코어-쉘 구조의 잘 정의된 고분자 미셀은 질병을 표적으로 하는 항균제 분야에서 은 나노입자(AgNP)를 안정화하기 위한 좋은 전달 플랫폼입니다. 폴리머 구조의 합리적인 구성, 효율적이고 손쉬운 친환경 제조 접근 방식, 그리고 크기, 입자 안정성, 항균 활성 및 기타 특성과 같은 파생된 AgNP에 대한 포괄적인 탐색이 필요합니다. 여기에서 우리는 다른 공중 합체 토폴로지를 가진 AgNPs 장식 공중 합체 미셀의 시험 관내 항균 활성을 설계하고 평가했습니다. 먼저, 외부 환원제 없이 AgNP를 형성하기 위해 은 이온의 제자리 환원을 위한 DMAEMA로 구성된 유사한 분자량 및 중합도를 갖는 선형 또는 4-암 스타 트리블록 공중합체를 얻었다. 미셀 껍질의 HEMA와 PEGMA는 혈액 순환 동안 AgNP의 안정성을 향상시켰습니다. 계산 모델링과 실험 결과의 조합은 두 유형의 미셀이 단분산 및 구형 형태를 갖는 AgNP를 제작할 수 있음을 나타냅니다. 스타 코폴리머 미셀 안정화 AgNPs는 선형 구조를 가진 것보다 평균 크기가 작고 안정성이 우수하며 항균 활성이 높았으며 이는 스타 코폴리머의 미셀 안정성이 높기 때문일 수 있습니다. 또한, 세포독성 평가 시험은 달성된 선형 또는 별형 공중합체 미셀 안정화된 AgNP가 우수한 생체적합성을 가짐을 보여주었다. 이 작업은 광범위한 세균 감염에 대항하기 위한 적절한 토폴로지를 가진 미셀 안정화 AgNPs의 합리적인 설계에 있어 손쉬우면서도 보편적인 접근 방식을 제공합니다.
지난 수십 년 동안 전통적인 항균제가 전염병 치료에 광범위하게 사용되었습니다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 다제내성 미생물의 급속한 출현은 인류 건강에 대한 주요 위협 목록에서 상위 3위를 차지하는 글로벌 문제가 점점 더 심각해지고 있다[1,2,3,4,5]. 따라서 안전성이 우수하고 세균에 대한 내성을 일으키지 않으면서 효과적인 항균력을 지닌 새로운 항균제의 개발이 필요하다. 은 나노입자(AgNPs)는 고대부터 최고의 항균제 중 하나로 다양한 박테리아 및 곰팡이 병원체에 대한 우수한 성능, 포유류 세포에 대한 상대적으로 낮은 독성 및 제한된 박테리아 내성 때문에 소비재에 널리 사용되었습니다[6,7, 8,9,10]. AgNPs는 박테리아의 막 투과성을 향상시키고, 세포질로 침투하고, 박테리아 단백질을 변성시키고, 박테리아의 복제를 방해하여 박테리아를 사멸시킬 수 있다[11,12,13]. AgNP[14,15,16,17]의 항균 활성을 설명하기 위해 많은 수의 은 제제가 사용되었습니다. 예를 들어 Zhang et al이 제안한 핵심 성분으로 항균 AgNP와 함께 양쪽이온성 폴리카르복시베타인 하이드로겔을 통한 상처 드레싱이 있습니다. 나>. [18], Moreno-Couranjou 등[19].에서 제안한 AgNPs 동시 고정을 위한 다성분 코팅을 통해 얻은 다기능 표면.
그러나 큰 비표면적과 높은 표면 에너지로 인해 AgNP가 응집되어 적용에 큰 병목이 되었습니다. 따라서 AgNPs를 안정화시키기 위해서는 고분자 매트릭스나 외부 안정제가 필요하다. 알려진 바와 같이 폴리머 매트릭스는 응집 문제를 해결하는 가장 일반적인 방법입니다. 현재 고분자 매트릭스로 AgNPs를 안정화시키기 위해 화학적 환원법, 전기화학적 방법, 광화학적 방법, 마이크로파 방법 등 여러 방법이 사용되었다. 그 중 화학적 환원은 일반적이고 효과적인 방법입니다. 질산은은 히드라진 수화물(N2)과 같은 환원제를 첨가하여 AgNP로 환원됩니다. H4 ), 수소화붕소나트륨(NaBH4 ), 구연산나트륨, 아스코르브산 용액 [20,21,22,23]. 예를 들어, Hoda et al. 가공된 폴리스티렌-블록-폴리아크릴산(PS-b -PAA) 환원제 N2의 영향 하에 20 nm AgNP로 로딩된 역 미셀 H4 , 그리고 PS 블록은 톨루엔에서 외부 층을 담당했습니다[24]. Liu의 그룹은 자기조립 미셀 나노템플릿이 폴리(ε-카프로락톤)-블록-폴리(아스파르트산)(PCL-b -PAsp). 잘 분산된 AgNP는 AgNO3로 준비되었습니다. 전구체 및 NaBH4 감속기로 [25]. 그러나 위의 방법들은 친환경적이지 않고 과도한 환원제를 첨가하면 부산물이 생성되어 AgNPs의 정제가 어렵고 감염성 질환을 표적으로 하는 항균제의 적용이 제한된다.
