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腐植酸和硝酸银存在下银纳米粒子对细菌的吸收

文章作者:群英      发布日期:2013-12-18

Eunjoo Bae1 Hee-Jin Park1 Jaeyong Yoon1 Younghun Kim2 Kyunghee Choi3 Jongheop Yi1 著
韩立新4译
(1 首尔国立大学化学与生物工程学院 首尔 151742
2 光云大学化学工程学系 首尔 139701
3 国家环境研究所 仁川 404708
4 中国腐植酸工业协会 北京 100120)


摘 要:银纳米粒子(AgNPs)是一种潜在的抗菌材料,会引起细胞膜的损伤,并能产生活性氧(ROS)。由此产生的细胞膜的结构性变化能够增加银离子和AgNPs在细胞中的渗透能力。为了进一步阐述这个问题,我们测试了这种纳米材料的体内和体外细胞毒性,并通过这种方法来量化和评估它们的纳米毒性。考虑到AgNPs在环境中的行为,毒性可能受到其物理化学性质(尺寸、附聚率、在腐植酸上的吸附性能)和毒性抑制性质的差异影响。我们通过附聚和吸附动力学研究了细胞吸收AgNPs的作用。试验发现,尺寸小于14nm的AgNPs的附聚和吸附高于尺寸为90nm和140nm的AgNPs的附聚和吸附。对于大小为90nm和140nm的AgNPs,吸附作用显著大于附聚作用。值得注意的是,在正规概念下,AgNPs越小越容易被吸收这一正常概念在非生物因素相互作用下可能是错误的。


关键词:银纳米粒子 附聚 吸附 腐植酸 盐度 大肠杆菌

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中图分类号:O647.3 TQ314.1 文献标识码:A 文章编号:1671-9212(2013)03-0031-06

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Bacterial Uptake of Silver Nanoparticles in the Presence of Humic Acid and AgNO3
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Eunjoo Bae1, Hee-Jin Park1, Jaeyong Yoon1, Younghun Kim2, Kyunghee Choi3, Jongheop Yi1 write
Han Lixin4 translate
(1 School of Chemical and Biological Engineering, Seoul National University, Seoul, 151742
2 Department of Chemical Engineering, Kwangwoon University, Seoul, 139701
3 National Institute of Environmental Research, Incheon, 404708
4 China Humic Acid Industry Association, Beijing, 100120)

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Abstract: Silver nanoparticles(AgNPs), potent antibiotic materials, have been found to cause cell-membrane damage and produce reactive oxygen species(ROS). The resultant structural change in the cell-membrane could cause an increase in cell permeability of silver ions and AgNPs. To address this issue further, in-vivo and in-vitro cytotoxicity testing of as-made nanomaterials was conducted to quantify and assess their nanotoxicity. Considering the behavior of AgNPs in the environment, toxicity may be reflected by differences in their physicochemical properties(size, agglomeration rate, adsorption properties on humic acid) dependency and toxicity depression. Therefore, we investigated the effect
of the cellular uptake of AgNPs with the kinetics of agglomeration and adsorption. The amount of agglomerated and adsorbed AgNPs with sizes of <14 nm was higher than that for AgNPs with sizes of 90 and 140nm. For 90 and 140nm sized AgNPs, adsorption was more significant than agglomeration. It is noteworthy that the normal concept that smaller sized AgNPs are taken up more readily may be in error in cases of interactions of abiotic factors.

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Key words: silver nanoparticle; agglomeration; adsorption; humic acid; salinity; Escherichia coli

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    由于纳米材料对环境影响的不确定性,目前这种工程材料的安全性受到科学界、学术界、工业领域和监管部门的广泛关注。银纳米粒子(AgNPs)是能造成水污染的物质,目前已经有报道称该材料能够影响很多环境体系如细菌细胞、水生生物如斑马鱼和藻类等。最近有报道称AgNPs的抗菌机理与自由基的形成和随后的自由基诱导膜损害有关。Hwang等人报道称AgNPs与银离子有协同毒效。这是由于银离子进入细胞并产生活性氧(ROS)。此外,AgNPs造成的细胞膜损害能够增强对细胞的渗透性,从而导致细胞质膜的一个不可控的传输,最终导致细胞死亡。
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    然而,由于在毒性测试过程中必须模拟自然环境,因此纳米材料的毒理学研究经常受到稳定性或者测量体系中天然物质的作用影响。环境中的工程纳米粒子行为受环境因素如天然有机物(NOM)、盐等影响,使其产生附聚、沉降和吸附等。纳米粒子在自然环境的初期就会发生附聚作用,这就决定了其进入细胞中的命运和传输限制。纳米粒子的大小是吸收率的间接主导因素并与附聚相关。考虑到AgNPs在环境中的行为,其毒性程度的不同取决于AgNPs的大小和毒性抑制。此外,AgNPs在环境中的行为似乎和外在非生物参数如离子强度(IS)和腐植酸(HA)的存在有关。在此,HA作为NOM的主要组成部分,它的结构中含有很多烷基链和芳环单元,因此能够吸附金属,水合金属氧化物,螯合多价阳离子等。当HA被吸附到纳米粒子的表面时,体系出现依赖pH的电荷,该电荷受例如矿物粒子的静电作用影响。当pH值较高时,纳米粒子带负电或者几乎不带电,吸附的HA量不多。因此,HA与AgNPs的相互作用可能受水相中HA浓度的影响。H A分子中的支链可能导致其形成宽松的圈状结构,或者网状结构,达到一个影响与盐附聚的程度。由于HA具有大分子的性质,HA对AgNPs的吸附也能够与盐的行为进行比较。当AgNPs暴露于环境中,它们与环境因素相互作用,在水相中扩散、吸附于细胞表面,并进入细胞(示意图1)。

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有关更多内容敬请参阅《腐植酸》杂志2013年第3期“译文”之相关文章。

(责任编辑:张勇)


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