ݺߣ

ݺߣShare a Scribd company logo

Závěrečný úkol do KPI

•
•
Z
Zdeněk Pokorný
1 of 6
Download to read offline
Účinek nanostříbra na mikroorganismy Anotace V tomto odborném testu je studována problematika účinnosti nanočástic stříbra na mikroorganismy. Je zde zachycena historie využití stříbra, která sahá do dob dávno minulých, vlastnosti stříbra, jeho účinek na některé druhy mikroorganismů a jeden z možných mechanismů působení nanostříbra na tyto mikroorganismy. Závěrem je vyzdvižena důležitost výzkumů tohoto druhu vzhledem ke stále zvyšující se rezistenci mikroorganismů. Klíčová slova Nanočástice, nanostříbro, stříbro, antibakteriální účinek, mikroorganismus Historie Využívání stříbra pro jeho antibakteriální vlastnosti, má dlouhodobou tradici. Již ve staroindické medicíně bylo stříbro používáno jako medikament proti různým druhům bakteriálních onemocnění. Slavný vojevůdce Alexandr Veliký používal stříbrné nádoby k uskladnění zásob vody. Díky tomu ochránil své vojsko před nákazami, které se přenáší vodou. Říše Římská přinesla další uplatnění stříbra a to ve formě stříbrných nádob, ve kterých se uchovávaly potraviny. Ve středověku se stříbro dočkalo dalšího uplatnění a to v podobě stříbrného nádobí. Během období světových válek se stříbro, jeho koloidní forma, využívalo i nitrožilně (Kleilová a Bencko 2010). Po objevení antibiotik se upustilo od používání stříbra jako medikamentu proti bakteriálním onemocněním, ale dnes se k tomuto trendu vracíme, kvůli zvyšující se rezistenci mikroorganismů k antibiotikům (URL 1).
Charakteristika stříbra Stříbro, stejně jako zlato, patří mezi přechodné d-prvky skupiny mědi. Stříbro má oxidační čísla 0 a 1, jedná se o ušlechtilý kov, který je nejlepším vodičem tepla i elektrického proudu. Dobře se rozpouští pouze v kyselině dusičné a s hydroxidy nereaguje vůbec. Má baktericidní účinky (Dvořáčková 2003). Vlastnosti koloidního stříbra jsou úzce spjaty s velikostí částic nanostříbra. Čím jsou částice menší, tím je antibakteriální účinek silnější (Yen a kol. 2009). Vlastnosti se také liší u různých tvarů nanočástic. Příklady tvarů můžeme vidět na Obrázku 1. Obrázek 1: Různé tvary nanočástic stříbra a) čtverce b) trojúhelníky c) drátky d) srovnané tyčky (převzato z Sharma a kol. 2009)
Příprava nanočástic stříbra Způsobů, kterými zle připravit nanočástice stříbra nebo jeho koloidní roztok je nepřeberné množství. Panáček a kol. (2006) se ve své práci zabýval přípravou nanočástic stříbra pomocí sacharidů. Použil k tomu dva monosacharidy (glukózu a galaktózu) a dva disacharidy (maltózu a laktózu). Nanostříbro syntetizoval z komplexu [Ag(NH3)2]+ (diaminostříbrný kation), dále použil různé koncentrace amoniaku a pH prostředí. Důvodem bylo získání široké škály nanočástic podle velikosti, ale s úzkou škálou velikostí při syntéze v různých podmínkách. Se zvyšující se koncentrací amoniaku se zvětšuje i průměrná velkost nanočástic až do koncentrace 0,035 mol * l-1 pro disacharidy a 0,20 mol * l-1 pro monosacharidy. Koncentrace 0,035 mol * l-1 je hraniční koncentrace, kdy se velikost částic mění z desítek na stovky. Při použití disacharidů jako redukčního činidla byly vytvořeny menší nanočástice stříbra než při použití monosacharidů. Nejmenší částice byly získány pomocí maltózy, poté následovala laktóza, glukóza a největší byly získány při použití galaktózy. Dalším způsobem přípravy nanočástic stříbra je elektrolýza stříbrných solí nebo pomocí redukčního činidla kterým je vodný roztok želatiny (Darroudi a kol. 2011). Antibakteriální účinek nanostříbra Jak bylo již dříve napsáno, antibakteriální vlastnosti nanostříbra jsou úzce spjaty s velikostí samotných částic. V jedné ze svých prací se Panáček a kol. (2006) zabýval syntézou, charakterizací a antibakteriálními vlastnosti nanočástic stříbra. Syntéza těchto nanočástic je popsána výše. Tyto částice aplikoval na deset různých druhů mikroorganismů uvedených v Tabulce 1. Minimální inhibiční koncentrace stříbrných nanočástic pro gram- pozitivní i pro gramnegativní bakterie je průměr z deseti různých měření. Kontrolní vzorek, který obsahoval všechny počáteční reakční látky kromě dusičnanu stříbrného, neukázal žádnou antibakteriální aktivitu. Z Tabulky 1 je vidět, že vyšší antibakteriální účinek mají stříbrné nanočástice syntetizované pomocí disacharidů. To je důsledek menší průměrné velikosti jejich nanočástic.