한편, 아민기를 함유하는 중합체는 제자리에서 AgNP를 제조하기 위해 환원제 및 안정제로 사용될 수 있다고 보고되었다. 예를 들어, Lang et al. PCL, 2-(디메틸아미노) 에틸 메타크릴레이트(DMAEMA) 및 폴리(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 메타크릴레이트(PEGMA)로 구성된 6-암 스타 폴리머를 합성했습니다. 이 시스템은 수상에 다른 환원제를 추가하지 않고 질산은을 AgNP로 직접 환원했습니다[26]. 위에서 언급한 AgNPs는 추가적인 환원제 없이 표면 개질을 용이하게 하지만, 금 나노 입자에 비해[27, 28], 미셀 기반 항균 활성에서의 적용과 함께 은 나노 입자의 환원 및 안정성에 대한 폴리머 토폴로지의 영향은 적습니다. 공부했습니다.
이 연구에서, 나노플랫폼과 유사한 분자량 및 중합도를 갖는 선형 또는 4-팔 스타 삼중 블록 공중합체로부터 자가 조립된 고분자 미셀을 활용하여 세균 감염과 싸우기 위해 온화하고 손쉬우며 친환경적인 접근 방식이 설계되었습니다. AgNP를 장식하기 위해(Scheme 1). 이 접근법에서 DMAEMA, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA) 및 PEGMA로 구성된 삼중 블록 공중합체는 수성 조건에서 자가 조립된 미셀을 생성할 수 있으며, 이는 AgNP의 준비 및 안정화를 위한 좋은 템플릿입니다. 3차 아민기가 있는 PDMAEMA 블록은 Ag + 를 쉽게 흡수할 수 있습니다. 이온은 배위 상호작용을 통해 환원제 없이 제자리에서 AgNP를 생성합니다. 친수성이 높은 HEMA 및 PEGMA 블록은 AgNP의 안정성을 더욱 향상시키기 위해 수상에서 안정제로 사용될 수 있습니다. 따라서 질산은은 자가 조립된 공중합체 미셀의 핵에 자발적으로 배위 및 탈산하여 AgNP를 형성할 수 있습니다. 그것들은 미셀 코어에 내장되어 세균막을 파괴할 수 있습니다. 여기에서 선형 또는 4-암 스타 코폴리머 토폴로지가 AgNP의 최대 흡수 파장, 형태, 입자 크기, 제타 전위, 안정성 및 항균 효율에 미치는 영향을 완전히 조사했습니다. 따라서 구조와 특성의 관계에 대한 연구는 세균 감염 치료를 위한 은 하이브리드 나노입자에 대한 심도 있는 설명을 도출할 수 있을 것이다. 또한, 보다 안정적인 구조와 제어 가능한 입자 크기를 갖는 AgNP를 제조하기 위한 설계 아이디어와 기술적 기반을 제공할 것입니다.
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우수한 항균 활성을 위한 선형/별 공중합체 미셀 안정화 AgNP 형성의 개략도
펜타에리트리톨(J&K Scientific Ltd.)를 사용하기 전에 24시간 동안 감압을 통해 건조했습니다. 2-(디메틸아미노) 에틸 메타크릴레이트(DMAEMA,> 98%), 2-히드록시에틸 메타크릴레이트(HEMA, 99%) 및 폴리(에틸렌 글리콜) 메틸 에테르 메타크릴레이트(PEGMA, M n =300 Da, 99%)(모두 Aldrich에서 제조)는 억제제를 제거하기 위해 중성 알루미나 함유 컬럼을 통과하여 정제되었습니다. 수소화칼슘(CaH2 ), 테트라하이드로퓨란(THF), 알드리치의 톨루엔을 건조 후 감압증류하여 사용하였다. 에틸 2-브로모이소부티레이트(EBiB, 98%, Alfa Aesar), 2-브로모이소부티릴 브로마이드(BIBB, 98%, Alfa Aesar), 1,1,4,7,10,10-헥사메틸트리에틸렌테트라민(HMTETA, 99%), 질산은 (AgNO3 , 99.9%), 브롬화제2구리(CuBr2 ), 메탄올, 트리에틸아민(TEA), 디클로로메탄(DCM), 아세톤, n -헥산, 디메틸 설폭사이드(DMSO), 제1주석 옥토에이트(Sn(Oct)2 ), 탄산나트륨(Na2 CO3 ), 중탄산나트륨(NaHCO3 ), 염화나트륨(NaCl), 황산나트륨(Na2 SO4 ) 및 J&K에서 얻은 기타 모든 시약 케미컬 컴퍼니를 받은 그대로 사용했습니다.
