بررسی خاصیت ضد باکتریایی نانوذره های نقره در پلی استایرن های انبساطی دیرسوز و استاندارد

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 بابل، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، دانشکده مهندسی شیمی، گروه بیوتکنولوژی

2 بابل، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، دانشکده علوم پایه، گروه فیزیک

چکیده

در این پژوهش، ویژگی­های ضد باکتریایی نانوکامپوزیت­ های نقره ـ پلی استایرن انبساطی دیرسوز و استاندارد بررسی شد.  برای ساخت نانوکامپوزیت­ های نقره ـ پلی استایرن از روش حل کردن پلیمر در حلال و اختلاط پلیمر و نانوذره ­ها استفاده شد. در این روش برای  هر دو نمونه  نانوکامپوزیت پلیمری، محلول­ های ژله ای زرد رنگ شامل نانوذره­ های نقره در پلی استایرن با غلظت­های 5/12، 25 و 5/37 میکروگرم بر سانتی متر مکعب ساخته شد. تصویرهای میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و الگوی پراش اشعه ایکس (XRD ) نشان دادند که  اندازه نانوذره­ های نقره به­کار رفته حدود nm 20 می ­باشد. همچنین برای بررسی چگونگی توزیع نانوذره­ های نقره،ریخت­ شناسی سطح مقطع نمونه­ های نانوکامپوزیت نقره ـ پلی استایرن به وسیله تصویرهای  SEM مورد مطالعهقرار گرفتند. در ادامه خاصیت ضد باکتریایی این ورق­ های نانوکامپوزیت پلیمری بر باکتری­های Escherichia coli ATCC 25922  و Staphlycoccus aureus ATCC 6538  به روش انتشار دیسک اصلاح شده بررسی شدمقایسه نتیجه­ ها نشان داد که نانوکامپوزیت تهیه شده از پلی­استایرن انبساطیدیرسوز روی هر دو نوع سویه باکتری خاصیت ضد باکتریایی ندارد درحالی که در نمونه پلی استایرن انبساطی استاندارد فقط در سویه Staphylococcus aureus ATCC 6538  خاصیت ضد باکتریایی وابسته به غلظت نانوذره ­های نقره دیده شد. نتیجه ­های این پژوهش برپایه نقش غلظت نانوذره­ های نقره، ناخالصی­ های نمونه­ های پلی استایرن و ویژگی ­های ساختاری میکروارگانیسم­ها توجیه شد. این پژوهش می ­تواند به عنوان پایه ­ای برای پژوهش ­های آینده پیرامون نانوکامپوزیت­ های پلی استایرن ضدباکتریایی با کاربردهای گستردگی صنعتی و بهداشتی مورد توجه قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 [1] زمان خان، حسام؛ آیتی، بیتا؛ گنجی دوست، حسین، تجزیه فتوکاتالیستی فنل به وسیله نانوذرات روی اکسید تثبیت شده بر بستر بتنی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3) 31: 9- 19(1391).

[2] Vodnik V.V., Božanić D.K., Džunuzović E., Vuković J., Nedeljković J.M., Thermal and Optical Properties of Silver–poly(methylmethacrylate) Nanocomposites Prepared by In-Situradical Polymerization, Eur. Polym. J., 46: 137–144 (2010).

[3] Singho N.D., Lah N.A.C., Johan M.R., Ahmad R., Enhancement of the Refractive Index of Silver Nanoparticles in Poly (Methyl Methacrylate), Int. J. Res. Eng. Technol., 1:2277–4378 (2012).

[4] Liu S., He J., Xue J., Ding W., Efficient Fabrication of Transparent Antimicrobial Poly(vinyl Alcohol) Thin Films, J. Nanopart. Res., 11:553–560 (2009).

[5] Feng Q., Dang Z., Li N., Cao X.,Preparation and Dielectric Property of Ag–PVA Nano-Composite, Mater. Sci. Eng. B, 99: 325–328(2003).

