جزيئات البوليمر المشترك ترتب نفسها كجزيئات ذات نواة PHDCA غير قابلة للذوبان وطبقة سطحية من PEG. يعد دمج PEG أمرًا شائعًا في العديد من أنظمة توصيل الأدوية لأنه لا يتم التعرف عليه على أنه مادة أجنبية بواسطة البلاعم في الدم وبالتالي يمكن أن يزيد نصف عمر حاملي الأدوية في الدم (Harris and Chess 2003). في الواقع ، يعزز دمج PEG قدرة PHDCA على عبور BBB. يمكن تشكيل المذيلات البوليمرية بواسطة بوليمرات مشتركة من PEG ومواد مماثلة لـ PEG ، مثل بولي (أكسيد البروبيلين). مثال على ذلك البوليمر Pluronic & # x000ae P-85 المتاح تجارياً ، وقد تم استخدام المذيلات P-85 لنقل المسكنات عبر BBB في الفئران (Witt et al 2002).

تم أيضًا فحص أنظمة توصيل الأدوية القائمة على الجسيمات الشحمية على نطاق واسع لإيصال الدواء إلى الجهاز العصبي المركزي (Garcia-Garcia et al 2005). تعتبر تغطية السطح باستخدام PEG فعالة أيضًا في هذه الأنظمة. أعد شميدت وزملاؤه (2003) الجسيمات الشحمية بأقطار تتراوح من 90 & # x02013100 نانومتر لتغليف بريدنيزولون ، وهو دواء يستخدم في علاج التصلب المتعدد (MS). بعد الحقن في الوريد في الفئران المصابة بالتهاب الدماغ النخاعي المناعي الذاتي التجريبي (نموذج حيواني لمرض التصلب العصبي المتعدد) ، لوحظ أن الجسيمات الشحمية تتراكم إلى مستويات عالية في الجهاز العصبي المركزي في غضون ساعتين. يوضح الشكل 4 الجسيمات الشحمية المسمى بالذهب (الأسود) بين الخلايا النجمية والخلايا الدبقية الصغيرة في قسم الحبل الشوكي ، مما يشير إلى اختراق BBB. أدى العلاج بالجسيمات الشحمية المحملة بالأدوية إلى استعادة سلامة BBB وتقليل الالتهاب وكذلك تسلل البلاعم. تم الحكم على هذا العلاج بأنه أفضل من إعطاء الجلوكورتيكوستيرويد الحر ، وهو علاج تقليدي لمرض التصلب العصبي المتعدد.

توصيل الأدوية الشحمية إلى الجهاز العصبي. الجسيمات الشحمية المسمى بالذهب (باللون الأسود في الصورة) بين الخلايا النجمية والخلايا الدبقية الصغيرة في أقسام الحبل الشوكي للجرذان تشير إلى تغلغل الدم & # x02013 حاجز الدماغ (الخلايا النجمية والخلايا الدبقية الصغيرة الملطخة باللون الأحمر) شريط المقياس = 100 & # x003bcm. مقتبس من Schmidt et al (2003) بإذن من مطبعة جامعة أكسفورد.

هناك تطبيق آخر للجسيمات الشحمية المترافق PEG في توصيل الجينات عبر BBB. يتم اتباع هذا النهج لتطوير علاجات للأمراض العصبية المزمنة التي لا تستجيب للأدوية الجزيئية الصغيرة (مثل مرض هنتنغتون و # x02019 ، ومتلازمة ريت ، ومتلازمة Fragile-X ، على سبيل المثال لا الحصر) (Schlachetzki et al 2004). قدم شي وزملاؤه (2001) ترميز DNA البلازميد & # x003b2-galactosidase عبر BBB في الفئران. تم ربط بعض جزيئات PEG الموجودة على أسطح الجسيم الشحمي بجسم مضاد أحادي النسيلة مستهدف مضاد لـ TFR ، والذي يستهدف الدماغ والكبد والطحال. سمح ارتباط الجسم المضاد بالتسليم المستهدف للجسيمات الشحمية إلى مناطق محددة ، ولوحظ التعبير الجيني الناجم عن البلازميد في الدماغ لمدة 6 أيام على الأقل بعد إعطاء الجسيم الشحمي. تكمن أهمية هذا النهج في القدرة على نقل الجينات التي تتحلل عادةً بواسطة نوكليازات داخلية في الجسم الحي عن طريق تحميلها داخل الجسيمات الشحمية مع القدرة على الاستهداف.

فيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز

قام De Jaeghere وزملاؤه (2000) بالتحقيق في توصيل مثبط البروتياز HIV-1 ، CGP 70726 ، باستخدام جزيئات نانوية حساسة لدرجة الحموضة مصنوعة من بوليمر مشترك من حمض الميثاكريليك) وإيثيل أكريلات. هذا البوليمر المشترك متاح تجاريًا تحت اسم Eudragit & # x000ae L100 & # x0201355. تم اختيار البوليمر المشترك بسبب قابليته للذوبان المعتمدة على الرقم الهيدروجيني. من المعروف أن CGP 70726 والعوامل الأخرى المضادة للفيروسات المماثلة تعطل دورة تكرار فيروس HIV-1 (Robins and Plattner 1993). يتمثل أحد التحديات الرئيسية في تقديم عوامل مثل CGP 70726 في ضعف قابلية الذوبان في الماء. صنع De Jaeghere وزملاؤه جسيمات نانوية عن طريق استحلاب محلول من البوليمر المشترك بمزيج من CGP 70726 وكحول بنزيل. تم إعطاء الجسيمات النانوية عن طريق الفم للكلاب ولوحظ إطلاق دواء ناجح من خلال تحليل عينات الدم.

ظهر بروتين HIV-1 Tat مؤخرًا كمرشح محتمل للقاح وقائي أو علاجي ضد HIV-1 / الإيدز (Cafaro et al 1999 Caputo et al 2004). وصف Rudolph وزملاؤه (2004) مؤخرًا نظامًا قائمًا على SLN يتكون من DNA مضغوط مع بروتين Tat. بُني هذا العمل على دراسات سابقة أجرتها نفس المجموعة التي تبين فيها أن SLNs المحملة بالحمض النووي قادرة على نقل خلايا الثدييات في المختبر (Olbrich et al 2001 Tabatt et al 2004). تم تحضير SLNs من دهون كاتيونية بالإضافة إلى الفاعل بالسطح. تم بعد ذلك امتصاص الحمض النووي وببتيد تات على سطح الجسيمات النانوية بواسطة القوى الكهروستاتيكية. عند إعطائها إلى رئتي الفئران إما عن طريق التقطير داخل الرغامى أو تطبيق الهباء الجوي ، لوحظ زيادة التعبير الجيني مما يشير إلى انتقال العدوى بنجاح من SLNs ، ولكن لوحظ بعض تدهور الحمض النووي.

في حين أن هناك تقارير أقل نسبيًا عن توصيل العقاقير المعتمدة على الجسيمات النانوية في الجسم الحي في مجال فيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز مقارنة بمجالات مثل السرطان والأمراض التنكسية العصبية ، يمكن بالتأكيد قياس النشاط في المنطقة من خلال العديد من الدراسات المختبرية الحديثة (Berton et al 1999 2001 Nam et al 2002 Cui and Mumper 2003 Becker et al 2004 Sawant et al 2006).

أمراض العين

الدافع الأساسي لاستخدام أنظمة توصيل الأدوية القائمة على الجسيمات النانوية في تطبيقات طب العيون هو القدرة على إطالة فترات بقاء الدواء عن طريق محاصرة الدواء في طبقة المخاط العيني (Ludwig 2005). هذه الطبقة ، التي تعتبر حاجزًا لانتشار الجزيئات الكبيرة ، تفرزها الخلايا الكأسية في الملتحمة وتحمي الطبقة الظهارية للقرنية. تُعالج معظم أمراض العين بمحاليل دوائية تُعطى على شكل قطرات للعين. عادة ما تكون هذه المحاليل شديدة التركيز وتتطلب تطبيقًا متكررًا بسبب الفقد السريع للقرنية الناجم عن حركة المخاط أثناء الوميض. قدمت الجسيمات النانوية طريقة فعالة للتغلب على هذه الصعوبة ، كما هو موضح في المراجعة الشاملة التي أجراها Ludwig (2005) ، تتضمن هذه المراجعة ملخصًا لـ في الجسم الحي دراسات توصيل الأدوية في هذا المجال.