Tabulka 1: Minimální inhibiční koncentrace (MIC) a minimální baktericidní koncentrace (MBC) stříbrných nanočástic připravených redukcí komplexního kationtu [Ag(NH3)2]+ pomocí různých sacharidů a koncentrace amoniaku 0,005 mol * l-1 Bakterie Minimální inhibice a baktericidní koncentrace (μg * ml-1) Glukóza Galaktóza Maltóza Laktóza Kontrola d Kontrola e Enterococcus faecalis CCM 4224 -c - 13,5 54,0 6,75 -c Staphylococcus aureus CCM 3953 6,75 54,0 6,75 6,75 6,75 -c Escherichia coli CCM 3954 27,0 - 3,38 27,0 1,69 -c Pseudomonas aeruginosa CCM 3955 27,0 - 6,75 13,5 0,84 -c Pseudomonas aeruginosa 13,5 27,0 3,38 13,5 0,84 -c Staphylococcus epidermis a 13,5 6,75 1,69 6,75 0,84 -c Staphylococcus epidermidis b 6,75 54,0 1,69 6,75 1,69 -c Staphylococcus aureus MRSA 27,0 54,0 6,75 27,0 6,75 -c Enterococcus faecium (VRE) -c -c 13,5 54,0 3,38 -c Klebsiella pneumoniae (ESBL-positive) 27,0 -c 6,75 54,0 3,38 -c a Citlivý na methicillin; b Odolný proti methicillinu; c Neopodstatněná inhibice růstu bakterií; d Kontrolní vzorek obsahující všechny počáteční reakční látky bez redukujících sacharidů; e Kontrolní vzorek obsahující všechny počáteční reakční látky bez dusičnanu stříbrného; f MIC a MBC stříbrných solí měli stejnou hodnotu (tabulka převzata z Panáček a kol. 2006). Mechanismus působení nanostříbra I když význam používání nanočástic stříbra v posledních letech velice vzrostl, jeho mechanismus účinku na mikroorganismy není doposud plně prozkoumán. Mnoho vědců se ve svých studiích snaží vysvětlit tuto problematiku. Panáček a kol. (2006) ve své práci také vysvětluje mechanismus účinku nanočástic stříbra tím, že se částice naváží na buněčnou membránu mikroorganismů a změní její funkce jako je již výše zmiňovaná propustnost nebo dýchání. Poukazuje však také na pronikání těch nejmenších částic nanostříbra do buňky, kde jsou částice schopné interagovat s částmi buňky obsahující sloučeniny fosforu a síry, jako je tomu u DNA nebo proteinů (Morones a kol. 2005). Závěr Jak je vidět, nanomateriály a zejména nanostříbro má v oblasti biologie a medicíny velké uplatnění a budoucnost. Budou-li se i nadále používat antibiotika jako prevence před bakteriálním onemocněním nebo do médií v tkáňových kulturách také jako prevence před
bakteriálním znečištěním tkáně, bude docházek k stále větší rezistenci mikroorganismů k antibiotikům. Proto je nesmírně důležité nalézt jiné řešení pro boj s mikroorganismy a jedním z takových možností je využití d-prvků, které mají antibakteriální účinky a především jejich nanočástic. Seznam použité literatury: Darroudi M., Green synthesis and characterization of gelatin-based and sugar- reduced silver nanoparticles, Ahmad M.B., Abdullah A.H., Ibrahim N.A., International Journal of Nanomedicine, March 2011, vol. 6, s. 569–574 (Autor se v dané tématice vyzná. Článek je psán profesionálně a již při vydání musel projít kritérii, které nastavuje daný časopis. Článek již byl několikrát citován a je aktuální) Dvořáčková S., Rychlokurz chemie: od základní školy k přijímacím zkouškám na vysokou školu. 