[6] Kazemi A., Raftari M., Tollabimazraehno S., Mahdavi M., Irajizad A., Comparison Anti-Bacterial Effect of Silver/Polystyrene Nanocomposites on Gram Negative and Positive Bacteria, “American Physical Society, APS March Meeting”, February 27-March 2 (2012).

[7] Zapata P.A., Tamayo L., Páez M., Cerda E., Azócar I., Rabagliati F.M., Nanocomposites Based on Polyethylene and Nanosilver Particles Produced by Metallocenic “in situ” Polymerization: Synthesis, Characterization, and Antimicrobial Behavior, Eur. Polym. J., 47:1541–1549 (2011).

[8] Abbasi A.R., Kalantary H., Yousefi M., Ramazani A., Morsali A., Synthesis and Characterization of Ag Nanoparticles@Polyethylene Fibers under Ultrasound irradiation, Ultrason. Sonochem., 19:853–857 (2012).

[9] Singh R.P., Tiwari A., Pandey A.C., Silver/Polyaniline Nanocomposite for the Electrocatalytic Hydrazine Oxidation, J. Inorg. Organomet. Polym., 21:788–792 (2011).

[10] Lokensgard E., "Industrial Plastics: Theory and Applications", Delmar, Cengage Learning, New York, USA (2010).

[11] Gray J.E., “Polystyrene: Properties, Performance, and Applications”, Nova Science Publishers (2011).

[12] Singleton P., "Bacteria in Biology, Biotechnology and Medicine", John Wiley & Sons Ltd, New York (1999).

[13] Kluytmans J., van Belkum A., H Verbrugh H., Nasal Carriage of Staphylococcus Aureus: Epidemiology, Underlying Mechanisms, and Associated Risks, Clin. Microbiol. Rev., 10:505-520 (1997).

[14] Bauer  A.W., Kirby  W.M.M., Sherris J.C., Turck M., Antibiotic Susceptibility Testing by a Standardized Single Disk Method, Am. J. Clin. Pathol., 45:493-496 (1966).

[15] Feng Q.L., Wu  J., Chen G.Q., Cui  F.Z., Kim  T.N., Kim  J.O., A Mechanistic Study of the Antibacterial Effect of Silver Ions on Escherichia Coli and Staphylococcus Aureus, J. Biomed. Mater., 52:662-668 (2000).

[16] Son W.K., Youk J.H., Lee T.S., Park W.H., Preparation of Antimicrobial Ultrafine Cellulose Acetate Fibers with Silver Nanoparticles, Macromol. Rapid Commun., 25:1632-1637 (2004).

[17] Melaiye  A., Sun Z., Hindi  K., Milsted  A., Ely D., Reneker D., Silver(I)−Imidazole Cyclophane gem-Diol Complexes Encapsulated by Electrospun Tecophilic Nanofibers: Formation of Nanosilver Particles and Antimicrobial Activity, J. Am. Chem. Soc, 127:2285-2291 (2005).

[18] Yildirim L.T., Kurtaran R., Namli H., Azaz A.D., Atakol O., Synthesis, Crystal Structure and Biological Activity of Two New Heterotrinuclear Thiocyanato Bridged Cu(II)-Hg(II)-Cu(II) Complexes, Polyhedron., 26:4187-4194 (2007).

[19] Kurtana R., Yildirim L.T., Azaz A.D., Namli H., Atkol O., Synthesis, Characterization, Crystal Structure and Biological Activity of a Novel Heterotetranuclear Complex:[NiLPb(SCN)2(DMF)(H2O)]2,bis-{[m-N,N′-bis(salicylidene)-1,3-propanediaminato-Aqua-nickel (II)] (thiocyanato)(m-thiocyanato)(m-N,N′-dimethylformamide)lead(II)}, J. Inorg. Biochem., 99:1937-1944 (2005).

[20] Eljarrat E., Barceló D., “Brominated Flame Retardants”, Springer Berlin Heidelberg (2010).