양성자 핵자기 공명( 1 H NMR) 선형 또는 4-암 삼중블록 공중합체의 스펙트럼이 CDCl3에서 검출되었습니다. , 및 D2 Bruker ADVANCE 400MHz 분광계(Madison, WI, USA)를 통해 25°C에서 O. 선형 공중합체, 별형 공중합체 및 미셀 안정화된 AgNP의 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR) 스펙트럼 측정은 25°C에서 전송 모드가 장착된 FT IR 분광광도계(Nicolet Nexus for Euro, USA)를 사용하여 수행되었습니다. 브롬화칼륨(KBr)으로 분쇄한 후 압축하여 과립형 시료를 제조하였다. 스펙트럼을 얻기 위해 스펙트럼 조건은 4000 ~ 400cm의 파장으로 미리 설정되었습니다. -1 (32 스캔) 및 8cm의 해상도 −1 . 선형 및 별형 공중합체 미셀 안정화된 AgNPs의 제타 전위는 Malvern Zetasizer Nano S 기기(Malvern, WR, UK)를 사용한 전기영동 측정을 사용하여 측정되었습니다. 여기서 각 샘플은 25°C에서 3번 테스트되었습니다. 200kV에서 작동하는 투과 전자 현미경(TEM, FEI Tecnai-G20)을 수행하여 선형 및 별형 공중합체 미셀 안정화 AgNP의 형태를 다양한 몰비에서 관찰했습니다. TEM용 제품의 준비 과정은 다음과 같습니다. 먼저 탄소로 코팅된 구리 그리드에 10μL 샘플 용액을 떨어뜨린 다음 공기 중에서 건조했습니다. UV-Vis 분광광도계(UV-2450, Shimadzu, Kyoto, Japan)를 사용하여 서로 다른 몰비에서 선형 및 별형 공중합체 미셀 안정화 AgNPs의 UV-Vis 스펙트럼을 측정했습니다. 열중량 분석(TGA)은 NETZSCH(STA409PC, Germany) 장비에서 수행되었습니다. 모든 건조 분말 샘플(선형 공중합체, 스타 공중합체 및 미셀 안정화 AgNPs)은 질소 조건에서 분당 10°C의 속도로 25°C에서 600°C로 가열되었습니다.
DMAEMA, HEMA 및 PEGMA의 전자 이동 원자 이동 라디칼 중합(AGERT ATRP)에 의해 재생된 연속 활성제는 Zhang et al.에서 수정된 절차에 따라 수행되었습니다. [29, 30]. 간단히 말해서 CuBr2를 추가한 후 (10 mg, 0.045 mmol), 100 mL 건조 3구 플라스크를 비우고 아르곤으로 3회 헹구었습니다. 탈기 주사기의 보조 장치로 무수 톨루엔(25mL), EBiB(88μL, 0.24mmol), DMAEMA(5.15mL, 30.5mmol) 및 리간드 HMTETA(62μL, 0.24mmol)를 다음과 같이 용기에 순서대로 주입했습니다. 10분 교반. Sn(Oct)2 주입 후 (78 μL, 0.24 mmol) 용액으로서 톨루엔(2 mL)을 사용하여, 반응을 8시간 동안 오일 배스에서 70℃에서 발생시켰다. 용액이 훨씬 걸쭉해지면 다음 8시간 반응을 위해 연속 블록 HEMA(2.32mL, 18.4mmol)를 주입했습니다. 마지막으로 세 번째 단량체 PEGMA(8.89g, 55.6mmol)의 참여로 플라스크를 거의 실온으로 냉각하기 전에 72시간 연속 반응을 목격했습니다. THF(30mL)를 용기에 주입하고 반응 혼합물을 중성 알루미나 컬럼에 통과시켜 촉매를 제거하였다. 제품 PDMAEMA-b -PHEMA-b -PPEGMA는 10배 과량의 차가운 n으로 침전되었습니다. -헥산, 여과 및 최종적으로 35°C에서 48시간 동안 진공 건조.
별형 브로모 말단 개시제(Br)4 THF를 용매로 사용하고 TEA를 산 결합제로 사용하여 2-bromoisobutyryl bromide로 pentaerythritol에 존재하는 말단 하이드록실 그룹의 에스테르화에 의해 합성되었습니다. 일반적으로, 펜타에리트리톨(2.72g, 2mmol)을 충전한 후 무수 THF(120mL) 및 TEA(12.51mL, 90mmol)를 순차적으로 적가한 후 100mL 3구 플라스크를 비우고 아르곤으로 3회 헹구었습니다. . 얼음/물 환경에서 격렬하게 교반된 용액에 2-bromoisobutyryl bromide (11.12 mL, 90 mmol)를 적가하여 0℃에서 4시간 반응 후 25℃에서 20시간 반응시켰다. 생성물을 정제하기 위해 혼합물을 먼저 중성 알루미나 컬럼에 통과시켰다. 조 생성물을 물, 10% Na2로 연속적으로 세척했습니다. CO3 , 포화 NaHCO3 , 포화 NaCl, 그 다음 Na2를 통해 연속적으로 건조 SO4 하룻밤 동안 여과하고 농축한 후 10배 초과의 찬 n에 붓습니다. -헥산으로 생성물을 침전시키고 최종적으로 24시간 동안 진공 건조하여 생성물을 얻었다.
