Антибактериальные свойства наночастиц никеля и алюминия

Высокий уровень полиантибиотикорезистентности патогенных бактерий диктует необходимость поиска и разработки новых классов веществ, обладающих иным, в сравнении с антибиотиками, механизмом действия. В качестве альтернатив можно рассмотреть наночастицы металлов, особенно если в процессе создания последних применяется экологически безопасный метод получения. Наночастицы никеля и алюминия были синтезированы методом лазерной абляции в жидкости, относящимся к методам «зеленой» химии. Оптические, структурные и морфологические свойства синтезированных наночастиц изучались с помощью спектрофотометра, атомно-силовой и просвечивающей электронной микроскопии соответственно. Противобактериальные свойства наночастиц никеля и алюминия анализировались на примере двух штаммов грамположительных, пяти штаммов грамотрицательных бактерий. Выполненные исследования показали, что наночастицы никеля имеют характерные максимумы поглощения в средней ультрафиолетовой (285 нм) и красной (750 нм) областях спектра, спектр оптической плотности коллоидного раствора наночастиц алюминия не имеет явно выраженных максимумов. Атомно-силовая и просвечивающая электронная микроскопия выявили, что наночастицы исследуемых металлов имеют преимущественно сферическую форму и их диаметр соответствует диапазону 20–60 нм. При этом в незначительном количестве наблюдаются отдельные конгломераты (размерами ≥100 нм). Выполненные бактериологические исследования позволили выявить наличие у наночастиц никеля и алюминия выраженных противомикробных свойств по отношению к наиболее часто встречающимся клиническим патогенным штаммам как грамположительных, так и грамотрицательных микроорганизмов. Наночастицы никеля и алюминия, синтезированые методом лазерной абляции в жидкости, характеризуются относительной однородностью по форме, малым разбросом размеров, обладают антибактериальным действием по отношению к наиболее распространенным клиническим патогенным штаммам микробов, что делает их уникальным классом веществ с точки зрения разработки новых способов борьбы с антибиотикорезистентностью в медицине, в общем, и в хирургии, в частности.

1. Green synthesis of NiO nanoparticles using Aegle marmelos leaf extract for the evaluation of in vitro cytotoxicity, antibacterial and photocatalytic properties / A. A. Ezhilarasi [et al.] // J. Photochem. Photobiol., B. – 2018. – Vol. 180. – P. 39–50. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2018.01.023

2. Rana, S. B. Investigation of structural, optical, magnetic properties and antibacterial activity of Ni-doped zinc oxide nanoparticles / S. B. Rana, R. P. Singh // J. Mater. Sci. – Mater. Electron. – 2016. – Vol. 27. – P. 9346–9355. https://doi.org/10.1007/s10854-016-4975-6

3. Antibacterial, magnetic, optical and humidity sensor studies of β-CoMoO4–Co3O4 nanocomposites and its synthesis and characterization / A. M. Amanulla [et al.] // J. Photochem. Photobiol., B. – 2018. – Vol. 183. – P. 233–241. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2018.04.034

4. A review on green synthesis of silver nanoparticles and their applications / M. Rafique [et al.] // Artificial Cells, Nanomedicine, and Biotechnology. – 2017. – Vol. 45, N 7. – P. 1272–1291. https://doi.org/10.1080/21691401.2016.1241792

5. Наночастицы меди и селена как новое средство борьбы с антибиотикорезистентными патогенными микроорганизмами / Р. И. Довнар [и др.] // Хирургия. Восточная Европа. – 2022. – Т. 11, № 3. – С. 315–328. https://doi.org/10.34883/pi.2022.11.3.013

6. On-line characterization of gold nanoparticles generated by laser ablation in liquids / M. Maciulevičius [et al.] // Physics Procedia. – 2013. – Vol. 41. – P. 531–538. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2013.03.112

7. Rashed, H. H. Synthesis and characterization of Au:CuO nanocomposite by laser soldering on porous silicon for photodetector / H. H. Rashed, J. Moatasemballah // Journal of Al-Nahrain University. – 2017. – Vol. 20, N 2. – P. 49–59. https://doi.org/10.22401/juns.20.2.07

8. Возможности получения наночастиц никеля в водной среде с помощью лазерного воздействия / В. К. Гончаров [и др.] // Инженерно-физ. журн. – 2008. – Т. 81, № 2. – С. 206–210.

9. Sasi, B. Nanostructured mesoporous nickel oxide thin films / B. Sasi, K. G. Gopchandran // Nanotechnology. – 2007. – Vol. 18, N 11. – Art. 115613. https://doi.org/10.1088/0957-4484/18/11/115613

10. Green mediated NiO nanorods using Phoenix dactylifera (Dates) extract for biomedical and environmental applications / A. A. Ezhilarasi [et al.] // Mater. Chem. Phys. – 2020. – Vol. 241. – Art. 122419. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.122419

11. Das, S. Entomotoxic efficacy of aluminium oxide, titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles against Sitophilus oryzae (L.): A comparative analysis / S. Das, A. Yadav, N. Debnath // J. Stored Products Res. – 2019. – Vol. 83. – P. 92–96. https://doi.org/10.1016/j.jspr.2019.06.003

12. Conformal nanocarbon coating of alumina nanocrystals for biosensing and bioimaging / M. Aramesh [et al.] // Carbon. – 2017. – Vol. 122. – P. 422–427. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.06.101

13. Fu, G. Anatase TiO2 nanocomposites for antimicrobial coatings / G. Fu, P. S. Vary, C. T. Lin // J. Phys. Chem. B. – 2005. – Vol. 109, N 18. – P. 8889–8898. https://doi.org/10.1021/jp0502196

14. Green synthesis of zinc oxide nanoparticles using Hibiscus subdariffa leaf extract: effect of temperature on synthesis, anti-bacterial activity and anti-diabetic activity / N. Bala [et al.] // RSC Advances. – 2015. – Vol. 5, N 7. – P. 4993–5003. https://doi.org/10.1039/c4ra12784f

15. Green synthesis of nickel oxide nanoparticles using Solanum trilobatum extract for cytotoxicity, antibacterial and photocatalytic studies / A. A. Ezhilarasi [et al.] // Surfaces and Interfaces. – 2020. – Vol. 20. – Art. 100553. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2020.100553

16. Suresh, S. Spectral investigations to the effect of bulk and nano ZnO on peanut plant leaves / S. Suresh, S. Karthikeyan, K. Jayamoorthy // Karbala, Int. J. Mod. Sci. – 2016. – Vol. 2, N 2. – P. 69–77. https://doi.org/10.1016/j.kijoms.2016.01.005

17. Comparison of the mechanism of toxicity of zinc oxide and cerium oxide nanoparticles based on dissolution and oxidative stress properties / T. Xia [et al.] // ACS Nano. – 2008. – Vol. 2, N 10. – P. 2121–2134. https://doi.org/10.1021/nn800511k

18. Wu, Y. Advance on toxicity of metal nickel nanoparticles / Y. Wu, L. Kong // Environ Geochem Health. – 2020. – Vol. 42, N 7. – P. 2277–2286. https://doi.org/10.1007/s10653-019-00491-4