文摘
可靠的进步和环保战略发展的纳米颗粒是一种基本的纳米技术的关键。纳米粒子不断评估和已经使用在许多工业应用了10年。特别是,氧化锌纳米颗粒的作用(氧化锌NPs)已经收到了极大的兴趣,因为紫外线过滤性能及光化学等各种属性,抗真菌,高催化剂和抗菌活动。因为有毒化学物质的高速率和极端环境中使用化学和物理方法,绿色技术已经采用了利用植物,真菌,细菌和藻类合成的纳米粒子。因此,本文认为不同的绿色合成方法提供的证据氧化锌NP作用几个应用程序,此外,综述了生物医学应用和毒性作用。因此,本文使用各种辅助源文档收集相关的评论文章。从发现,绿色合成路线相比是相当安全和环保物理和化学合成的方法。另一方面,其生物医学应用程序在这个部门各流程包括bioimaging一天天增加,药物输送、生物传感器和基因传递。对其毒性特性,氧化锌NPs可以作为智能武器来对抗多耐药微生物作为一个才华横溢的抗生素的替代品。
1。介绍
在科学和技术,在快速发展的概念在最新一年是纳米技术,带来了巨大的发展。包括独特的物理化学性质的纳米材料有潜力开发新系统,结构,设备,和nanoplatforms即将报价在广泛的各种各样的学科1,2]。纳米材料是纳米级大小的颗粒,它们是非常小的粒子与改进的热导率,催化反应活性,非线性光学性能,化学稳定性由于大型表面area-to-volume比率(3]。这种品质已经吸引了许多研究者找到新颖的合成技术。虽然传统技术(物理和化学方法)使用更少的时间来合成大量的纳米粒子,它们需要保护剂等有毒化学物质保持稳定,从而导致环境中的毒性。记住这一点,利用植物绿色技术上升为环保,无毒,和安全的选择,因为植物extract-mediated生物合成的纳米粒子在经济上是有利的,提供自然限制代理形式的蛋白质(4]。监管环境中的化学毒性,生物合成各种金属氧化物和金属纳米粒子通过植物提取使用,这是一个边际调节化学合成技术,它允许不同的形状和大小的纳米颗粒细致的合成(5]。
为生物医学应用,改善生物可降解的、功能化,可以使纳米材料的生物相容性是仍然是一个巨大的活泼的研究领域。直到现在,在许多其他生物医学应用(6- - - - - -9)检查是顺磁纳米颗粒(10,11),量子点(量子点)6,12],nanoshells [13,碳纳米管(碳纳米管)14,15]。一个广泛的各种各样的纳米结构可以表现出氧化锌(氧化锌),拥有专属属性如半导体、压电和光学(16,17]。因此,基于氧化锌纳米材料等广泛的应用程序审议能源存储、纳米传感器,化妆品,nano-optical设备、纳米电子设备,等等18- - - - - -23]。生物降解性和低毒性氧化锌纳米材料中最显著的特征之一。对于成年人来说,不可或缺的微量元素锌2 +并阐述了到新陈代谢的众多特性。在酸性和强大的基本条件,氧化锌NPs可以溶解缓慢。随着氧化锌纳米颗粒显示,锌的释放2 +离子可以对细胞施加压力,不利影响在不同的生物体(24]。所需性能的氧化锌纳米材料对生物医学应用程序达到增加关注(25]。氧化锌纳米颗粒的毒性作用是由于他们的溶解度。在细胞外的地区,氧化锌纳米颗粒溶解,进而提高细胞内水平(锌2 +]。氧化锌纳米颗粒的溶解的介质和机制增加细胞内锌2 +]水平仍然是投机26]。
整体,本文将总结当前状态使用氧化锌纳米材料的生物医学应用程序,他们的绿色合成自然,其毒性作用。
有机纳米粒子和无机纳米颗粒是纳米粒子的两类基于他们的组件。有机纳米粒子包括碳纳米颗粒(富勒烯),而无机纳米粒子包括磁性纳米颗粒,贵金属纳米颗粒(金银),和半导体纳米颗粒(如氧化锌和二氧化钛)[27]。纳米粒子也可以根据他们的起源、分类维度,和结构内容。