(PDMAEMA-b의 합성 경로 및 섭식량 -PHEMA-b -PPEGMA)4 PDMAEMA-b와 동일한 절차를 사용하여 수행되었습니다. -PHEMA-b -PPEGMA.
PDMAEMA-b -PHEMA-b -PPEGMA 또는 (PDMAEMA-b -PHEMA-b -PPEGMA)4 수용액(pH 7.0)을 먼저 얻었고, 여기에 AgNO3 Ag + 로 DMAEMA의 환원 반응을 일으키면서 용액을 첨가했습니다. 미셀 코어에서 제자리에서 AgNP를 형성합니다. DMAEMA 및 AgNO3의 몰비 취하기 예를 들어 9와 같습니다. 먼저 PDMAEMA-b -PHEMA-b -PPEGMA 또는 (PDMAEMA-b -PHEMA-b -PPEGMA)4 동일한 양의 [DMAEMA] =4.8mM을 아세톤(5mL)에서 4시간 동안 교반한 후 밤새 교반하면서 증류수(20mL)를 첨가하여 안정한 미셀을 형성합니다. 그런 다음 AgNO3 용액(220μL, 48mM)을 상기 용액에 적가하고 48시간 동안 어둠 속에서 25℃에서 교반하였다. 마지막으로 다음 실험을 위해 - 20°C에서 보관하기 전에 수집 및 동결 건조하여 선형 또는 별형 고분자 미셀 안정화 AgNP를 제조했습니다.
Escherichia coli에 대한 고분자 미셀 안정화 AgNPs에 대한 항균성 조사 DH5알파(E . 대장균 DH5α) 균주는 Luria-Bertani(LB) 배지를 운반체로 사용하여 다양한 농도의 폴리머 미셀 안정화 AgNPs 용액을 초음파로 준비합니다. 단클론 E . 대장균 DH5α를 LB 배지(5mL)에서 37°C, 진탕기에서 200rpm으로 배양한 후 박테리아 현탁액을 1×105로 희석했습니다. LB 배지에 의한 CFU/mL. 동일한 부피의 희석된 박테리아를 다양한 농도의 공중합체 미셀 또는 미셀 안정화 AgNP와 혼합하고 37°C에서 16시간 동안 배양한 후, 600 nm 파장에서 광학 밀도의 변화를 마이크로플레이트 판독기(Multiskan Spectrum, Thermo Scientific, Vantaa, 핀란드). 각 분석은 6번 반복되었습니다.
세포 생존율을 평가하기 위해, 간 간세포 암종(HepG2) 세포를 이용한 3-(4,5-디메틸티아졸-2-일)-2,5-디페닐테트라졸륨 브로마이드(MTT) 분석을 수행하였다. 세포 파종 전에 HepG2 세포를 먼저 5% CO2의 습한 분위기에서 배양했습니다. 37°C에서 10% 소 태아 혈청(FBS), 페니실린(100μL/mL) 및 스트렙토마이신(0.1mg/mL)이 보충된 Dulbecco의 변형 독수리 배지(DMEM)에서. 그런 다음, HepG2 세포를 96웰 플레이트의 새로운 DMEM 배지에 1 × 10 4 의 밀도로 시딩했습니다. 웰당 1일 동안 배양하였다. 다양한 농도에서 미리 준비된 코폴리머 미셀 또는 미셀 안정화된 AgNPs 용액(100μL)에 DMEM 배지를 대체한 후, 세포를 다음 24시간 동안 계속 배양하였다. PBS 완충액으로 세 번 세척한 후, 20μL MTT 시약(5mg/mL) 및 180μL 신선한 DMEM을 추가하고 추가 4시간 동안 인큐베이션했습니다. 마지막으로, 용액을 200 μL DMSO로 변경하고 플레이트를 10분 동안 부드럽게 흔들었다. 570 nm에서의 흡광도는 상기 언급된 마이크로플레이트 리더로 측정하였다. 6개의 병렬 실험 데이터의 평균을 구했습니다.
AgNPs의 성장 과정을 분석하기 위해 Materials Studio 8.0(Accelrys Inc., San Diego, CA, 미국). 추가 파일 1:그림 S1과 같이 6가지 종류의 비드가 공중합체 PDMAEMA-b를 구성했습니다. -PHEMA-b -PPEGMA 또는 (PDMAEMA-b -PHEMA-b -PPEGMA)4 :주황색은 중앙, 연녹색은 MAA1(메타크릴레이트 옆 에틸아민 측쇄), 녹색은 DMA(아미노에틸 측쇄), 분홍색은 HEMA, 연청색은 MAA2(메타크릴레이트 옆 PEG), 파란색은 중앙 못. 단위 셀 결정(격자 길이:3.87 Å)이 있는 작은 클러스터는 은 비드(금색)로 표시된 4개의 은 원자로 구성됩니다. 동시에 검은색의 물구슬(W)에는 5개의 물 분자가 들어 있었습니다. 이전 작업에 따르면 추가 파일 1:표 S1은 계산 상호 작용 매개변수의 결과를 보여줍니다[31, 32]. 30 × 30 × 30 r ㄷ 3 주기적인 경계 조건을 가진 3차 시뮬레이션 상자는 100,000 총 시뮬레이션 단계와 0.05ns 통합 시간 단계로 모든 방향에서 활용되었습니다.
