抑菌: 奈米銀凝膠珠於抗菌的應用

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過去我們介紹過奈米銀粒子可做為濕紙巾在醫院或公共場合進行殺菌消毒。但奈米銀的應用不只如此,若將奈米銀以凝膠的方式做成較大的顆粒,可以更容易黏附在傷口上進行長效的抗菌以及傷口的癒合。在2020年的Chemistry期刊中,Piras, C.博士等人發明出一種奈米銀凝膠珠,具有治療骨頭與預防傷口感染的潛力。

延伸閱讀:奈米銀抗菌濕紙巾

圖1. 奈米銀凝膠珠的功能。

這項合成技術使用了低分子量凝膠劑 (low‐molecular‐weight gelators, LMWGs)的技術,這種低分子水凝膠(LMWG 1,3:2:4-di(4-acylhydrazide ) -benzylidenesorbitol (DBS-CONHNH 2 ))可以有效將金屬氧化物還原(AgNO3→AgNPs)成奈米銀,並促使原位形成(situ formation)反應,這種反應會使水溶液中的聚合物形成無機材料的層狀結構。

凝膠珠成分

AgNO3

DBS-CONHNH 2

海藻酸鈉 (Sodium alginate)

CaCl 2水溶液

圖2. 奈米銀凝膠珠的結構示意圖。

凝膠的製作方式

第一種方式-擴展互穿網路凝膠 (Extended interpenetrating network gels)

  1. 將 DBS-CONHNH 2 (0.3 % wt/vol)最終體積 1 mL與海藻酸鈉 (0.5 % wt/vol)混合,加熱後確保 LMWG 完全溶解,並在冷卻時發生凝膠化現象。
  2. DBS-CONHNH 2凝膠形成後,在凝膠頂部加入CaCl 2水溶液(5% wt/vol)1 mL,通過鈣離子擴散使藻酸鹽產生交聯現象。

第二種方式-混合凝膠珠 (hybrid gel beads)

  1. 以等量的 DBS-CONHNH 2和海藻酸鈉混合
  2. 加熱後,將所得熱溶液逐滴(20 μL /滴)加入 CaCl 2水溶液(5% wt/vol)中。
  3. 在冷卻過程中,與海藻酸鈉的交聯作用以及 DBS-CONHNH 2 的自動組裝過程會產生小的凝膠珠粒(直徑約 3 mm)。
  4. 將凝膠樣品與AgNO3(1 或 3 mL 的 10 m M溶液)一起作用3天,顏色會變成橙色/棕色,三天後去除上清液並用水洗滌凝膠。
  5. 使用穿透式電子顯微鏡 (TEM) 證實了 AgNPs 的形成,DBS-CONHNH 2 /藻酸鹽混合凝膠和凝膠珠AgNPs的大部分直徑在 1-10 nm 範圍內。

凝膠珠的抗菌效果

對凝膠珠進行了抑菌圈的實驗,分別以革蘭氏陽性耐萬古黴素的屎腸球菌(Enterococcus faecium , VRE),以及革蘭氏陰性銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa, PA14),這兩種菌株通常在醫院免疫力低下的病人中容易感染。

經過24小時的測試,抑制區在 2 到 3 mm之間。兩種製作方式的抗菌結果相似。

凝膠珠的持續效果

而從持久性檢測來看,少量的銀離子約20%從凝膠中釋放,但 30 分鐘後不再釋放銀離子。24小時後,將釋放介質更換為淡水,依然未觀察到銀離子進一步釋放。

結論

由於凝膠珠非常容易處理和操作,並對抗藥性細菌具有抗菌特性,對於骨科應用或傷口癒合的潛力材料,特別是考慮到抗菌珠狀結構已經廣泛應用於臨床。事實上,由不可降解聚合物或可降解生物材料如硫酸鈣組成的具有抗菌活性的珠狀結構,已經在臨床上用於治療骨頭和傷口感染。免疫力低下需要長期預防傷口感染的病人如加護病房的住院患者、癌症患者、接受透析或接受移植的患者都會需要這樣的凝膠珠來進行抗菌以及預防傷口的治療。

Self‐Assembled Supramolecular Hybrid Hydrogel Beads Loaded with Silver Nanoparticles for Antimicrobial Applications

參考文獻

Piras, C. C., Mahon, C. S., & Smith, D. K. (2020). Self‐Assembled Supramolecular Hybrid Hydrogel Beads Loaded with Silver Nanoparticles for Antimicrobial Applications. Chemistry (Weinheim an der Bergstrasse, Germany)26(38), 8452.

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