基于纳米材料的来源,分为天然纳米材料和人工纳米材料(28]。考虑到纳米材料的尺寸,归类为零维(0 d),一维(1 d),二维(2 d)和三维(3 d)纳米材料。零维的纳米材料有nanodimensions三个方向;一维纳米材料只有一个nanodimension表面纳米范围;和二维纳米材料有两个nanodimensions表面纳米范围内,而三维纳米材料都nanodimensions外观到纳米范围。这些包括散装材料开发与单个块在纳米尺度(1 - 100 nm) [29日]。
根据结构配置和形态,纳米材料被分为合并材料和nanodispersions。极支化高分子聚合物的尺寸在纳米尺度下。使用的金属材料,这些粒子的主要成分是金属,纳米材料包括纳米银,nanogold,金属氧化物,如二氧化钛和最终密集半导体量子点等。碳基纳米材料的形貌是管,空心球或椭圆体。碳纳米材料球面和椭球称为富勒烯和圆柱形的称为碳纳米管(28]。
2。纳米颗粒合成方法
自下而上和自上而下两种方法推荐给纳米颗粒的生物合成30.]。在自底向上方法中,最重要的氧化/还原反应发生。纳米粒子的合成是目前一个重要的研究领域,它寻求一个环保方法和绿色材料对于当前场景(31日]。的主要步骤制备纳米粒子必须评估从绿色化学的角度(i)溶剂介质用于合成,(2)环保还原剂,(iii)无毒材料稳定的纳米粒子。大部分的化学和物理方法提到目前在很大程度上取决于有机溶剂。这主要是由于疏水性(使用的限制代理32]。合成与bio-organisms符合绿色化学的原则:(i)环保方法,(2)使用的还原剂,反应(3)限制代理。无机金属氧化物纳米颗粒的合成使用生物元素获得了巨大的关注由于其不同寻常的特性(光学、电子、化工等)(33]。
3所示。氧化锌纳米颗粒
金属氧化物材料科学的发挥非常重要的作用,如生产微电子电路、传感器、压电设备,燃料电池,表面钝化涂层,腐蚀催化剂。金属氧化物也被用作吸收剂的环境污染物。在纳米技术,氧化物纳米粒子可以表现出独特的化学性质由于有限大小和高密度的边缘。一个n型半导体金属氧化物是氧化锌。在过去的几年中,更多的兴趣吸引氧化锌NP,因为它有更广泛的各种应用尤其是在生物医学领域的系统中,光学,电子产品(34- - - - - -40]。在所有这些类型的金属氧化物,氧化锌NPs吸引太多的注意,因为他们刺激属性(41](如高直接带宽高3.3 eV在室温和激发能量60 meV) (42),光学性质、高催化活性、抗炎、伤口愈合和紫外线过滤属性(1,43- - - - - -48]。几个作者报道氧化锌生物传感器对胆固醇、酶生物化学和其他生物传感(49,50]。
氧化锌作为不吸湿性的和无毒,无机,极地,晶体材料是一个非常便宜,安全,而且容易获得,这引起了极大的兴趣在各种有机转换、传感器、透明导体,声表面波器件(51- - - - - -53]。氧化锌NP是独家半导体材料,压电、热电性能获得了广泛的应用,在透明的电子、紫外线发射器,化学传感器、自旋电子产品、个人护理产品、催化剂、涂料和油漆54,55]。由于这些独特的性质,氧化锌NPs在防反射涂层找到应用程序,在太阳能电池透明电极,紫外线发射器,二极管激光器,压敏电阻,压电设备,自旋电子、声表面波繁殖专家(52作为抗菌剂(),56),作为光子材料(57),气体传感(58]。植物提取物的生物分子作为有效的覆盖剂,因此NP合成中发挥着重要作用。