奈米銀粒子濕巾可做為預防冠狀病毒的用品

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冠狀病毒(CoV)是一大類病毒,它們引起的疾病從普通感冒到更嚴重的疾病,例如中東呼吸綜合症(MERS-CoV)和嚴重急性呼吸綜合症(SARS-CoV)。在2021年國際生物大分子雜誌(International Journal of Biological Macromolecules)的研究中成功地製備了經過抗菌和抗病毒的奈米銀顆粒處理的消毒纖維擦拭巾,可用於在醫院和醫療中心等重要領域預防某些病原性病毒和微生物的污染和傳播給人類,尤其是冠狀病毒。

圖1. 奈米銀粒子可均勻附著於濕巾以及棉織物上降低冠狀病毒感染的風險。

重點整理

1.最安全的奈米銀粒子製作方式為聚丙烯酸通過光化學還原法(S4)製備,0.0625μL時對MERS-CoV表現出高抗病毒活性,並具有48.3%的病毒抑制率。

2.使用棉織物作為還原劑製備的AgNPs(S3)在所有樣品中顯示出最高的抗病毒活性,在0.0625μL時病毒抑制率為51.7%,具有中等的細胞毒性活性。

所有製備的AgNPs樣品均顯示出對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌的高度抗菌以及抗真菌作用。

研究學者對於抗菌和抗病毒活性研究了用四種不同技術製備的奈米銀顆粒(AgNPs)用作纖維素擦拭巾的消毒劑。這四種方法分別是:

1.檸檬酸三鈉與棉紗作為還原劑

2.在葡萄糖存在下使用PVA水溶液製備AgNP’s

3.檸檬酸三鈉與棉織物作為還原劑

4.聚丙烯酸和硝酸銀的光化學反應解決方案。

用製備的奈米銀顆粒處理作為纖維素基織物的聚酯/黏膠混紡水刺不織布(Polyester/viscose blended spunlace nonwoven fabrics),用作表面消毒濕巾。檢查了非織造織物的性能,包括厚度,抗張強度在乾濕條件下,在機器方向(MD)和橫向(CMD)上均具有爆破強度,透氣性,透水性和表面潤濕性。AgNPs的特徵根據UV-VIS光譜,TEM ,SEM和Zeta電位進行的分析。

針對抗菌和抗病毒活性的AgNPs活性溶液進行評估。使用不同技術製備的AgNPs樣品的分析結果顯示,顆粒具有良好的均勻性和穩定性,並且AgNPs在纖維上的塗層均勻。此外,還有消毒劑性能的AgNPs製備方法,該方法證明了其有效性針對冠狀病毒(MERS-CoV),並對金黃色葡萄球菌 (S. aureus)和枯草芽孢桿菌 (B. subtilis)等革蘭氏陽性菌,大腸桿菌 (E. coli)和P.桿菌 (P. mirabilis)等革蘭氏-陰性細菌,黑曲霉 (A. niger)和白色念珠菌 (C. albicans)等真菌有顯著效果。

病毒抗菌塗層劑/奈米顆粒行動方式
流感病毒具有銀,銅和鋅陽離子的混合塗料防止病毒與宿主質膜結合
乙型肝炎病毒(HBV)奈米銀顆粒干擾病毒DNA的複制和附著
單純皰疹病毒1型(HSV-1)氧化錫奈米線防止病毒進入宿主細胞
Tacaribe病毒(TCRV)多醣包覆的奈米銀顆粒在進入宿主細胞之前,它會滅活感染性病毒

1型人類免疫缺陷病毒(HIV-1)
具有銀,銅和鋅陽離子的混合塗料破壞病毒膜
呼吸多核體病毒塗有PVP的奈米銀顆粒干擾病毒對宿主細胞的附著
單純皰疹病毒2型(HSV-2)氧化鋅四足形奈米顆粒(ZOTEN)與病毒粒子結合併阻止其進入細胞
2型登革熱病毒綠色合成的奈米銀顆粒抑制登革熱病毒包膜的產生
牛痘病毒氯化鋅抑制病毒在宿主細胞上的生長
鼻病毒鋅離子抑制病毒複製
猴痘病毒多醣包覆的奈米銀顆粒阻止病毒與宿主細胞的相互作用和滲透

