Дослідження біологічної активності наночастинок оксидів лантану, церію і титану та їх композитів, модифікованих сріблом
DOI:
https://doi.org/10.20535/2617-9741.2.2022.260354Ключові слова:
наночастинки оксидів, рідкісноземельні елементи, діоксид титану, модифікація частинок сріблом, мікроорганізми, біоцидний ефектАнотація
Нанокомпозити на основі TiO2, СеО2 та La2O3 характеризуються адсорбційними, бактерицидними, віруліцидними властивостями та використовуються для створення антибактеріальних покриттів, знезараження повітря і води. Водночас, біологічна активність модифікованих сріблом нанорозмірних частинок оксидів лантану, церію і титану вважається перспективною з точки зору створення новітніх матеріалів медико-біологічного призначення. В роботі дано загальну характеристику фазового складу, параметрів кристалічної решітки, розмірів первинних частинок (ОКР), морфології та хімічного складу нанорозмірних структур на основі оксидів церію, лантану і титану, синтезованих хімічним методом. Досліджено вплив наночастинок оксидів лантану, церію і титану та їх композитів, модифікованих сріблом (4 мас.%), на ростові процеси мікроорганізмів, які належать до різних систематичних і фізіологічних груп та реалізують різний тип стратегії виживання. Показано, що модифіковані сріблом наночастинки оксидів пригнічують життєдіяльність та ростові процеси майже всіх досліджених мікроорганізмів після годинної експозиції в дозі 1 мг/мл, в той час як не модифіковані наночастинки оксидів можуть проявляти лише слабкий бактеріостатичний ефект. Виявлено відмінність реакції бактерій, які належать до різних систематичних груп, на наявність у середовищі інкубації наночастинок, які досліджуються.
Посилання
Handy, R. D. & Shaw, B. J. (2007). Toxic effects of nanoparticles and nanomaterials: Implications for publichealth, risk assessment and the publicperceptionofnanotechnology, Health, Risk&Society, 9:2, 125-144, DOI: 10.1080/13698570701306807.
Skіba, М., Vorobyova, V., Pivovarov, О., Shakun, A., Gnatko, E., Trus, I. (2018). “Green” synthesis of nanoparticles of precious metals: antimicrobial and catalytic properties. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5/6 (95), 51-58. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.144602.
Skiba, M., Vorobyova, V., Pivovarov, A. and Trus, I. (2020). "Preparation of silver nanoparticles using atmospheric discharge plasma for catalytic reduction of p-nitrophenol: the influence of pressure in the reactor". Pigment & Resin Technology, Vol. 49 No. 6, pp. 449-456. https://doi.org/10.1108/PRT-09-2019-0081.
Trus, I., Gomelya, N., Trokhymenko, G., Magas, N., & Hlushko, O. (2019). Determining the influence of the medium reaction and the technique of magnetite modification on the effectiveness of heavy metals sorption. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(10 (102), 49–54. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.188295.
Розенфельд Л.Г., Москаленко В.Ф., Чекман І.С., Мовчан Б. О.Нанотехнології, наномедицина: перспективи наукових досліджень та впровадження їх результатів у медичну практику №5 (67) IX-X 2008 г : Лікарю-практикуУКР. МЕД. ЧАСОПИС, 5 (67) – IX/X 2008
Nethi S.K., Bollu V.S., P. N.A.A., Patra C.R. (2020). Rare Earth-Based Nanoparticles: Biomedical Applications, Pharmacological and Toxicological Significance. In: Shukla A. (eds) Nanoparticles and their Biomedical Applications. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-15-0391-7_1.
Rafael A. C. Amoresi, Regiane Cristina de Oliveira, Naiara L Marana, Priscila Barros de Almeida, Paloma Santana Prata, Maria Aparecida Zaghete, Elson Longo, Julio Ricardo Sambrano, and Alexandre Z. Simoes (2019). CeO2 Nanoparticle Morphologies and their Corresponding Crystalline Planes for the Photocatalytic Degradation of Organic Pollutants // ACS Appl. Nano Mater., Just Accepted Manuscript. DOI: 10.1021/acsanm.9b01452. Publication Date (Web): 17 Sep 2019.
Dmitry Gil, Jeannette Rodriguez, Brendan Ward, Alexey Vertegel, Vladimir Ivanov, Vladimir Reukov. (2017). Antioxidant Activity of SOD and Catalase Conjugated with Nanocrystalline Ceria // Bioengineering 2017, 4, 18; doi:10.3390/bioengineering4010018.
Mainak Das, Swanand Patil, Neelima Bhargava, Jung-Fong Kang, Lisa M. Riedel, Sudipta Seal, James J. Hickman. (2007). Auto-catalytic Ceria Nanoparticles Offer Neuroprotection to Adult Rat Spinal Cord Neurons // Biomaterials. 2007 April ; 28 (10): 1918–1925.
Sicard, C., Perullini, M., Spedalieri, C., Coradin, Th., Brayner, R., Livage, J., Jobbagy, M., Bilmes S. A. (2011). CeO2 Nanoparticles for the Protection of Photosynthetic Organisms Immobilized in Silica Gels // dx.doi.org/10.1021/cm103253w |Chem. Mater. 2011, 23, 1374–1378.
Jing, F. J., Huang, N., Liu, Y. W., Zhang, W., Zhao, X. B., Fu, R. K., Wang, J. B., Shao, Z. Y., Chen, J. Y., Leng, Y. X., Liu, X. Y., Chu, P. K. (2008). Hemocompatibility and antibacterial properties of lanthanum oxide films synthesized by dual plasma deposition. // Journal of Biomedical Materials research. Part A, 01 Dec 2008, 87(4):1027-1033 DOI: 10.1002/jbm.a.31838 PMID: 18257083.