限制代理似乎稳定NPs通过不同的机制,包括静电稳定、空间稳定,稳定的水化力,用范德华力和稳定。NPs的稳定是重要的功能及其应用(59]。氧化锌的公用事业领域的NPs食品保鲜和包装行业当应用于生物可降解聚合物指标和氧化锌NPs改善了食品的质量和包装主要通过三个机制,即抗菌离子的释放,破坏细菌细胞的完整性,并且形成活性氧由于光线辐射(60]。埃尔默和白色报道的杀虫的属性由喷洒合成氧化锌氧化锌在番茄和茄子和指出,氧化锌减少疾病估计的28%相比,控制(61年]。体外方法使用植物提取物来减少锌盐(硝酸锌、硫酸、氯化和许多其他人)和具有控制纳米粒子的大小和形状。从根本上说,初级和次级代谢产物存在于植物,例如,皂甙,单宁,淀粉,多肽,萜类化合物,类黄酮,和酚醛树脂作为减少和限制代理。温和的溶剂等水、乙醇和甲醇用于植物代谢物的提取,这允许与锌盐溶液在不同反应条件下实现最大的收益(62年- - - - - -65年]。
4所示。绿色合成氧化锌NPs
由于绿色方法的日益流行,已经实现了一些方法来生产氧化锌NPs使用不同来源(如细菌、真菌、藻类、植物等等。一个表列表准备总结在这一领域的研究(表1)。
4.1。Plant-Mediated氧化锌NPs的生物合成
生物纳米粒子的合成代表另一种纳米粒子形成的物理和化学方法。大多数研究者关注的绿色合成纳米颗粒的形成金属和氧化物纳米粒子(图1)。利用植物合成的纳米粒子是一种快速、低成本、环保的选择和对人类使用是安全的31日]。
牡荆牡植物提取物是用于生产氧化锌NPs与六水合硝酸锌作为前体。biosynthesized氧化锌NPs显示抗菌活动大肠杆菌和金黄色葡萄球菌细菌(77年]。Dobrucka和Dugaszewska78年)使用三叶草pratense合成氧化锌NPs。合成氧化锌NPs被发现的六角形状和大小是60 - 70海里。Kalpana et al。79年]合成氧化锌NPs使用Lagenaria siceraria纸浆中提取。此外,作者评估了biosynthesized氧化锌纳米颗粒如一,抗菌,抗关节炎的功效。
Dhanemozhi et al。80年)成功地合成了氧化锌NPs从绿色茶叶提取物对超级电容器应用程序来评估他们的电容行为。氧化锌NPs是已知多功能无机纳米粒子与治疗尿路感染的主要应用。Santhoshkumar et al。81年合成氧化锌NPs使用西番莲caerulea叶子提取和检测致病性文化孤立的尿尿路感染的病人。结果表明,合成氧化锌NPs作为抗菌剂对尿路感染。纳瓦等。82年)处理的低成本、无毒的绿色合成氧化锌NPs准备使用茶树提取。氧化锌NPs作为光催化剂的效率等各种有机染料的降解亚甲基蓝和甲基橙及其抗氧化活性的DPPH实验研究了由Siripireddy和Mandal [83年)使用蓝桉。单相晶体的合成氧化锌纳米颗粒的尺寸范围约为15.8 nm的绿色小说使用的提取和环保的途径答:betulina作为一个有效的氧化/还原剂首次证明了主题et al . (Thema84年]。稳定和球面用硝酸锌和氧化锌NPs生产芦荟精华素叶提取物。氧化锌NPs的各种属性是使用紫外可见分光光度计、红外光谱、光致发光、XRD、SEM和TEM分析(43]。
4.2。Microbe-Mediated氧化锌NPs的生物合成