1. vydání. Olomouc: Rubico, 2003, 238 s. ISBN: 80-85839-42-3. Přechodné prvky, s. 59-72 (Recenze učebnice provedena paní doc. RNDr. Danielou Walterovou, CSc. Doporučená literatura ke zkoušce z Obecné a anorganické chemie. Je to učebnice, co víc dodávat ) Keilová V., Bencko V. Stříbro není jen krásný kov, z něhož se vyrábí šperky, ale také je o něm známo, že ničí nebezpečné choroboplodné zárodky, Moje zdraví, 2010, vol. 6, s. 31- 33. (Autoři jsou určitě v tomto oboru odborníci. Článek je psán čtivě. Má potřebnou úroveň a zároveň je ho schopen přečíst i neodborník.) Morones J. R., 2005 cit. podle Panáček A. Silver Colloid Nanoparticles: Synthesis, Characterization, and Their Antibacterial Activity. Kvítek L., Prucek R., Kolář M., Večeřová R., Pizúrová N., Sharma V.K., Nevěčná T., Zbořil R. The Journal of Physical Chemistry B, 2006, vol. 110, no. 33, s. 16248-16253 (jelikož jde o sekundární citaci, tak hodnocení je stejné jako u originálu.) Panáček A. Silver Colloid Nanoparticles: Synthesis, Characterization, and Their Antibacterial Activity. Kvítek L., Prucek R., Kolář M., Večeřová R., Pizúrová N., Sharma V.K., Nevěčná T., Zbořil R. The Journal of Physical Chemistry B, 2006, vol. 110, no. 33, s. 16248-16253 (Autoři se v dané tématice vyznají. Článek je psán profesionálně a srozumitelně. Opět musel článek projít kritérii nastavené daným časopisem. Sice trochu starší článek, ale doposud je platný. Výhodou je experiment na více druzích mikroorganismů. Článek byl již několikrát citován.)
Yen H-J., 2009 cit. podle Lara H.H., Silver nanoparticles are broad-spectrum bactericidal and virucidal compounds, Garza-Treviño E.N., Ixtepan-Turrent L., Singh D.K., Journal of Nanobiotechnology, 2011, vol. 9, no. 30 (Autoři jsou srozuměni s danou tématikou. Opět splnění kritérií daného časopisu, což zajišťuje určitou kvalitu článku. Jedná se o aktuální článek.) Elektronické zdroje: URL 1: Petr Gargulák, Koloidní stříbro [online]. 2010. 2012-04-19 [cit. 2012-04-25]. <http://www.agh2o.cz/z-historie.html>. (Na stránkách je uveden autor i s kontaktem na něj. Stránky působí seriózně a jsou přehledné. Jazyk je přizpůsoben cílovému publiku. Odkazy na stránkách fungují.) Obrázky: Sharma V.K., Silver nanoparticles: Green synthesis and their antimicrobial activities, Yngard R.A., Lin Y., Advances in Colloid and Interface Science, 2009, vol. 145, s. 83–96 (jelikož se jedná pouze o zdroj obrázku, není doufám nutné uvádět hodnocení zdroje) Argumentace Toto téma jsem si vybral z toho důvodu, že je částí mojí bakalářské práce s názvem Biologické účinky některých nanomateriálů. Tím pádem tato oblast zapadá i do mého oboru, kterým je Experimentální fyziologie živočichů a imunologie. Téma jsem si vybíral podle toho, jaké mám znalosti ohledně určitých konkrétních nanomateriálech, jako je výše zmiňované nanostříbro nebo nanozlato a nanotitan. O nanostříbra toho vím nejvíce a proto jsem si vybral toto téma.

