Ioner, ikke partikler, gør sølv giftigt for bakterier

(Phys.org)-Rice University-forskere har afgjort en mangeårig kontrovers om den mekanisme, hvormed sølv nanopartikler, det mest udbredte nanomateriale i verden, dræbe bakterier.

Deres arbejde kommer med en Nietzsche-agtig advarsel:Brug nok. Hvis du ikke dræber dem, du gør dem stærkere.

Forskere har længe vidst, at sølvioner, som strømmer fra nanopartikler, når de oxideres, er dødelige for bakterier. Sølv nanopartikler bruges stort set overalt, herunder inden for kosmetik sokker, madbeholdere, vaskemidler, spray og en lang række andre produkter for at stoppe spredningen af ​​bakterier.

Men forskere har også mistanke om, at sølvnanopartikler selv kan være giftige for bakterier, især den mindste af dem på omkring 3 nanometer. Ikke så, ifølge Rice -teamet, der rapporterede sine resultater i denne måned i American Chemical Society journal Nano bogstaver .

Faktisk, når muligheden for ionisering fjernes fra sølv, nanopartiklerne er praktisk talt godartede i nærvær af mikrober, sagde Pedro Alvarez, George R. Brown Professor og formand for Rices afdeling for civil- og miljøteknik.

"Du vil blive overrasket over, hvor ofte folk markedsfører ting uden en fuld mekanistisk forståelse af deres funktion, "sagde Alvarez, som undersøger nanopartiklers skæbne i miljøet og deres potentielle toksicitet, især for mennesker. "Præfikset 'nano' kan være et tveægget sværd. Det kan hjælpe dig med at sælge et produkt, og i andre tilfælde kan det fremkalde bekymringer om potentielle utilsigtede konsekvenser. "

Han sagde, at det enkle svar på det årti gamle spørgsmål er, at de uopløselige sølvnanopartikler ikke dræber celler ved direkte kontakt. Men opløselige ioner, når den aktiveres via oxidation i nærheden af ​​bakterier, gøre jobbet pænt.

For at finde ud af det, forskerne måtte fjerne partiklerne af deres kræfter. "Vores oprindelige forventning var, at jo mindre en partikel er, jo større toksicitet, "sagde Zongming Xiu, en Rice -postdoktor og hovedforfatter af papiret. Xiu satte sig for at teste nanopartikler, både kommercielt tilgængeligt og specialsyntetiseret fra 3 til 11 nanometer, for at se, om der var en sammenhæng mellem størrelse og toksicitet.

"Vi kunne ikke få konsekvente resultater, "sagde han." Det var meget frustrerende og virkelig underligt. "

Xiu besluttede at teste nanopartikeltoksicitet i et anaerobt miljø - det vil sige forseglet inde i et kammer uden eksponering for ilt - for at kontrollere sølvionernes frigivelse. Han fandt ud af, at de filtrerede partikler var meget mindre giftige for mikrober end sølvioner.

Arbejder med laboratoriet til riskemiker Vicki Colvin, holdet syntetiserede derefter nanopartikler i sølv inde i det anaerobe kammer for at eliminere enhver chance for oxidation. "Vi fandt partiklerne, op til en koncentration på 195 dele pr. million, var stadig ikke giftige for bakterier, "Sagde Xiu." Men for det ioniske sølv, en koncentration på omkring 15 dele pr. milliard ville dræbe alle de tilstedeværende bakterier. Det fortalte os, at partiklen er 7, 665 gange mindre giftige end sølvionerne, angiver en ubetydelig toksicitet. "

"Pointen med det eksperiment, "Sagde Alvarez, "skulle vise, at mange mennesker indhentede data, der blev forvirret af en frigivelse af ioner, som opstod under eksponering, de måske ikke var klar over. "

Alvarez foreslog, at holdets anaerobe metode kan bruges til at teste mange andre former for metalliske nanopartikler for toksicitet og kunne hjælpe med at finjustere de antibakterielle kvaliteter af sølvpartikler. I deres test, Risforskerne fandt også tegn på hormese; E. coli blev stimuleret af sølvioner, da de stødte på doser for små til at dræbe dem.

"Ultimativt, vi vil kontrollere hastigheden for (ion) frigivelse for at opnå de ønskede koncentrationer, der bare gør jobbet, "Sagde Alvarez." Du ønsker ikke at overskride og overbelaste miljøet med giftige ioner, mens du tømmer sølv, som er et ædelmetal, en værdifuld ressource - og et noget dyrt desinfektionsmiddel. Men du vil ikke undervurdere, enten. "

Han sagde, at fundet skulle flytte debatten om størrelsen, form og belægning af sølv nanopartikler. "Selvfølgelig betyder de noget, "Sagde Alvarez, "men kun indirekte for så vidt disse variabler påvirker ionernes opløsningshastighed. Den vigtigste determinant for toksicitet er sølvionerne. Så fokus bør være på masseoverførselsprocesser og mekanismer til kontrolleret frigivelse. "

"Disse fund tyder på, at den antibakterielle anvendelse af sølvnanopartikler kan forbedres, og miljøpåvirkninger kan reduceres ved at modulere ionfrigivelseshastigheden, for eksempel, gennem responsive polymercoatinger, "Sagde Xiu.