[21] Scherrer P., Bestimmung der Grösse und der Inneren Struktur von Kolloidteilchen Mittels Röntgensrahlen [Determination of the size and Internal Structure of Colloidal Particles Using, Nachr. Göttinger Nachrichten Math. Phys., 2:98–100 (1918). [German]

[22] Cullity B. D., “Elements of X-ray Diffraction”, Addison Wesley (1978).

[23] Cho K.H., Park J.E., Osaka T., Park S.G., The Study of Antimicrobial Activity and Preservative Effects of Nanosilver Ingredient, Electrochim.Acta, 51:956-960 (2005).

[24] Liau S., Read D., Pugh W., Furr J., Russell A., Interaction of Silver Nitrate with Readily Identifiable Groups: Relationship to the Antibacterial Action of Silver Ions, Lett. Appl. Microbiol., 25:279-283 (1997).

[25] Spacciapoli P., Buxton D., Rothstein D., Friden P., Antimicrobial Activity of Silver Nitrate Against Periodontal Pathogens, Periodontal J. Res., 36:108-113 (2001).

[26] Schrand A.M., Rahman M.F., Hussain S.M., Schlager J.J., Smith D.A., Syed A.F., Metal-Based Nanoparticles and Their Toxicity Assessment, WIREs Nanomed. Nanobiotechnol., 2:544–568 (2010).

[27] Braydich-Stolle L., Hussain S., Schlager J.J., Hofmann M.C., In Vitro Cytotoxicity of Nanoparticles in Mammalian Germline Stem Cells, Toxicol. Sci., 88:412-419 (2005).

[28] Hussain S.M., Javorina A.K., Schrand A.M., Duhart H.M., Syed A.F., Schlager J.J., The Interaction of Manganese Nanoparticles with PC-12 Cells Induces Dopamine Depletion, Toxicol. Sci., 92:456-463 (2006).

[29] Percival S.L., Bowler P.G., Russell D., Bacterial Resistance to Silver in Wound Care, J. Hosp. Infect.,60:1-7 (2005)

[30] Wright J.B., Lam K., Hansen D., Burrell R.E., Efficacy of Topical Silver Against Fungal Burn Wound Pathogens, Am. J. Infect. Control, 27:344-350 (1999).

[31] Feng Q.L., Wu J., Chen G.Q., Cui F.Z., Kim T.N., Kim J.O., A Mechanistic Study of the Antibacterial Effect of Silver Ions on Escherichia Coli and Staphylococcus Aureus, J. Biomed. Mater. Res., 52:662-8 (2000).

[32] Brett D.W. , A discussion of Silver as an Antimicrobial Agent: Alleviating the Confusion, Ostomy Wound Manag., 52:34-41 (2006).

[33] Hidalgo E., Dominguez C., Study of Cytotoxicity Mechanisms of Silver Nitrate in Human Dermal Fibroblasts, Toxicol. Lett., 98:169-179 (1998).

[34] Lok C.N., Ho C.M., Chen R., He Q.Y., Yu W.Y., Sun H., Tam P.K., Chiu J.F., Che C.M., Silver Nanoparticles: Partial Oxidation and Antibacterial Activities, J. Biol. Inorg. Chem., 12:527–534 (2007).

[35] Martínez-Castañón G. A., Niño-Martínez N., Martínez-Gutierrez F., Martínez-Mendoza J. R., Ruiz F., Synthesis and Antibacterial Activity of Silver Nanoparticles with Different Sizes, J. Nanopart. Res., 10:1343–1348 (2008).

[36] Baker C., Pradhan A., Pakstis L., Pochan D.J., Shah S. I., Synthesis and Antibacterial Properties of Silver Nanoparticles, J. Nanosci. Nanotechnol., 5:244-249 (2005).

[37] Pal S., Tak Y.K., Song J.M., Does the Antibacterial Activity of Silver Nanoparticles Depend on the Shape of the Nanoparticle? A Study of the Gram-Negative Bacterium Escherichia coli, Appl. Environ. Microbiol., 73:1712-1720 (2007).

[38] Powers K.W., Brown S.C., Krishna V.B., Wasdo S.C., Moudgil B.M., Roberts S.M., Research Strategies for Safety Evaluation of Nanomaterials. Part VI. Characterization of Nanoscale Particles for Toxicological Evaluation, Toxicol. Sci., 90:296-303 (2006).