Jinwen Liu, Li Zhang, Yifei Sun and Yang Luo. Bifunctional Ag-Decorated CeO2 Nanorods Catalysts for Promoted Photodegradation of Methyl Orange and Photocatalytic Hydrogen Evolution Nanomaterials 2021, 11, 1104 https://doi.org/10.3390/nano11051104.
Kunjie Wanga,Yanping Wua, Hongxia Lia, Mingliang Lia, Feng Guana, Haiyan Fanb. (2014). A hybrid antioxidizing and antibacterial material based on Ag–La2O3 nanocomposites // Journal of Inorganic Biochemistry 141, 36–42.
Pragathiswaran, C., Smitha, C., Abbubakkar, B. M., Govindhan, P., Anantha Krishnan, N. (2021). Materials Today: Proceedings, 41(2), 3357-3364 doi:10.1016/j.matpr.2020.12.664.
Weiss, C., Carriere, M., Delogu, L. G. (2020). ACS Nano. 14 (6), 6383–6406. doi:10.1021/acsnano.0c03697.
Lavrynenko, O. M., Zahornyi, M. M., Pavlenko, O. Yu., Tyschenko, N. I., Bykov, O. I. (2021). Comparative Analysis of CeO2&Ag0 and TiO2&Ag0 Nanoparticles Formed under the Co-Precipitation. IEEE 11 th International Conference on “Nanomaterials: Applications Properties” (NAP 2021) Odesa, Ukraine, Sept. 5-11, 2021, https://doi:10.1109/NAP51885.2021.9568577.
Lavrynenko, O. M., Zahornyi, M. M., Paineau, E., Pavlenko, O. Yu., Tyschenko, N. I., Bykov, O. I. (2022). Characteristic of TiO2&Ag0 nanocomposites formed via transformation of metatitanic acid and titanium (IV) isopropoxide // Materials Today: Proceedings. – 2022. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.03.002.
Lavrynenko, O. M., Pavlenko, O. Yu., Zahornyi, M. N., Korichev, S. F. (2021). Morphology, phase and chemical composition of the nanostructures formed in the systems containing lanthanum, cerium, and silver // Chemistry, Physics and Technology of Surface. 2021. V. 12. N 4. P. 382-392 doi: 10.15407/hftp12.04.382.
Жолобак Н.М. Антибактеріальні ефекти колоїдного (нанорозмірного) діоксиду церію// Вісник проблем біології і медицини. – 2015. – Вип. 3, Том 2 (123).
Щербаков А. Б. Наноматериалы на основе диоксида церия: свойства и перспективы использования в биологии и медицине / А.Б. Щербаков, Н.М. Жолобак, В.К. Иванов [и др.] // Бiотехнологія. – 2011. – Т. 4, № 1. – С. 9–28.
Pelletier, D. A. (2010). Effects of engineered cerium oxide nanoparticles on bacterial growth and viability / D.A. Pelletier, A.K. Suresh, G.A. Holton et al. // Appl. Environ. Microbiol. – 2010. – Vol. 76, № 24. – P.7981–7989.
Thill, A. (2006). Cytotoxicity of CeO2 nanoparticles for Escherichia coli. Physico-chemical insight of the cytotoxicity mechanism / A. Thill, O. Zeyons, O. Spalla [et al.] // Environ. Sci. Technol. – 2006. – Vol. 40. – P. 6151-6156.
Zhang, H.F.Z.H.F. (2011). Nano-CeO2 exhibits adverse effects at environmental relevant concentrations / H.F.Z.H.F. Zhang, X.A. He, Z.Y. Zhang [et al.] // Environ. Sci. Technol. – 2011. – Vol. 45. – P.3725–3730.
Berg, J.M. The relationship between pH and zeta potential of ~30 nm metal oxide nanoparticle suspensions relevant to in vitro toxicological evaluations / J.M. Berg, A. Romoser, N. Banerjee [et al.] // Nanotoxicology. – 2009. – Vol. 3, № 4. – P. 276.
He, X. Changing exposure media can reverse the cytotoxicity of ceria nanoparticles for Escherichia coli / X. He, Y. Kuang, Y. Li [et al.] // Nanotoxicology. – 2012. – Vol. 6, № 3. – P. 233-240.
Wang, Kunjie, Wu, Yanping, Li, Hongxia, Li, Mingliang, Guan, Feng, Fan, Haiyan (2014). A hybrid antioxidizing and antibacterial material based on Ag–La2O3 nanocomposites. Journal of Inorganic Biochemistry, 141(), 36–42. doi:10.1016/j.jinorgbio.2014.08.009.
Wang, L., Lv, H., Li, B. et al. Synthesis and antibacterial activity of Ag/CeO2 hybrid architectures. J Sol-Gel SciTechnol 88, 654–659 (2018). https://doi.org/10.1007/s10971-018-4855-z.
Chunping, Chen, Poernomo, Gunawan, Xiong, Wen, Lou, Rong, Xu. Silver nanoparticles deposited layered double hydroxide nanoporous coatings with excellent antimicrobial activities // Advanced Functional Materials 2022. – V. 22 (4) p. 780-787.
Park, S. J., Park, H. H., Ko, Y.-S., Lee, S. J., Le, T. S, Woo, K., Ko, G. P. (2017). Disinfection of various bacterial pathogens using novel silver nanoparticle-decorated magnetic hybrid colloids // Sci Total Environ 2017 V. 609. P. 289-296. doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.07.071.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Валерія Володимирівна Вембер, Олена Миколаївна Лавриненко, Максим Микитович Загорний, Олеся Юріївна Павленко, Даніл Емілович Бенатов
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
