VI Film

Silver Nanoparticles - AG NPs

อนุภาคนาโนของโลหะเงิน (ซิลเวอร์ นาโน)


บทคัดย่อ

อนุภาคนาโนของโลหะเงิน หรือที่รู้จักกันในชื่อของซิลเวอร์นาโน มีประสิทธิภาพในการยับยั้งเชื้อแบคทีเรียได้เป็นอย่างดี ในปัจจุบันนิยมสังเคราะห์ด้วยกระบวนการทางเคมีโดยใช้ตัวรีดิวซ์ที่รุนแรงและเป็นอันตรายต่อสุขภาพ แต่ในทางตรงกันข้ามการสังเคราะห์ซิลเวอร์นาโนในน้ำด้วยเทคนิคเลเซอร์จะสามารถผลิตซิลเวอร์นาโนที่มีความบริสุทธิ์สูงและมีพื้นที่ผิวที่มีประจุเอกลักษณ์เป็นพิเศษ ซึ่งที่ผ่านมามีการศึกษากลไกระดับโมเลกุลเกี่ยวกับการออกฤทธิ์ในยับยั้งการเจริญของเชื้อแบคทีเรียกันอย่างกว้างขวาง แต่การศึกษาประสิทธิภาพในการยับยั้งเชื้อแบคทีเรียของซิลเวอร์นาโนที่เตรียมจากเทคนิคการตัดแสงเลเซอร์มีน้อย ดังนั้นในงานวิจัยนี้สนใจศึกษาการสังเคราะห์ซิลเวอร์นาโนด้วยการตัดโลหะเงินให้เป็นชิ้นเล็กระดับนาโนด้วยแสงเลเซอร์ด้วยอัตราการตัดระดับพิโควินาที จากนั้นทดสอบประสิทธิภาพในการยับยั้งเชื้อแบคทีเรียแกรมลบด้วยเชื้อ E. coli และเชื้อ P. Aeruginosa และการยับยั้งเชื้อแบคทีเรียแกรมบวกด้วยเชื้อ S. aureus ชนิด MRSA (ชนิดที่เชื้อดื้อต่อยา methicilin) ผลการศึกษาพบว่าซิลเวอร์นาโนที่เตรียมด้วยเทคนิคแสงเลเซอร์สามารถยับยั้งเชื้อแบคทีเรียทั้ง 3 ชนิดได้อย่างเป็นอย่างดีโดยขึ้นกับปริมาณการใช้ซิลเวอร์นาโน นอกจากนี้ยังพบว่าสามารถกระตุ้นการเกิดอนุมูลของออกซิเจนที่ว่องไวต่อเชื้อ E. coli ในระดับที่สูง โดยชนิดของออกซิเจนที่สร้างขึ้นนี้ไม่นับรวมกับอนุมูลอิสระของหมู่ไฮดรอกซิล ซึ่งถือได้ว่าเป็นครั้งแรกของการศึกษาผลการเกิดอนุมูลออกซิเจนในเซลล์แบคทีเรียด้วยซิลเวอร์นาโนที่ผลิตด้วยเทคนิคแสงเลเซอร์ โดยการเพิ่มขึ้นของอนุมูลของออกซิเจนนี้จะเกิดพร้อมกับการลดลงของกลูต้าไธโอนในเซลล์และการเพิ่มขึ้นของกระบวนการลิพิดเปอร์ออกซิเดชันและการซึมผ่าน ซึ่งการค้นพบนี้สามารถยืนยันถึงการเกิดอนุมูลของออกซิเจนเนื่องจากเซลล์ของแบคทีเรียถูกทำลายได้เป็นอย่างดี และเมื่อทดสอบความเป็นพิษต่อเซลล์มนุษย์จำนวน 5 ชนิด พบว่าซิลเวอร์นาโนที่สังเคราะห์ด้วยเทคนิคจากแสงเลเซอร์มีความเป็นพิษต่อเซลล์มนุษย์ต่ำ (ภายในระยะเวลา 72 ชั่วโมง) โดยพบการรอดของเซลล์ลดลงเล็กน้อยอย่างมีนัยยะสำคัญสำหรับเซลล์เยื่อบุหลอดเลือดและเซลล์ปอด ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าการสังเคราะห์ซิลเวอร์นาโนด้วยวิธีนี้ ยังคงประสิทธิภาพในการยั้บยั้งเชื้อแบคทีเรียและมีพิษต่อเซลล์มนุษย์น้อย โดยกลไกการฆ่าเชื้อยังคงเกิดผ่านการเกิดกระบวนการออกซิเดชัน ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ของไขมันในการเกิดอนุมูลอิสระ การลดลงของกลูต้าไธโอน การทำลาย DNA และท้ายที่สุดเกิดการย่อยสลายของเซลล์ผนังหรือเซลล์เมมเบรนเป็นลำดับต่อไป

Abstract

Silver nanoparticles (Ag NPs) are known to have antibacterial properties. They are commonly produced by chemical synthesis which involves the use of harmful reducing agents. Contras, the laser technique is able to generate high-purity Ag NPs in water with specified surface charge characteristics. In the past, the molecular mechanisms contributing to the bactericidal effects of Ag NPs have been investigated extensively, but little is known of the antibacterial and toxic effects and mechanisms involved in laser-generated Ag NPs. In the current study Ag NPs were generated by picosecond laser ablation. Their antibacterial activity was determined on the gram-negative bacteria E. coli and Pseudomonas aeruginosa, and the gram positive bacteria Staphylococcus aureus including the methicillin resistant strain MRSA. Results showed that the laser generated Ag NPs exhibited strong dose-dependent antibacterial activity against all the three bacterial strains tested. Using E.coli as a model system, the laser Ag NPs treatment induced significantly high levels of reactive oxygen species (ROS). These ROS did not include detectable hydroxyl radicals, suggesting for the first time the selective ROS induction in bacterial cells by laser generated Ag NPs. The increased ROS was accompanied by significantly reduced cellular glutathione, and increased lipid peroxidation and permeability, suggesting ROS related bacterial cell damage. The laser generated Ag NPs exhibited low toxicity (within 72 hours) to five types of human cells although a weak significant decrease in cell survival was observed for endothelial cells and the lung cells. We conclude that picosecond laser generated Ag NPs have a broad spectrum of antibacterial effects against microbes including MRSA with minimal human cell toxicity. The oxidative stress is likely the key mechanism underlying the bactericidal effect, which leads to lipid peroxidation, depletion of glutathione, DNA damages and eventual disintegration of the cell membrane.