纳米粒子的合成途径的微生物可能涉及组合基本细胞生物化学,金属离子的运输进出细胞,抵抗微生物有毒金属和激活机制metal-binding网站,金属离子积累细胞内,成核的金属氧化物(85年]。氧化锌NPs被快速合成红球菌属pyridinivoransNT2被发现是适度稳定和大致球形粒子的平均直径100 - 120 nm (86年]。沙雷氏菌属ureilytica(HM475278)介导的氧化锌NPs报道了Dhandapani et al。87年]。氧化锌NPs引起了兴趣,因为他们的许多应用程序在食品行业。Selvarajan和Mohanasrinivasan88年)描述了一个创新的方法,使用益生菌菌的生物合成氧化锌NPs乳杆菌VITES07。茶室et al。86年]合成氧化锌NPs从硫酸锌溶液中使用一个放线菌红球菌属pyridinivoransNT2。合成氧化锌NPs探索多功能织物整理加工和体外抗癌药物输送在HT-29结肠癌细胞系。Shamsuzzaman等的研究。89年)所描述的简单和绿色合成路线示意图氧化锌纳米颗粒白色念珠菌作为一个限制和还原剂。作者还使用了合成氧化锌NPs作为催化剂的快速和高效的合成甾体pyrazoline。侯赛因et al。85年)报道蜡样芽胞杆菌作为氧化锌的形成biotemplate剂NPs与覆盆子和板状结构通过一个简单的醋酸锌热分解维持原来的pH值的反应混合物。Baskar et al。90年)生产氧化锌NPs使用曲霉属真菌terreus滤液合成细胞外地的球形,54.8到82.6纳米的范围。
合成纳米颗粒的细胞外的真菌是极其有益的经济可行性,下游加工方便,和大规模生产91年]。真菌的菌株要优于细菌由于其增强金属生物体内积累财产和宽容财产(92年]。从菌丝来自烟曲霉属真菌,氧化锌纳米颗粒合成(93年]。通过利用白色念珠菌,纳米粒子合成具有类似大小从15到25 nm通过XRD、TEM和SEM分析(89年]。
5。对氧化锌NPs
合成纳米粒子的特点是利用许多技术:红外光谱(傅里叶变换红外光谱学)、EDAX (x射线能量色散分析),AFM(原子力显微镜),XPS (x射线光电子显微术),ATR(衰减全反射)UV-DRS(紫外可见漫反射光谱)、XRD (x射线衍射仪)、TEM(透射电子显微镜),TG-DTA (thermogravimetric-differential热分析)、DLS(动态光散射),FE-SEM(场发射扫描电子显微镜),PL(光致发光分析)、拉曼光谱、SEM(扫描电镜)94年- - - - - -96年]。属于唇形科植物被广泛研究尤其是家庭等牡荆牡(97年),属amboinicus(98年),而Anisochilus carnosus(37)曾NP与六角等不同形状的形成,与团聚体杆状,quasispherical,不同大小和球形,进一步也见过。从结果,显然发现了合成NPs减少大小的增加植物提取物的浓度(70年,77年]。从结果,尺寸范围被观察和使用各种技术,如TEM相比,XRD, FE-SEM近距离范围内的值(77年,98年),而SEM, EDAX从XRD结果相似的结果不同。通过粉末方程,NPs两的综合牡荆牡花和叶也有类似的大小为38.17纳米,这是证实通过XRD分析(77年]。为合成氧化锌NPs的叶子Azadirachta indica从楝科家庭通常被使用99年,One hundred.]。类似的尺寸范围的NPs被确认在每个实验中,通过分析证实了TEM和XRD与nanobuds六角盘形状,和球形。的研究显示,NPs的形成是通过胺的参与,羧酸,碳酸根,酒精,烷烃,和酰胺,这进一步证实了红外光谱研究。芦荟的叶皮和新鲜叶提取物属于百合科的家庭(101年,102年]。集块岩形成的NP合成、提取辣木属鉴定,Calotropis gigantea,属amboinicus,Agathosma betulina,综述近10,Pongamia pinnata。确认NPs的合成,采用紫外可见分光光度法,水晶NPs是通过离心分离和干燥的颗粒混合物的热空气炉(95年]。