استخدم Pignatello وزملاؤه (2002a 2002b) بوليمرات Eudragit & # x000ae المتاحة تجاريًا لتوصيل الأدوية غير الستيرويدية والمضادة للالتهابات (فلوربيبروفين وإيبوبروفين) إلى عيون الأرانب. تُستخدم هذه الأدوية عادةً للتخفيف من الاستجابة الالتهابية التي تحدث عادةً بعد جراحة العيون. كانت بوليمرات Eudragit & # x000ae RS و RL المستخدمة في هذه التحقيقات عبارة عن بوليمرات مشتركة من بولي (إيثيل أكريلات) ، وبولي (ميثيل ميثاكريلات) ، وبولي (كلورو تريميثيل - أمينو إيثيل - ميثاكريلات). هذه البوليمرات غير قابلة للذوبان وقادرة على الانتفاخ في ظل الظروف الفسيولوجية ، مما يجعلها منصات مناسبة للإطلاق المتحكم فيه. تم إذابة مخاليط الدواء والبوليمر في الإيثانول والاستحلاب (بمساعدة الماء وخافض للتوتر السطحي) لتكوين جزيئات نانوية مدمجة في الدواء

100 نانومتر في الحجم. تم غرس المعلقات الملحية لهذه الجسيمات النانوية في كيس الملتحمة لعيون الأرانب. الجسيمات النانوية المحملة بالعقاقير (فلوربيبروفين وإيبوبروفين) تمنع بشكل فعال الاستجابات الالتهابية بعد الصدمة الجراحية وكانت قابلة للمقارنة مع ضوابط قطرة العين التقليدية. تكمن أهمية هذه النتيجة في أن نظام الجسيمات النانوية تم تجميعه بتركيز دوائي أقل مقارنةً بالتحكم في قطرة العين. ثانيًا ، كان نظام الجسيمات النانوية قادرًا على توليد مستويات أعلى من الأدوية في الخلط الزجاجي ، والتي تنشأ من وقت بقاء الدواء الأطول في مصفوفة البوليمر.

تتطلب حالات مرضية معينة ، مثل التهاب الشبكية الفيروسي المضخم للخلايا (CMV) ، إعطاء أدوية لمنطقة شبكية العين. يمكن أن تؤدي الإصابة بفيروس CMV إلى تلف دائم في الشبكية والمشيمية (المنطقة خلف الشبكية) والقزحية والأنسجة المجاورة. وصف Merodio وزملاؤه (2002) استخدام الجسيمات النانوية لألبومين المصل البقري (BSA) لتوصيل ganciclovir ، وهو دواء يستخدم لعلاج عدوى الفيروس المضخم للخلايا. تم تحضين الدواء باستخدام BSA في محلول مائي وتم إنشاء القطرات لاحقًا بواسطة الإيثانول الإضافي في عملية الاستحلاب ، وكان قطر الجسيمات النانوية الناتجة حوالي 280 نانومتر. تم إعادة تعليق هذه الجسيمات النانوية في محلول ملحي وتم إعطاؤها عن طريق الحقن داخل الجسم الزجاجي. لاحظ المؤلفون أن الجسيمات النانوية بقيت في طبقة رقيقة على شبكية العين لمدة تصل إلى أسبوعين بعد الحقن ، وأشار التحليل النسيجي إلى عدم وجود أي استجابات التهابية أو تغيرات في مورفولوجيا الأنسجة مقارنة مع الضوابط الطبيعية للعين.

أمراض الجهاز التنفسي

كان تطبيق مناهج توصيل الأدوية القائمة على الجسيمات النانوية في أمراض الجهاز التنفسي محدودًا إلى حد ما. ومع ذلك ، تحتوي الأدبيات على العديد من الأمثلة للعلاجات التي تم إثباتها بشكل فعال لعلاج أمراض الحساسية والجينية والتهابات الجهاز التنفسي (بيسون وآخرون 2006).