통계 분석은 두 개의 표본 학생의 t 불균등 분산으로 테스트합니다. 피 <0.05는 통계적으로 유의한 것으로 간주되었습니다.
선형 공중합체 PDMAEMA-b -PHEMA-b -PPEGMA 및 스타 코폴리머(PDMAEMA-b -PHEMA-b -PPEGMA)4 CuBr2과 함께 DMAEMA, HEMA 및 PEGMA의 ARGET ATRP 중합에 의해 합성되었습니다. 촉매로서의 /HMTETA, Sn(Oct)2 환원제로서, 및 톨루엔에서 개시제로서 BIBB로 이전에 아실화된 EBiB 또는 펜타에리트리톨(도식 2). 타겟 폴리머의 구조 및 조성은 1 에 의해 확인되었습니다. H NMR. 고분자 미셀은 PDMAEMA-b에서 자가 조립되었습니다. -PHEMA-b -PPEGMA 또는 (PDMAEMA-b -PHEMA-b -PPEGMA)4 DMAEMA를 기능 블록으로 사용하는 경우 Ag + 이온은 추가 환원제의 참여 없이 끌어당겨 AgNP로 환원되었습니다. 공중합체의 위상구조가 AgNPs에 미치는 영향을 이화학적 특성, 항균성, 항암활성을 통해 논의하고 평가하였다.
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a의 합성 경로 PDMAEMA-b -PHEMA-b -PPEGMA 및 b (PDMAEMA-b -PHEMA-b -PPEGMA)4
선형/별형 공중합체의 화학 구조는 1 에 의해 확인되었습니다. H NMR. 먼저, 펜타에리트리톨의 말단 하이드록실 그룹은 말단 브롬 그룹(Br)4으로 완전히 이동되었습니다. , 1 에 표시된 대로 H NMR 스펙트럼(추가 파일 1:그림 S2). 4.33ppm의 피크는 -CH 2 O- 펜타에리트리톨, 반면 새로운 -(CH 3 )2 - 1.94ppm의 신호가 나타났습니다. 그리고 1.94ppm ~ 4.33ppm에서 피크의 적분비 값은 약 3이었습니다. 추가 파일 1:그림 S3 및 S4에서 볼 수 있듯이 -C(CH 3 )2 - 1.94ppm에 나타났습니다. 1.83ppm, 1.00ppm의 신호가 -CH에 할당되었습니다. 2 - 및 -CCH 3 - 각각 메틸 메타크릴레이트의 주쇄에서. 2.58ppm과 4.08ppm의 피크는 같은 말단에 있는 2개의 메틸렌 양성자의 특징적인 공명에 속합니다 -CH 2 CH 2 - DMAEMA 블록에서 2.29ppm의 피크가 메틸 양성자에 할당되었습니다. -CH 3 -, 이것은 3차 아민기에 부착되어 있습니다. -CH의 존재 2 CH 2 - HEMA unit의 말단 hydroxy group에 연결된 methylene proton은 각각 4.08ppm과 3.57ppm으로 나타났다. -OCH의 특징적인 PEG 피크 2 CH 2 - 및 터미널 -CH 3 양성자는 각각 3.67 및 3.39ppm에서 나타났습니다. 5.5–6.1ppm의 이중 결합 피크가 1 에서 사라졌습니다. H NMR 스펙트럼. 신호 (f) ~ (a)의 적분비 값에서 계산 (I f /나 아 ), 신호 (g)에서 (a)로 (I g /나 아 ), 신호 (h)에서 (a)로 (I h /나 아 ), 각각 PDMAEMA19.3 -나 -PHEMA12.5 -나 -PPEGMA24.6 및 (PDMAEMA5.0 -나 -PHEMA5.6 -나 -PPEGMA5.0 )4 획득했습니다.
AgNPs의 형성 과정은 Scheme 1에 표시되어 있습니다. PDMAEMA 분자 사슬의 3차 아민 그룹에 속하는 N 원자의 고독한 전자 쌍은 배위 및 환원 능력을 보유하므로 트래핑제로 둘 다 사용할 수 있습니다. 및 환원제. 첫째, 은 이온은 Ag + 간의 착물로 인해 PDMAEMA에 의해 포획되었습니다. 및 N 원자, 형성(Ag + )-PDMAEMA 복합체. 이후 Ag + 핵 생성 단계에서 은 원자를 형성하기 위해 제자리에서 환원되었습니다. 그 후, Ag 결정의 성장과 함께 Ag의 핵 생성이 계속되어 AgNPs가 형성되었다[26]. 친수성 블록 PPEGMA는 미셀 껍질로 작용하여 안정적인 보호층을 제공하고 AgNP의 안정성을 더욱 향상시켰습니다. 시스템 내 자기조립 미셀의 입체적 안정화 효과는 AgNPs의 안정화와 AgNPs 간의 응집에 대한 미셀의 열역학적 평형에 의해 결정되었다. 소량의 AgNPs의 경우, 공중합체의 입체 안정화는 AgNPs의 추가 응집을 방지할 수 있습니다. Ag의 수가 증가함에 따라 AgNPs에 대한 미셀의 안정성이 약화되어 입자 간의 충돌 가능성이 높아져 AgNPs의 크기가 증가합니다. 미셀의 공간적 안정화를 이용하여 우리가 준비한 AgNPs는 제어된 입자 크기를 가지므로 항균 응용 분야에 큰 잠재력이 있습니다.