6。氧化锌NPs的生物医学应用
6.1。药物输送
使用氧化锌的好处NPs药来自他们的两个主要的基本性质。首先,由于其规模较小,纳米颗粒可以穿透小毛细血管和被细胞吸收,使药物的有效积累在目标网站。第二,使用可降解材料的制备纳米粒子允许长时间放电网站内的药物靶向的几天甚至几周时间(103年]。的作用合成氧化锌NPs使用药物在药物释放研究了苯甲酸甲硝哒唑(68年通过观察其通过蛋膜扩散。结果表明,氧化锌的NPs与药物对生物膜有很大影响。
6.2。Bioimaging氧化锌粒子
在临床前研究中,荧光成像技术是广泛使用,因为它是方便和便宜的104年- - - - - -107年]。氧化锌纳米材料已经基本激子的蓝色和近紫外线辐射,绿色发光与O2空缺(108年,109年),细胞成像,在以前的研究有许多报告现有氧化锌纳米材料的利用率。癌症细胞成像,transferrin-conjugated绿色荧光氧化锌NPs与至少利用细胞毒性(110年]。氧化锌纳米材料的光学性质可能改变的合适的元素(111年]。根据一项研究,氧化锌NPs掺入各种阳离子如公司,铜、镍、水胶解决方案,这是稳定,工作在不同的细胞细胞成像研究[112年]。这些微小的氧化锌纳米颗粒有能力渗透到细胞核。
生物相容性和光学性质,heterostructural氧化锌/ Au纳米复合材料,在非盟nc发展沿奈米棒表面或在氧化锌纳米棒的尖端,合成和研究113年]。癌细胞体外成像,antiepidermal生长因子受体antibody-conjugated氧化锌纳米棒中利用最新研究[114年]。量子点的光学成像广泛审议纳米颗粒因其众多吸引人的光学性质(115年- - - - - -117年]。量子点是确定氧化锌被放置在细胞质中申请体外细胞成像,表现出稳定的发光紫外线照射下缺乏必要的细胞毒性。分析了量子点相同的先前的研究,尝试通过老鼠注入静脉后,皮内注射118年]。
每个成像技术都有自己的优缺点(119年]。通过多种成像模式,可以功能化纳米材料可以被探测到,产生协同优势。纳米材料更适合多峰性成像而与小分子自更大的表面积为功能化提供了更高的网站,也有助于工程师多通道检测。在一个特定的研究中,Gd-doped氧化锌量子点(大小小于6海里)出现了磁共振成像(MRI)和光学成像(120年]。另一项研究由辛格菲报道3O4氧化锌量子点核壳磁性潜在癌症成像和治疗。
有更好的临床相关性单光子发射计算机断层扫描(SPECT) [122年- - - - - -126年)和radionuclide-based成像技术,宠物(127年- - - - - -132年),广泛利用比光学成像在诊所。PET和SPECT技术不仅高度敏感和定量,也没有组织渗透的限制(133年- - - - - -136年]。
6.3。药与氧化锌纳米材料
氧化锌纳米材料不仅多才多艺nanoplatforms bioimaging也在药物传输应用程序,因为他们的多才多艺的表面化学、大的表面积,和光毒性的效应,以及其他人。体外研究发现,氧化锌纳米颗粒可以剧毒对癌细胞(126年)或细菌和T细胞白血病(137年]。
