ACS Nano：內核尺寸及配體結構調控的兩性納米顆粒抗菌劑

【引語】

2016年9月13日，ACS Nano網站在線發表了題為“Fully Zwitterionic Nanoparticle Antimicrobial Agents through Tuning of Core Size and Ligand Structure”的文章。國家納米科學中心的梁興杰研究員和麻省大學阿默斯特分校的V. M. Rotello教授是這篇文章的共同通訊作者。該篇文章報道了通過調制兩性金納米顆粒的尺寸和表面電荷取向可以實現高效的選擇性抗菌活性。

【成果簡介】

致病菌是公共衛生的一大威脅，其抗生素耐藥性更是挑戰者傳統抗菌劑的效力。納米顆粒被認為是一種新興的抗菌劑：其高比表面積可以作為抗生素的有效載體；陽離子顆粒通過細菌膜滲透和破壞也可以實現抗菌治療。然而，帶正電荷的納米顆粒自身對正常細胞也往往具有毒性，導致治療的副作用明顯。因此，人們嘗試在陽離子納米顆粒中引入兩性配體，以此在維持抗菌性能的同時能減少細胞毒性。更有研究表明，除了表面配體功能化之外，納米顆粒的結構參數也對影響抗菌活性起到了重要的作用。

國家納米中心和麻省大學的研究人員近來合成了一系列基于兩性納米顆粒的抗菌劑。實驗表明，通過調控納米顆粒內核尺寸可以輕松控制納米顆粒的抗菌活性。當內核尺寸比6納米稍大時，金納米顆粒展現出有效的細菌細胞膜破壞能力。此外，對顆粒表面電荷的輕微改變就能夠導致顆粒抗菌活性的大幅變化。對納米顆粒的參量研究證明，尺寸和表面結構是影響納米材料生物活性的重要因素。

【圖文導讀】

圖1：兩性金納米顆粒的結構表征

（A）用于金納米顆粒合成的兩性配體的化學結構；

（B）兩性金納米顆粒的TEM圖像以及相應的尺寸分布直方圖；

（C）兩性離子型Au-SN及Au-NS納米顆粒抵抗革蘭氏陰性細菌株（ aeruginosa）和革蘭氏陽性細菌株（(A. azurea）的最低抑菌濃度（MIC）。

圖2：細菌細胞膜TEM表征

（A）革蘭氏陰性細菌株（P. aeruginosa）和（B）革蘭氏陽性細菌株（(A. azurea）分別用不同內核尺寸的納米顆粒在MIC濃度處理3小時。其中的紅色箭頭表示細胞膜結構在納米顆粒處理前后的形貌變化。

圖3：細菌細胞膜完整性實驗

革蘭氏陰性細菌株（P. aeruginosa）與MIC濃度的6nm兩性納米顆粒一起培養6小時，之后對細菌進行碘化物染色實驗并用共聚焦顯微鏡進行觀察。

圖4：納米顆粒的溶血實驗

不同濃度的10nm以下兩性金納米顆粒在37°C對人體血紅細胞進行溶血實驗研究。實驗觀測了混合物離心后上清液中的血紅蛋白水平。

圖5：細菌細胞膜與兩性納米顆粒的相互作用機制示意圖

【小結】

文章報道的這項工作闡明了納米顆粒內核尺寸、表面電荷取向和兩性金納米顆粒的抗菌行為之間的協同作用。研究人員發現，隨著內核尺寸的增加以及電荷取向的變化，顆粒的抗菌活性會急劇地增加。從更廣闊的角度講，這項研究表明納米顆粒的結構參量（如尺寸和表面功能化）會對材料和生物系統之間的作用有著深刻的影響。

文獻鏈接：Fully Zwitterionic Nanoparticle Antimicrobial Agents through Tuning of Core Size and Ligand Structure（ACS Nano, 2016, DOI:? 10.1021/ acsnano.6b04207）

本文由材料人編輯部納米組Shixiong Chern供稿，材料牛編輯整理。

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