DPD 시뮬레이션은 동일한 농도의 실제 실험(PDMAEMA/AgNO3)으로 AgNP의 성장 과정과 분포를 조사하기 위해 수행되었습니다. 몰 비율 =1/1, 선형 공중합체, Ag 및 물 비드의 부피 분율은 각각 10%, 0.23% 및 89.77%임). 그림 1은 PDMAEMA-b의 비드가 -PHEMA-b -PPEGMA 및 AgNPs는 초기에 수용액에서 불규칙하게 분포된 상태를 보였다. 시간이 지남에 따라 8개의 자기조립 공중합체 미셀이 최종적으로 형성되어 균일하게 분산되었고 모든 Ag 비드가 미셀에 로딩되었습니다. 평형 상태의 AgNPs가 더 이상의 응집 없이 공중합 미셀에서 안정화될 수 있음을 알 수 있었으며, 이는 자가 조립된 미셀이 AgNP의 추가 응집을 방지할 수 있었고 입자 크기 및 분포를 제어하는 목적을 달성했음을 나타냅니다. 피> <그림>
PDMAEMA-b를 사용한 AgNP의 성장 과정 및 분포에 대한 DPD 시뮬레이션 -PHEMA-b -PDMAEMA/AgNO3에서 PPEGMA 다른 시뮬레이션 시간에서 몰비 =1/1. 아 명확성을 위해 물 분자를 숨겼습니다. ㄴ AgNP만 표시됨
선형/별형 공중합체 및 미셀 안정화 AgNP의 FT IR 특성화는 추가 파일 1:그림 S5에 나와 있습니다. 분명히, 단순한 선형/별형 공중합체와 비교하여 1730cm에서 -COOR 신축 진동 −1 1457 cm −1 에서 PDMAEMA의 C-N 결합의 굽힘 진동 AgNPs 형성 후 감소하여 AgNPs가 공중 합체 미셀에 성공적으로 로딩되었음을 나타냅니다. 선형/별형 공중합체 미셀 안정화 AgNP의 결정질 특성은 X선 회절 스펙트럼으로 확인되었습니다(추가 파일 1:그림 S6). 38.5°, 44.8°, 64.2° 및 78.0°의 회절 피크 값은 면심 입방체(fcc) 결정 구조의 (111), (200), (220) 및 (311) 결정면에 해당했습니다. Ag 함유 나노 입자 [33, 34]. 선형/별형 공중합체 미셀 안정화된 AgNP의 제타 전위를 측정했습니다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 공중합체 미셀 안정화 AgNP의 제타 전위는 약 15.0-23.2 mV였다. 또한 AgNO3의 양이 증가함에 따라 , 미셀 안정화 AgNP의 제타 전위는 더 많은 AgNP의 장식으로 인해 현저하게 증가했습니다. AgNP의 분산 및 AgNP에 대한 미셀의 안정화 효과를 추가로 조사하기 위해 선형/별형 공중합체 미셀의 DPD 시뮬레이션은 다양한 PDMAEMA/AgNO에서 AgNP를 안정화했습니다3 몰 비율을 수행했습니다. Fig. 2에서 보는 바와 같이 AgNPs의 크기는 응집된 작은 AgNPs의 수가 증가하고 이들 사이의 거리가 감소하는 비율에 비례하여 충돌 및 덩어리의 확률이 증가함을 보여주었다.
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제타 전위 및 a의 단면도 선형 및 b 스타 공중 합체 미셀 안정화 AgNPs. 데이터는 다른 PDMAEMA/AgNO3로 수집되었습니다. (a) 1/1, (b) 3/1, (c) 6/1, (d) 9/1의 몰비
4개의 선형 공중합체 미셀 안정화된 AgNP에 대한 스펙트럼은 약 437 nm에 위치한 최대 흡수 피크에서 약간의 차이를 소유했는데, 이는 그들(그림 3a). 결과는 선형 공중합체의 3차 아민기가 질산은과 반응할 수 있고 AgNPs의 형성이 선형 공중합체 미셀의 입체 장애에 거의 의존하지 않는다는 것을 입증했습니다. 이어서, 동일한 조건에서 유사한 블록 및 중합도를 갖는 스타 코폴리머, PDMAEMA/AgNO3일 때 AgNP의 입자 크기 감소 몰 비율이 증가했습니다. 이는 3차 아민에 대한 배위 환원에 의해 형성된 AgNP의 양이 다르기 때문에 최대 흡수 피크가 각각 429 nm, 426 nm, 421 nm 및 414 nm인 UV-Vis 스펙트럼의 hypsochromic shift를 통해 반영되었습니다. 스타 공중 합체 미셀의 (그림 3b). 즉, 스타 코폴리머의 입체 안정화는 AgNPs를 더 잘 안정화시키고 소량의 AgNPs에서 추가 응집을 방지할 수 있습니다. 대조적으로, AgNPs의 양이 증가하면 안정화 효과가 약화되어 AgNPs의 충돌에 더 많은 기회를 제공하고 최종적으로 더 큰 AgNPs를 초래합니다. 도 3a와 도 3b를 비교하면, 선형 공중합체 미셀 내의 AgNPs의 437 nm에서의 흡수 피크는 더 넓은 파장 분포를 소유한 반면, 스타 공중합체 미셀 내의 AgNPs는 약 422 nm에 있었다. 여기서 선형 공중합체의 스펙트럼에는 청색 편이가 나타나지 않았으며, 이는 선형 공중합체 미셀의 블록이 AgNP에 대한 입체 장애에 더 약한 영향을 미치기 때문에 설명될 수 있으며, 이는 결과적으로 AgNPs.
