Nanopartikler med pulslaserkontrollerede antibakterielle egenskaber

Sølvnanopartikler (AgNP'er) er kendt for at have fremragende antibakterielle egenskaber og anses af mange for at være en stærk udfordrer i den kritiske søgen efter et svar på antibiotika-resistente bakterier. De blokerer enzymer og kan få bakterier til at have uregelmæssigt formede membraner, producerer resultater lige fra hæmmet vækst til celledød. Imidlertid, et samarbejde mellem forskere fra Kumamoto University, Keio Universitet, og Dai Nippon Toryo Co., Ltd. i Japan fandt ud af, at AgNP'er har en tilbøjelighed til at konglomere, hvilket resulterer i en reduktion af antibakterielle egenskaber. De løste konglomerationsproblemet ved at belægge nanopartiklerne med guld. Desværre, dette medførte også en reduktion af de antibakterielle virkninger, da sølvet ikke længere var eksponeret. Dette fik forskerne til at søge efter en metode til at holde formen på nanopartiklerne samt de antibakterielle egenskaber.

Pulserende laserbestråling på de guldbelagte sølvnanopartikler (Ag@Au NP'er) gav en løsning på problemet. Når Ag@Au NP'er bestråles med en pulslaser, NP'ernes morfologi ændres fra en trekantet plade til en sfærisk form. Dette skyldes, at metallerne smelter fra varmen fra laserpulsen. Forskerne viste, at Ag@Au NP'er var omkring halvt trekantede og halvt sfæriske før bestråling, men sprang til 94% sfæriske efter bestråling. Desuden, sølv-til-guld-forholdet mellem Ag@Au NP'erne før bestråling var omkring 22:1, men efterbestrålingsforholdet var tæt på 4,5:1. Dette blev tolket af forskerne som genereringen af ​​defekter i guldbelægningen, der gjorde det muligt for noget af sølvet at undslippe som ioner. Dette er et vigtigt aspekt af den pulserende laserbestrålingsproces, da frigivelsen af ​​sølv frembringer den bakteriedræbende effekt.

"Vi har udviklet en metode til at aktivere de antibakterielle egenskaber af sølv nanopartikler efter behag, " sagde professor Takuro Niidome, leder af forskningsgruppen. "Vores eksperimenter har vist, at mens ikke-bestrålede guldbelagte sølvnanopartikler kun har mindre antibakterielle egenskaber, effekterne øges væsentligt efter pulserende laserbestråling. Vi håber at udvikle denne teknologi yderligere som en metode til at håndtere bakterier, der har udviklet antibakteriel resistens."

De bestrålede Ag@Au NP'er var yderst effektive mod Escherichia coli, resulterer i en kolonioverlevelsesrate på 0 %. Sølv NP'er alene var tilsvarende effektive, men Ag@Au NP'erne havde fordelene ved at blive aktiveret efter behov og havde ikke tendens til at klumpe sammen som sølv NP'erne.

Denne forskning blev offentliggjort online i Royal Society of Chemistry-tidsskriftet Nanoskala den 11. oktober 2017.