表1. 具有殺菌作用的抗菌塗層劑/奈米顆粒。

許多研究人員發現,不同的奈米結構/顆粒可有效治療包膜病毒,表1指出了其中的一些。各種金屬奈米結構,例如氧化鋅,氧化錫奈米線,氧化鋅四足體,廣泛用於新型抗病毒治療。類似地,已研究了銀,金,矽奈米顆粒具有強大的抗病毒活性。它們通過模仿細胞受體或抑制基因組複製和病毒組裝來防止病毒進入。研究了加帽的奈米顆粒(穀胱甘肽-Ag2S簇)對豬流行性腹瀉病毒(PEDV)的影響,該病毒是中國武漢的冠狀病毒成員。這些加帽的奈米顆粒通過誘導先天性免疫應答來抑制病毒陰性RNA鏈的合成,並防止病毒後代出芽。COVID-19與PEDV冠狀病毒非常接近,針對COVID-19的不同生命週期步驟應用加帽奈米顆粒的不同組合不久將成為一種治療選擇。

Tackling COVID-19 pandemic through nanocoatings: Confront and exactitude

隨著最近全球範圍內COVID-19大流行的爆發,人們對感染的擔憂急劇增加,因此,對醫用不織布口罩和消毒濕巾的需求也迅速增加。冠狀病毒感染的嚴重程度可能導致肺炎,嚴重的急性呼吸系統綜合症(SARS),甚至可能導致死亡。因此,這種大流行在全球範圍內造成了至關重要的社會經濟影響。據稱,2019年,全球醫用不織布市場價值將達到12.8億美元,並將繼續以每年12.8億美元的速度增長,並將繼續以每年4.6%的速度增長,並有望進入市場。 1.61的規模,到2024年,將具有十億美元的規模。消毒濕巾也稱為預浸消毒濕巾,由於其有效的性能而廣泛用於各種應用,特別是在醫院和醫療中心的關鍵區域,用於醫療器械和高接觸環境表面的去污。表面可能會被手,物體,含病毒的氣溶膠或污染的液體沉澱污染,從而導致病原體在人與人之間快速傳播。消毒劑溶液沿著擦拭的機械作用除去有機碎片和微生物表面發揮控制感染中的重要作用。

消毒過程受多種因素的影響,例如擦拭布的固有特性,包括纖維類型和織物結構,施加的壓力,目標微生物,消毒劑類型,濃度和殺菌活性,施加方法以及擦拭布基材與底材之間的相互作用。消毒劑的有效成分。另外,所釋放的消毒劑溶液的量在很大程度上取決於擦巾吸收性能。消毒劑的保護作用有兩種方式:細菌和真菌的生長和致命作用(殺蟲,殺菌,殺真菌和殺病毒作用)。用於消毒目的的非織造擦布由纖維素纖維(例如棉,黏膠纖維,萊賽爾纖維,木漿纖維)和聚烯烴纖維(例如聚酯和聚丙烯)製成。市場上的大多數消毒濕巾均由聚酯纖維和黏膠纖維/木漿纖維的混合物製成。纖維素纖維用於提供高保水性和儲存能力,而聚烯烴纖維則具有高拉伸強度,耐磨性和耐溶劑性。非織造織物為濕巾使用水刺的加工工藝,其中所生產的織物顯示出充分的柔軟性,柔韌性。製造,貼合性使得它在濕擦巾和醫療領域中廣泛使用的相對於傳統的織物。

利用金屬奈米顆粒賦予紡織品抗病毒性能是最有前途的方法之一。金屬,例如銀,銅,鋅奈米粒子,廣泛用於各種具有新功能特性的紡織品應用中。奈米銀顆粒由於其比普通的銀金屬具有更高的抗菌和抗真菌活性而倍受關注。此行為歸因於抑制呼吸酶的銀粒子(Ag +)的釋放。奈米銀顆粒(的AgNPs)具有對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌有廣譜抗菌活性如金黃色葡萄球菌和大腸桿菌。銀粒子被鏈接到細菌細胞壁與酶和蛋白質的硫醇基團相互作用,造成細菌生長的抑制和沉積在液泡和細胞壁導致細菌細胞的死亡。近來,已經研究了奈米銀顆粒對多種病毒例如HIV-1,肝炎,呼吸道合胞病毒,單純皰疹,猴痘和H 1 N 1流感的抗菌活性。AgNPs的抗病毒性能基於對病毒和宿主細胞之間結合的物理抑制。對於上述提到的病毒,研究了AgNPs大小對其抗病毒行為的影響。奈米銀顆粒尺寸小於10nm可抑制HIV-1感染。這使得AgNPs對幾種類型的細菌,真菌和病毒是一種有極具潛力的抗菌材料。