More Related Content

Závěrečný úkol do KPI

  • 1. Účinek nanostříbra na mikroorganismy Anotace V tomto odborném testu je studována problematika účinnosti nanočástic stříbra na mikroorganismy. Je zde zachycena historie využití stříbra, která sahá do dob dávno minulých, vlastnosti stříbra, jeho účinek na některé druhy mikroorganismů a jeden z možných mechanismů působení nanostříbra na tyto mikroorganismy. Závěrem je vyzdvižena důležitost výzkumů tohoto druhu vzhledem ke stále zvyšující se rezistenci mikroorganismů. Klíčová slova Nanočástice, nanostříbro, stříbro, antibakteriální účinek, mikroorganismus Historie Využívání stříbra pro jeho antibakteriální vlastnosti, má dlouhodobou tradici. Již ve staroindické medicíně bylo stříbro používáno jako medikament proti různým druhům bakteriálních onemocnění. Slavný vojevůdce Alexandr Veliký používal stříbrné nádoby k uskladnění zásob vody. Díky tomu ochránil své vojsko před nákazami, které se přenáší vodou. Říše Římská přinesla další uplatnění stříbra a to ve formě stříbrných nádob, ve kterých se uchovávaly potraviny. Ve středověku se stříbro dočkalo dalšího uplatnění a to v podobě stříbrného nádobí. Během období světových válek se stříbro, jeho koloidní forma, využívalo i nitrožilně (Kleilová a Bencko 2010). Po objevení antibiotik se upustilo od používání stříbra jako medikamentu proti bakteriálním onemocněním, ale dnes se k tomuto trendu vracíme, kvůli zvyšující se rezistenci mikroorganismů k antibiotikům (URL 1).
  • 2. Charakteristika stříbra Stříbro, stejně jako zlato, patří mezi přechodné d-prvky skupiny mědi. Stříbro má oxidační čísla 0 a 1, jedná se o ušlechtilý kov, který je nejlepším vodičem tepla i elektrického proudu. Dobře se rozpouští pouze v kyselině dusičné a s hydroxidy nereaguje vůbec. Má baktericidní účinky (Dvořáčková 2003). Vlastnosti koloidního stříbra jsou úzce spjaty s velikostí částic nanostříbra. Čím jsou částice menší, tím je antibakteriální účinek silnější (Yen a kol. 2009). Vlastnosti se také liší u různých tvarů nanočástic. Příklady tvarů můžeme vidět na Obrázku 1. Obrázek 1: Různé tvary nanočástic stříbra a) čtverce b) trojúhelníky c) drátky d) srovnané tyčky (převzato z Sharma a kol. 2009)
  • 3. Příprava nanočástic stříbra Způsobů, kterými zle připravit nanočástice stříbra nebo jeho koloidní roztok je nepřeberné množství. Panáček a kol. (2006) se ve své práci zabýval přípravou nanočástic stříbra pomocí sacharidů. Použil k tomu dva monosacharidy (glukózu a galaktózu) a dva disacharidy (maltózu a laktózu). Nanostříbro syntetizoval z komplexu [Ag(NH3)2]+ (diaminostříbrný kation), dále použil různé koncentrace amoniaku a pH prostředí. Důvodem bylo získání široké škály nanočástic podle velikosti, ale s úzkou škálou velikostí při syntéze v různých podmínkách. Se zvyšující se koncentrací amoniaku se zvětšuje i průměrná velkost nanočástic až do koncentrace 0,035 mol * l-1 pro disacharidy a 0,20 mol * l-1 pro monosacharidy. Koncentrace 0,035 mol * l-1 je hraniční koncentrace, kdy se velikost částic mění z desítek na stovky. Při použití disacharidů jako redukčního činidla byly vytvořeny menší nanočástice stříbra než při použití monosacharidů. Nejmenší částice byly získány pomocí maltózy, poté následovala laktóza, glukóza a největší byly získány při použití galaktózy. Dalším způsobem přípravy nanočástic stříbra je elektrolýza stříbrných solí nebo pomocí redukčního činidla kterým je vodný roztok želatiny (Darroudi a kol. 2011). Antibakteriální účinek nanostříbra Jak bylo již dříve napsáno, antibakteriální vlastnosti nanostříbra jsou úzce spjaty s velikostí samotných částic. V jedné ze svých prací se Panáček a kol. (2006) zabýval syntézou, charakterizací a antibakteriálními vlastnosti nanočástic stříbra. Syntéza těchto nanočástic je popsána výše. Tyto částice aplikoval na deset různých druhů mikroorganismů uvedených v Tabulce 1. Minimální inhibiční koncentrace stříbrných nanočástic pro gram- pozitivní i pro gramnegativní bakterie je průměr z deseti různých měření. Kontrolní vzorek, který obsahoval všechny počáteční reakční látky kromě dusičnanu stříbrného, neukázal žádnou antibakteriální aktivitu. Z Tabulky 1 je vidět, že vyšší antibakteriální účinek mají stříbrné nanočástice syntetizované pomocí disacharidů. To je důsledek menší průměrné velikosti jejich nanočástic.