[39] Jiang J., Oberdörster G., Biswas P., Characterization of Size, Surface Charge, and Agglomeration State of Nanoparticle Dispersions for Toxicological Studies, J. Nanopart. Res., 11:77-89 (2009).

[40] Keller A.A., Wang H., Zhou D., Lenihan H.S., Cherr G., Cardinale B.J., Miller R., Ji Z., Stability and Aggregation of Metal Oxide Nanoparticles in Natural Aqueous Matrices, Environ. Sci. Technol., 44:1962–1967 (2010).

[41] Pranami G., “Understanding Nanoparticle Aggregation”, PhD Dissertation, Iowa State University, USA (2009).

[42] Zhong Y., Peng P., Yu Z., Deng H., Effects of Metals on the Transformation of Hexabromocyclododecane (HBCD) in Solvents: Implications for Solvent-Based Recycling of Brominated Flame Retardants, Chemosphere, 81:72–78 (2010).

[43] Wagoner E.R., Baumberger C.P., Peverly A.A., Peters D.G., Electrochemical Reduction of 1,2,5,6,9,10-hexabromocyclododecane at Carbon and Silver Cathodes in Dimethylformamide, J. Electroanal. Chem., 713:136–142 (2014).

[44] Fedurco M., Sartoretti C.J., Augustynski J., Reductive Cleavage of the Carbon-Halogen Bond in Simple Methyl and Methylene Halides. Reactions of the Methyl Radical and Carbene at the Polarized Electrode/Aqueous Solution Interface, Langmuir, 17:2380–2387 (2001).

[45] Isse A.A., Falciol L., Mussini P.R., Gennaro A., Relevance of Electron Transfer Mechanism in Electrocatalysis: the Reduction of Organic Halides at Silver Electrodes, Chem. Commun., 3:344-346 (2006)

[46] Strawsine L.M., Sengupta A., Raghavachari K., Peters D.G., Direct Reduction of Alkyl Monohalides at Silver in Dimethylformamide: Effects of Position and Identity of the Halogen, Chem. Electrochem., 2:726–736 (2015).

[47] Pretty S.D., Musa A.Y., Wren J.C., Reactions of Bromide and Iodide Ions with Silver Oxide Films on Ag Substrates, J. Electrochem. Soc., 160:H13-H21 (2013).

[48] Vojinovic V., Mentus S., Komnenic V., Bromide Oxidation and Bromine Reduction in Propylene Crbonate, J. Electroanal. Chem., 547:109-113 (2003).

[49] Brown L., Wolf J.M., Prados-Rosales R., Casadevall A., Through the wall: Extracellular Vesicles in Gram-Positive Bacteria, Mycobacteria and Fungi, Nature Rev. Microbiol., 13:620–630 (2015).

[50] Vaara M., Antibiotic-Supersusceptible Mutants of Escherichia coli and Salmonella Typhimurium., Antimicrob Agents Chemother., 37:2255–2260 (1993)

[51] Nikaido H., Antibiotic Resistance Caused by Gram-Negative Multidrug Efflux Pumps, Clin. Infect. Dis., 27:S32-41 (1998)

[52] Li W-R., Xie X-B., Shi Q-S., Zeng H-Y., OU-Yang Y-S., Chen Y-B., Antibacterial Activity and Mechanism of Silver Nanoparticles on Escherichia Coli, Appl. Microbiol. Biotechnol., 85:1115-1122 (2010)

[53] Mirzajania F., Ghassempour A., Aliahmadi A., Esmaeili M.A., Antibacterial Effect of Silver Nanoparticles on Staphylococcus Aureus, Res. Microbiol., 162:542–549 (2011)

[54] Seltmann G., Holst O., “The Bacterial Cell Wall”, Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2002)

[55] Vollmer W., Blanot D., de Pedro M.A., Peptidoglycan Structure and Architecture, FEMS Microbiol. Rev., 32:149-167 (2008).