由於其獨特的性能,已經在幾項研究中研究了將金屬奈米顆粒結合到聚合物複合材料中的方法。葡萄糖被用於減少硝酸銀在聚乙烯醇(PVA)的存在,由於其良好的發生反應,作為用於金屬和半導體的基質材料具備奈米銀顆粒的熱穩定性和化學耐性。PVA由於其水溶性,生物相容性和無毒性而成為綠色環保的生物聚合物,因此被廣泛用於各種生物醫學應用。研究了針對流感病毒的AgNPs的抗病毒特性,並已證明了的AgNPs顯示對病毒膜糖蛋白的旋鈕和細胞產生破壞作用。在紡織品上利用金屬離子(例如銀,銅,鋅,鋁,鎂和鈣)獲得了抗病毒效果,註冊了美國專利(2007/016278 A1)。通過放射化學過程合成的AgNPs添加到棉紡織品中表現出它對甲型流感和貓杯狀病毒的抗病毒作用。發現在Replens凝膠中均質的PVP包覆的AgNPs的製備可迅速抑制HIV-1的傳播,並為子宮頸組織提供48小時的持久保護,使其不受感染,且未檢測到細胞毒性的跡象。用聚(N-乙烯基-2-吡咯烷酮)(PVP),牛血清白蛋白(BSA)和RSV(RF 412)的重組F蛋白封端的AgNPs抑制了呼吸道合胞病毒的感染。Ag-殼聚醣複合物對H 1 N 1甲型流感病毒的抗病毒活性隨AgNPs濃度的增加而增加。過去研究通過濺射鍍膜技術用銀-二氧化矽複合奈米顆粒塗覆FFB3掩模,並評估了其對SARS-CoV-2的抗病毒作用。結果表明,濺射鍍膜的Ag奈米糰簇/二氧化矽複合材料具有殺毒作用。

圖3

圖2. 不同製備方式生產出的奈米銀顆粒溶液。

圖6

圖3. AgNPs樣品的TEM圖像。

實驗組別製作方法色澤顆粒大小(nm)細胞毒性(MTT/CC50)抗病毒活性(PFU/ml)抗菌活性(抑菌圈)
S1檸檬酸三鈉/ AgNPs法(棉紗)10-200.408μL36.7% (0.5μL)15-17mm
S2PVA / AgNPs法20-300.415μL0% (0.007813μL))25mm
S3檸檬酸三鈉/ AgNPs法(棉織物)淡黃10-200.536μL51.7%( 0.0625μL)20-23mm
S4聚丙烯酸/ AgNPs法20-303.868μL48.3%(0.0625μL)18-24mm

表2. 四種AgNPs的特徵。

圖4. AgNPs的濕巾獨立包裝以及用AgNPs處理過的棉紗製成的抗微生物和抗病毒的冬季毛衣。

結論

如今,消毒濕巾的使用正在迅速增加,以滿足日常需要並減少高接觸環境表面的感染風險,這尤其是在冠狀病毒大流行爆發時成為一個具有挑戰性的問題。在這項研究中用四種不同技術製備的奈米銀顆粒的抗菌和抗病毒活性,以用作表面消毒用的聚酯/膠水刺擦拭布的消毒劑。結果表明,水刺不織布具有足夠的物理和機械性能。用不同技術製備的AgNPs表現出良好的均勻性和穩定性,其粒徑分佈可通過調節AgNO 3的濃度來控制。MTT細胞毒性試驗表明,用聚丙烯酸通過光化學還原法(S4)製備的AgNPs是最安全的,因為需要更高的濃度才能殺死50%的活細胞。此外,它在0.0625μL時對MERS-CoV表現出高抗病毒活性,並具有48.3%的病毒抑制率。

另一方面,使用棉織物作為還原劑製備的AgNPs(S3)在所有樣品中顯示出最高的抗病毒活性,在0.0625μL時病毒抑制率為51.7%,具有中等的細胞毒性活性。儘管通過使用葡萄糖和PVA作為還原基質製備的AgNPs(S2)沒有任何抗病毒活性。此外,所有製備的AgNPs樣品均顯示出對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌的高度抗菌作用以及抗真菌作用。因此,用奈米銀顆粒處理過的表面消毒濕紙巾可在醫院,醫療中心和擁擠的地方等關鍵區域有效使用,並有望降低冠狀病毒感染的風險。

Preparation of cellulose-based wipes treated with antimicrobial and antiviral silver nanoparticles as novel effective high-performance coronavirus fighter

參考來源

Hamouda, T., Ibrahim, H. M., Kafafy, H. H., Mashaly, H. M., Mohamed, N. H., & Aly, N. M. (2021). Preparation of cellulose based wipes treated with antimicrobial and antiviral silver nanoparticles as novel effective high-performance coronavirus fighter. International journal of biological macromolecules.

Rai, P. K., Usmani, Z., Thakur, V. K., Gupta, V. K., & Mishra, Y. K. (2020). Tackling COVID-19 pandemic through nanocoatings: confront and exactitude. Current Research in Green and Sustainable Chemistry3, 100011.

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