أظهر جون وزملاؤه (2003) استخدام نظام الجسيمات النانوية القائمة على الجسيمات الشحمية لتثبيط الالتهاب في نموذج الفئران للربو التحسسي. كانت الاستراتيجية المستخدمة هي تثبيط مستقبلات P-selectin على الخلايا البطانية النشطة في الدورة الدموية ، مما يخفف من التفاعلات بين الخلايا البطانية والكريات البيض. وهذا بدوره يخفف من تطور الالتهاب حول القصبة الهوائية. تم تصميم الجسيمات النانوية (متوسط ​​قطرها 73 نانومتر) لتقليد الفسيولوجية P-selectin super ligand (PSGL-1) من خلال دمج مجموعات إستر الفوكوز والكبريتات على سطح الجسيم الشحمي. تم إحداث التهاب في الرئة وفرط نشاط مجرى الهواء في الفئران بواسطة LPS ومستضد الصراصير. في كلتا الحالتين ، لوحظ أن الجسيمات النانوية الشحمية ترتبط بشكل تفضيلي بالسيليكتينز على الخلايا البطانية المنشطة (الشكل 5). أظهر التحليل النسيجي انخفاضًا كبيرًا في التهاب محيط القصبة وفرط تفاعل مجرى الهواء في الفئران المعالجة بالجسيمات النانوية مقارنةً بالضوابط.

الارتباط الانتقائي للجسيمات الشحمية التي تقدم مجموعات استر الفوكوز والكبريتات للخلايا البطانية المنشطة في رئتي الفأر بعد تحدي مسببات الحساسية. (أ) التحكم السلبي (الجسيمات الشحمية بدون مجموعات إستر الفوكوز والكبريتات). (ب) الجسيمات الشحمية مع مجموعات إستر الفوكوز والكبريتات. أشرطة المقياس في كلتا الصورتين = 30 & # x003bcm. مقتبس بإذن من John et al (2003).

الاختصارات: alv ، السنخية الجدار bv ، الأوعية الدموية e ، البطانة PLNP ، الجسيمات الشحمية.

وصف كومار وزملاؤه (2003) كيف يمكن لمقارن دواء البوليمر ، الشيتوزان / الإنترفيرون - والجسيمات النانوية # x003b3 pDNA ، أن يقلل من التهاب مجرى الهواء الناجم عن مسببات الحساسية. من المعروف أن أمراض الحساسية (مثل الربو) تسبب انخفاضًا في إنتاج الإنترفيرون - & # x003b3 (IFN - & # x003b3) في المرضى ، مما يجعل المرضى عرضة لالتهاب مجرى الهواء وفرط الاستجابة. يهدف نهج كومار وزملائه (2003) إلى التغلب على نقص IFN - & # x003b3 من خلال تزويده عن طريق الأنف كمتقارن بين البوليمر والعقاقير. في الفئران التي تعاني من الحساسية ، أدى العلاج بالجسيمات النانوية إلى زيادة تعبير IFN - & # x003b3 بواسطة الخلايا الظهارية ، مما يسهل الحد من الالتهاب واستعادة مورفولوجيا الرئة في غضون 3 & # x020136 ساعة.


الملخص

في الليشمانيا يتم استبدال نظام الجلوتاثيون / اختزال الجلوتاثيون حقيقيات النوى بنظام الأكسدة والاختزال الفريد من نوع trypanothione / trypanothione reductase (TR). في المختبر، الفضة هو مثبط TR أكثر فعالية من الأنتيمون ، وهو الدواء الأول ضد داء الليشمانيات في معظم البلدان الموبوءة ، وآلية تثبيته مماثلة لتلك الخاصة بـ Sb (III). على وجه الخصوص ، ترتبط الفضة بدرجة عالية من التقارب مع الثالوث الحفاز Cys52 و Cys57 و His461 ، مما يثبط TR. هنا ، تم اختبار نشاط Ag (0) على مرحلتي promastigote و amastigote من الليشمانية الطفولية باستخدام نظام توصيل الدواء يتكون من Ag (0) جسيمات نانوية مغلفة بجزيئات الفيريتين (PfFt − AgNPs). كانت هذه قادرة على إحداث تأثير مضاد للتكاثر على الطفيليات بتركيزات معدنية أقل من تلك المستخدمة مع الأنتيمون.