  • 4. Tabulka 1: Minimální inhibiční koncentrace (MIC) a minimální baktericidní koncentrace (MBC) stříbrných nanočástic připravených redukcí komplexního kationtu [Ag(NH3)2]+ pomocí různých sacharidů a koncentrace amoniaku 0,005 mol * l-1 Bakterie Minimální inhibice a baktericidní koncentrace (μg * ml-1) Glukóza Galaktóza Maltóza Laktóza Kontrola d Kontrola e Enterococcus faecalis CCM 4224 -c - 13,5 54,0 6,75 -c Staphylococcus aureus CCM 3953 6,75 54,0 6,75 6,75 6,75 -c Escherichia coli CCM 3954 27,0 - 3,38 27,0 1,69 -c Pseudomonas aeruginosa CCM 3955 27,0 - 6,75 13,5 0,84 -c Pseudomonas aeruginosa 13,5 27,0 3,38 13,5 0,84 -c Staphylococcus epidermis a 13,5 6,75 1,69 6,75 0,84 -c Staphylococcus epidermidis b 6,75 54,0 1,69 6,75 1,69 -c Staphylococcus aureus MRSA 27,0 54,0 6,75 27,0 6,75 -c Enterococcus faecium (VRE) -c -c 13,5 54,0 3,38 -c Klebsiella pneumoniae (ESBL-positive) 27,0 -c 6,75 54,0 3,38 -c a Citlivý na methicillin; b Odolný proti methicillinu; c Neopodstatněná inhibice růstu bakterií; d Kontrolní vzorek obsahující všechny počáteční reakční látky bez redukujících sacharidů; e Kontrolní vzorek obsahující všechny počáteční reakční látky bez dusičnanu stříbrného; f MIC a MBC stříbrných solí měli stejnou hodnotu (tabulka převzata z Panáček a kol. 2006). Mechanismus působení nanostříbra I když význam používání nanočástic stříbra v posledních letech velice vzrostl, jeho mechanismus účinku na mikroorganismy není doposud plně prozkoumán. Mnoho vědců se ve svých studiích snaží vysvětlit tuto problematiku. Panáček a kol. (2006) ve své práci také vysvětluje mechanismus účinku nanočástic stříbra tím, že se částice naváží na buněčnou membránu mikroorganismů a změní její funkce jako je již výše zmiňovaná propustnost nebo dýchání. Poukazuje však také na pronikání těch nejmenších částic nanostříbra do buňky, kde jsou částice schopné interagovat s částmi buňky obsahující sloučeniny fosforu a síry, jako je tomu u DNA nebo proteinů (Morones a kol. 2005). Závěr Jak je vidět, nanomateriály a zejména nanostříbro má v oblasti biologie a medicíny velké uplatnění a budoucnost. Budou-li se i nadále používat antibiotika jako prevence před bakteriálním onemocněním nebo do médií v tkáňových kulturách také jako prevence před
  • 5. bakteriálním znečištěním tkáně, bude docházek k stále větší rezistenci mikroorganismů k antibiotikům. Proto je nesmírně důležité nalézt jiné řešení pro boj s mikroorganismy a jedním z takových možností je využití d-prvků, které mají antibakteriální účinky a především jejich nanočástic. Seznam použité literatury: Darroudi M., Green synthesis and characterization of gelatin-based and sugar- reduced silver nanoparticles, Ahmad M.B., Abdullah A.H., Ibrahim N.A., International Journal of Nanomedicine, March 2011, vol. 6, s. 569–574 (Autor se v dané tématice vyzná. Článek je psán profesionálně a již při vydání musel projít kritérii, které nastavuje daný časopis. Článek již byl několikrát citován a je aktuální) Dvořáčková S., Rychlokurz chemie: od základní školy k přijímacím zkouškám na vysokou školu. 