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a의 UV-Vis 스펙트럼 선형 및 b 서로 다른 PDMAEMA/AgNO3에서 스타 코폴리머 미셀 안정화 AgNPs (a) 1/1, (b) 3/1, (c) 6/1, (d) 9/1의 몰비
그런 다음 TEM 측정을 수행하여 AgNP의 크기, 크기 분포 및 형태를 결정했습니다. AgNPs의 TEM 이미지는 AgNO에 의존3 공급 비율은 그림 4에 나와 있습니다. PDMAEMA/AgNO3 ImageJ 소프트웨어를 사용하여 계산한 몰비는 6 및 1이었고 선형 공중합체 미셀 안정화 AgNP의 입자 크기는 11.1 nm 및 25.7 nm인 반면 스타 공중합체 미셀 안정화 AgNP의 직경은 각각 3.7 nm 및 6.4 nm였습니다. AgNO3의 증가 함량은 미셀에서 더 많은 은 원자, 더 높은 표면 에너지로 이어지며 응집된 AgNP의 수는 AgNP 크기가 클수록 그에 따라 증가합니다. 미셀 안정화 AgNPs는 선형 공중합체 미셀 안정화 AgNPs가 다소 고르지 않은 단분산 및 구형임이 분명했습니다. 미셀 안정화된 AgNP의 크기는 UV-Vis 결과를 더욱 보완했습니다.
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TEM image of a , b linear copolymers and c , d star copolymers micelles stabilized AgNPs at different PDMAEMA/AgNO3 molar ratios:a , ㄷ 6/1, b , d 1/1
The stability of the linear/star copolymers micelles stabilized AgNPs is of great influence for the development of biomedical field. Obviously, the SPR peak in UV-Vis spectra (Fig. 5) of star copolymer micelles stabilized AgNPs did not display any significant changes for at least 1 month even after further diluted by one time, three times, and six times, indicating that the prepared AgNPs appeared well long-term colloidal stability within the experimental concentration range. However, the results of linear copolymer micelles stabilized AgNPs showed that the UV absorption wavelength decreased slightly as the increase of dilution ratios. And the micelles concentration of linear copolymer decreased after 1 month of placement may lead to insufficient provision of steric hindrances to stabilize AgNPs.
UV-Vis spectra of a linear copolymers and b star copolymers micelles stabilized AgNPs solution at PDMAEMA/AgNO3 molar ratio =6/1 after 1 month at the diluted times of 1 (a), 3 (b), and 6 (c), respectively
From the thermogravimetric analysis curves in Fig. 6, it was shown that the initial decomposition temperature (T onset ) of linear copolymers micelles was 217 °C, which shifted to 172 °C after silver loading, suggesting that the linear copolymer micelles stabilized AgNPs showed lower thermal stability than the pure linear copolymers micelles. It may be due to the fact that the chemical structure of PDMAEMA in the molecular chain changes and the catalytic effect of AgNPs in the thermal degradation process cannot be ignored [35]. As for star copolymers and their stabilized AgNPs, T onset were around 213 °C. The two Tonset of star copolymers micelles and their micelles stabilized AgNPs showed very few gaps, which could be speculated that the more stable star-shaped copolymers have better effect on stabilizing AgNPs than the linear copolymers. Combined the results of UV-Vis, TEM, and TGA measurements, it could be inferred that compared to the linear copolymers, the star copolymers have superior advantages in topology for stabilizing AgNPs, such as better stability, more uniform dispersion, slower nucleation rate during reduction, and the better product with a smaller and more uniform size of AgNPs.
