ACS Nano：内核尺寸及配体结构调控的两性纳米颗粒抗菌剂

【引语】

2016年9月13日，ACS Nano网站在线发表了题为“Fully Zwitterionic Nanoparticle Antimicrobial Agents through Tuning of Core Size and Ligand Structure”的文章。国家纳米科学中心的梁兴杰研究员和麻省大学阿默斯特分校的V. M. Rotello教授是这篇文章的共同通讯作者。该篇文章报道了通过调制两性金纳米颗粒的尺寸和表面电荷取向可以实现高效的选择性抗菌活性。

【成果简介】

致病菌是公共卫生的一大威胁，其抗生素耐药性更是挑战者传统抗菌剂的效力。纳米颗粒被认为是一种新兴的抗菌剂：其高比表面积可以作为抗生素的有效载体；阳离子颗粒通过细菌膜渗透和破坏也可以实现抗菌治疗。然而，带正电荷的纳米颗粒自身对正常细胞也往往具有毒性，导致治疗的副作用明显。因此，人们尝试在阳离子纳米颗粒中引入两性配体，以此在维持抗菌性能的同时能减少细胞毒性。更有研究表明，除了表面配体功能化之外，纳米颗粒的结构参数也对影响抗菌活性起到了重要的作用。

国家纳米中心和麻省大学的研究人员近来合成了一系列基于两性纳米颗粒的抗菌剂。实验表明，通过调控纳米颗粒内核尺寸可以轻松控制纳米颗粒的抗菌活性。当内核尺寸比6纳米稍大时，金纳米颗粒展现出有效的细菌细胞膜破坏能力。此外，对颗粒表面电荷的轻微改变就能够导致颗粒抗菌活性的大幅变化。对纳米颗粒的参量研究证明，尺寸和表面结构是影响纳米材料生物活性的重要因素。

【图文导读】

图1：两性金纳米颗粒的结构表征

（A）用于金纳米颗粒合成的两性配体的化学结构；

（B）两性金纳米颗粒的TEM图像以及相应的尺寸分布直方图；

（C）两性离子型Au-SN及Au-NS纳米颗粒抵抗革兰氏阴性细菌株（ aeruginosa）和革兰氏阳性细菌株（(A. azurea）的最低抑菌浓度（MIC）。

图2：细菌细胞膜TEM表征

（A）革兰氏阴性细菌株（P. aeruginosa）和（B）革兰氏阳性细菌株（(A. azurea）分别用不同内核尺寸的纳米颗粒在MIC浓度处理3小时。其中的红色箭头表示细胞膜结构在纳米颗粒处理前后的形貌变化。

图3：细菌细胞膜完整性实验

革兰氏阴性细菌株（P. aeruginosa）与MIC浓度的6nm两性纳米颗粒一起培养6小时，之后对细菌进行碘化物染色实验并用共聚焦显微镜进行观察。

图4：纳米颗粒的溶血实验

不同浓度的10nm以下两性金纳米颗粒在37°C对人体血红细胞进行溶血实验研究。实验观测了混合物离心后上清液中的血红蛋白水平。

图5：细菌细胞膜与两性纳米颗粒的相互作用机制示意图

【小结】

文章报道的这项工作阐明了纳米颗粒内核尺寸、表面电荷取向和两性金纳米颗粒的抗菌行为之间的协同作用。研究人员发现，随着内核尺寸的增加以及电荷取向的变化，颗粒的抗菌活性会急剧地增加。从更广阔的角度讲，这项研究表明纳米颗粒的结构参量（如尺寸和表面功能化）会对材料和生物系统之间的作用有着深刻的影响。

文献链接：Fully Zwitterionic Nanoparticle Antimicrobial Agents through Tuning of Core Size and Ligand Structure（ACS Nano, 2016, DOI:  10.1021/ acsnano.6b04207）

本文由材料人编辑部纳米组Shixiong Chern供稿，材料牛编辑整理。

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