1. vydání. Olomouc: Rubico, 2003, 238 s. ISBN: 80-85839-42-3. Přechodné prvky, s. 59-72 (Recenze učebnice provedena paní doc. RNDr. Danielou Walterovou, CSc. Doporučená literatura ke zkoušce z Obecné a anorganické chemie. Je to učebnice, co víc dodávat ) Keilová V., Bencko V. Stříbro není jen krásný kov, z něhož se vyrábí šperky, ale také je o něm známo, že ničí nebezpečné choroboplodné zárodky, Moje zdraví, 2010, vol. 6, s. 31- 33. (Autoři jsou určitě v tomto oboru odborníci. Článek je psán čtivě. Má potřebnou úroveň a zároveň je ho schopen přečíst i neodborník.) Morones J. R., 2005 cit. podle Panáček A. Silver Colloid Nanoparticles: Synthesis, Characterization, and Their Antibacterial Activity. Kvítek L., Prucek R., Kolář M., Večeřová R., Pizúrová N., Sharma V.K., Nevěčná T., Zbořil R. The Journal of Physical Chemistry B, 2006, vol. 110, no. 33, s. 16248-16253 (jelikož jde o sekundární citaci, tak hodnocení je stejné jako u originálu.) Panáček A. Silver Colloid Nanoparticles: Synthesis, Characterization, and Their Antibacterial Activity. Kvítek L., Prucek R., Kolář M., Večeřová R., Pizúrová N., Sharma V.K., Nevěčná T., Zbořil R. The Journal of Physical Chemistry B, 2006, vol. 110, no. 33, s. 16248-16253 (Autoři se v dané tématice vyznají. Článek je psán profesionálně a srozumitelně. Opět musel článek projít kritérii nastavené daným časopisem. Sice trochu starší článek, ale doposud je platný. Výhodou je experiment na více druzích mikroorganismů. Článek byl již několikrát citován.)
  • 6. Yen H-J., 2009 cit. podle Lara H.H., Silver nanoparticles are broad-spectrum bactericidal and virucidal compounds, Garza-Treviño E.N., Ixtepan-Turrent L., Singh D.K., Journal of Nanobiotechnology, 2011, vol. 9, no. 30 (Autoři jsou srozuměni s danou tématikou. Opět splnění kritérií daného časopisu, což zajišťuje určitou kvalitu článku. Jedná se o aktuální článek.) Elektronické zdroje: URL 1: Petr Gargulák, Koloidní stříbro [online]. 2010. 2012-04-19 [cit. 2012-04-25]. <http://www.agh2o.cz/z-historie.html>. (Na stránkách je uveden autor i s kontaktem na něj. Stránky působí seriózně a jsou přehledné. Jazyk je přizpůsoben cílovému publiku. Odkazy na stránkách fungují.) Obrázky: Sharma V.K., Silver nanoparticles: Green synthesis and their antimicrobial activities, Yngard R.A., Lin Y., Advances in Colloid and Interface Science, 2009, vol. 145, s. 83–96 (jelikož se jedná pouze o zdroj obrázku, není doufám nutné uvádět hodnocení zdroje) Argumentace Toto téma jsem si vybral z toho důvodu, že je částí mojí bakalářské práce s názvem Biologické účinky některých nanomateriálů. Tím pádem tato oblast zapadá i do mého oboru, kterým je Experimentální fyziologie živočichů a imunologie. Téma jsem si vybíral podle toho, jaké mám znalosti ohledně určitých konkrétních nanomateriálech, jako je výše zmiňované nanostříbro nebo nanozlato a nanotitan. O nanostříbra toho vím nejvíce a proto jsem si vybral toto téma.