TGA curves of a linear copolymers and b star copolymers micelles and their micelles stabilized AgNPs at PDMAEMA/AgNO3 molar ratio =6/1
To evaluate the antibacterial activities of the linear/star copolymers micelles stabilized AgNPs by optical density (OD600 ) measurements, E . coli DH5α was selected as the Gram-negative bacterial model. The absorbance at 600 nm after incubation was tested by incubating the bacteria with the eight different concentrations of micelles and micelles stabilized AgNPs at 37 °C. Results shown in Fig. 7a illustrated that the bacterial growth curves were highly correlated with the AgNPs concentration in the LB medium. The inhibition of linear/star copolymers micelles on the growth of bacteria was weak, which was not fatal to bacteria. However, as the concentration of linear/star copolymers micelles stabilized AgNPs increased, the survival rate of E . coli DH5α was significantly inhibited, indicating a strong antibacterial efficacy of AgNPs against E . coli DH5α. The concentrations of linear copolymers micelles stabilized AgNPs preventing the bacterial growth in the experiments were relatively higher than those of star copolymers micelles stabilized AgNPs, which might due to the fact that bigger size of AgNPs could lead to a lower antibacterial performance because of the inefficient exposure of bacteria to AgNPs and relatively slow release behavior of AgNPs.
아 Antibacterial activity and b cell viability of linear copolymers and star copolymers micelles stabilized AgNPs at PDMAEMA/AgNO3 molar ratio =6/1. *p <0.05, two-tailed Student t 테스트
Cancer is an uncontrollable disease of cell growth that can occur in any part of the body. The most common cancers are liver cancer, breast cancer, colorectal cancer, and lung cancer. Among them, the liver cancer has the much higher prevalence in both developed and developing countries. Therefore, the toxicity experiments of the linear/star copolymers micelles stabilized AgNPs on HepG2 cells were carried out, in which HepG2 cells were incubated with linear/star copolymers micelles stabilized AgNPs at different concentrations (10, 50, 100, 200, 400 mg/L, respectively) for 48 h and the cell viability with MTT assay was the most intuitive data to evaluate the biocompatibility of the composite material. As shown in Fig. 7b, the percentage of viable cells for the linear/star copolymers micelles stabilized AgNPs exhibited negligible cytotoxicity, and was about 90% viability even at the highest concentration applied (400 μg/mL) after 48-h incubation, indicating the advantageous cytocompatibility of the micelles stabilized AgNPs within a relatively wide range of concentration.
In conclusion, PDMAEMA-based linear and star copolymer micelles as effective delivery carriers for silver-bearing antimicrobials were developed, and their in vitro antimicrobial efficacy and cell viability were investigated. Being a reducing agent and a stabilizer simultaneously, the micellar PDMAEMA core acted as loading platform for AgNPs in situ translated from the precursor silver nitrate. In silico simulation and experimental results indicated that both types of the copolymer micelles could generate monodisperse and spherical AgNPs. Compared with linear copolymers sliver-bearing micelles, the fabricated star copolymers micelles stabilized AgNPs exhibited smaller average size, better stability against dilution and pyrogenic decomposition, and enhanced antibacterial activities against E . coli DH5α due to the serious damage of bacterial membrane caused by loaded AgNPs. Moreover, both types of copolymer micelles stabilized AgNPs possessed great cytocompatibility toward HepG2 cells. Therefore, these studies may provide some guidance for the construction of more effective AgNPs weapon with well-defined and feasible polymer topology for combating the multiple bacteria-induced infections.
The datasets used and/or analyzed during the current study are available from the corresponding author on reasonable request.
은 나노입자
2-(dimethylamino) ethyl methacrylate
2-hydroxyethyl methacrylate
Poly (ethylene glycol) methyl ether methacrylate
Cupric bromide
Proton nuclear magnetic resonance
Fourier-transform infrared spectroscopy
Potassium bromide
Ultraviolet-visible
3-(4,5-디메틸티아졸-2-일)-2,5-디페닐테트라졸륨 브로마이드
Liver hepatocellular carcinoma
Dissipative particle dynamics
Surface plasmon resonance
X선 회절
나노물질
초록 본 연구에서는 고압증기멸균기에서 아미드화 반응을 통해 아미노 하이퍼브랜치 폴리머(HBP)-그라프트된 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유를 제조하였다. 준비된 PAN-G-HBP 섬유는 Ag+를 복합화할 수 있습니다. 아미노 HBP의 아미노 그룹을 통해, 그리고 뜨거운 증기 조건에서 Ag+ HBP의 환원성을 통해 Ag0로 전환될 수 있습니다. PAN-G-HBP 및 Ag 나노입자(NPs) 코팅된 섬유는 FTIR, UV-VIS DRS, FE-SEM, EDS, XPS 및 항균 측정을 통해 특성화되었습니다. FTIR 결과 HBP가 PAN
초록 탄소점(CD)은 활성 표면으로 인해 항균제로 널리 사용되었지만 일부 CD는 불안정합니다. 따라서 항균 활성과 같은 상대적 응용 프로그램은 장기간 사용에 대해 신뢰할 수 없을 수 있습니다. 여기에서 우리는 열수 과정을 통해 청색 형광을 가진 CD를 합성합니다. 그 후, 폴리에틸렌이민은 CD를 CD 기반 프레임워크(CDF)로 조립하기 위해 적용되었습니다. CDF는 소광된 형광을 나타내었지만 주사 전자 현미경 및 제타 전위 조사에 기초하여 보다 안정적인 특성을 보였다. CD와 CDF 모두 그람 음성 대장균(E. coli ) 및 그