المواد التكميلية الإلكترونية متاحة على الإنترنت على https://dx.doi.org/10.6084/m9.figshare.c.3971844.

تم النشر بواسطة الجمعية الملكية بموجب شروط رخصة المشاع الإبداعي http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ ، والتي تسمح بالاستخدام غير المقيد ، بشرط ذكر المؤلف والمصدر الأصليين.

مراجع

. 2010 مراجعة للتأثيرات المضادة للبكتيريا للمواد النانوية الفضية والآثار المحتملة على صحة الإنسان والبيئة. جى نانوبارت. الدقة. 12، 1531-1551. (دوى: 10.1007 / s11051-010-9900-y) Crossref و ISI و Google Scholar

. 2015 تحضير جسيمات الفضة النانوية وتطبيقاتها الصناعية والطبية الحيوية: مراجعة شاملة. حال. ماتر. علوم. م . 2015، 1-16. (دوى: 10.1155 / 2015/165257) كروسريف ، الباحث العلمي من Google

2015 The MARINA risk assessment strategy: a flexible strategy for efficient information collection and risk assessment of nanomaterials . كثافة العمليات J. البيئة. الدقة. 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 . بيئة. علوم. تكنول. 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 . بيئة. علوم. تكنول. 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. تشيم. شركة 21, 949–959. (doi:10.1590/S0103-50532010000600002) Crossref, Google Scholar

Ahamed M, Alsalhi MS, Siddiqui MKJ

. 2010 Silver nanoparticle applications and human health . كلين. Chim. اكتا. 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 . بيئة. علوم. تكنول. 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 . جيه مول. هيكل. 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. بيئة. 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. توكسيكول. بيئة. الطفرات. 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 . شرجي. بيوانال. تشيم. 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 . لانجموير 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 . شرجي. تشيم. 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 (فيبريو فيشيري) for acute toxicity prediction of chemicals . بيئة. كثافة العمليات 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. منحة جوجل

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 . شرجي. تشيم. 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 . شرجي. تشيم. 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. بيوميد. شرجي. 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. الدقة. 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 الإشريكية القولونية ascension to the upper urinary tract . بروك. ناتل أكاد. علوم. الولايات المتحدة الأمريكية 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. فيز. تشيم. ج 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 . Macromolecules 34, 8580–8585. (doi:10.1021/ma011265g) Crossref, Google Scholar

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

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

2016 Towards a nanospecific approach for risk assessment . Regul. توكسيكول. فارماكول. 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 الإشريكية القولونية as a model system for investigating the antimicrobial activities of silver nanoparticles . لانجموير 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 الإشريكية القولونية and killing of cultured human renal proximal tubular epithelial cells: role of hemolysin in some strains . تصيب. مناعة. 58, 1281–1289. PubMed ، الباحث العلمي من Google

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 . توكسيكول. في المختبر 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 . بالعملة. 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 . علم 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 في الجسم الحي and keratinocytes في المختبر . بيئة. 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. أ 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 . شرجي. بيوانال. تشيم. 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 . شرجي. تشيم. 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. أ 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 . المواد الحيوية 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 . توكسيكول. بادئة رسالة. 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 . تطبيق ميكروبيول. التكنولوجيا الحيوية. 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


شكر وتقدير

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 المقدمة

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 الجزء تين.
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
رهان مساحة السطح 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
حيود الإلكترون Crystal structure, lattice parameters, study order–disorder transformation, long-range order parameters 2.4
إيقاف 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
التصوير المقطعي الإلكتروني 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
شكل 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
تركيز ICP-MS, UV-Vis, RMM-MEMS, PTA, DCS, TRPS
Agglomeration state Zeta potential, DLS, DCS, UV-Vis, SEM, Cryo-TEM, TEM
كثافة 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. أنا

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. ثانيا

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.


شاهد الفيديو: برنامج #لحظة - الموسم الثاني: تقنيات النانو الحلقة 9 (ديسمبر 2022).