内在的蓝色荧光的氧化锌量子点抹folate-conjugated壳聚糖通过静电作用,阿霉素,它可以加载∼75%效率(广泛使用化疗药物阿霉素)138年]。这是建议通过氢键和/或通过合作与氧化锌QD表面,强力霉素是设计陷害了。但量子点的水稳定性氧化锌丰富外壳聚糖层由于亲水性和指控。相反,在正常生理pH值为7.4时,阿霉素迅速发布需要改进的调查在体内或体外研究。
在树突状细胞(DC)建立癌症免疫疗法的一个主要并发症是提高交付系统,可以提供有针对性的有效抗原进入DCs (139年]。由于广泛的表面,纳米材料具有挑战性的方面对于这个应用程序。
癌胚抗原交在DCs,铁3O4氧化锌生产核壳纳米粒子平均直径16海里有能力帮助成像造影剂(140年]。
6.4。基因传递与氧化锌纳米材料
在过去的几年里,基因治疗在癌症治疗(涉及大量的关注141年]。发展一个安全的基因向量可以保护DNA降解以及通过激活细胞吸收效率高的DNA是最具有挑战性的一个方面。为研究基因治疗应用和基因传递,利用纳米材料广泛的品种,甚至包括氧化锌纳米材料,大量研究的积极成果。
通过一系列的调查,氧化锌纳米结构,也像一个三维的四足动物,作为交付pEGFPN1 DNA基因向量检查(包括绿色荧光蛋白的基因)人类黑色素瘤A375细胞(142年,143年]。通过静电相互作用,pDNA(质粒)附加到氧化锌纳米结构,细胞内的基因传递,三个针状腿首选内化的技巧。也注意到,有一个没有明显的细胞毒性,据报道,由于三维几何学。
对于一个高效的基因传递,表面涂层的纳米材料充当一个重要的角色。根据一项调查,氧化锌量子点分层使用带正电荷的聚(2 -(二甲胺基)甲基丙烯酸乙酯(PDMAEMA)聚合物被用于冷凝pDNA基因传递(144年]。在570 nm的种氧化锌量子点荧光发射大量的不到20%,能够凝聚大pDNA就像荧光素酶报告基因。这是说COS-7细胞可以转染的pDNA传送量子点氧化锌与较低的细胞毒性。氧化锌量子点有显著降低细胞毒性与PDMAEMA作为基因载体的应用。细胞毒性的降低是由于存在稳定的量子点带负电的聚甲基丙烯酸酯的正电荷。
6.5。基于氧化锌纳米材料的生物传感器
生物传感器广泛用于食品工业、环境监测、医疗和化学或生物分析。例子对于电化学生物传感器,光度、压电和量热当分类检测原则基础上145年]。
纳米材料,作为自由的或结合生物活性物质,是获得不断增长的意识,因为他们的能力提供一个合适的平台,开发高性能的生物传感器,这是由于其独特的特性(23]。例如,更高的表面积的纳米材料可以用于固定等众多生物分子抗体,酶和其他蛋白质。此外,他们可以允许电极之间的直接电子转移和生物分子的活性区域。
氧化锌纳米材料还提供许多可取的特征除了若等半导体特性,吸附能力强,等电点高,催化效率高(IEP);9.5∼)是适合吸附特定的蛋白质,如抗体和酶等电位点较少通过静电相互作用[146年]。此外,纳米材料在生物传感器使用的有利条件较低毒性、高电子转移能力,更高的表面积,和更好的生物相容性和稳定性(147年]。表示ZnO-based最广泛的生物传感器是公认为许多小分子分析物如胆固醇、苯酚、尿素、葡萄糖,H2O2,还有更多其他的东西。此外,有许多生物传感器的传感pH值等其他分子和某些物理或化学性质(148年,149年]。
7所示。氧化锌NPs的毒性研究
由于日益广泛使用的纳米粒子及其释放在环境中,有必要确定纳米颗粒的毒性。Vicario-Pares et al。150年)三种金属氧化物纳米颗粒进行了毒性的研究,即措NPs(氧化铜纳米颗粒)、氧化锌NPs, TiO2NPs对斑马鱼胚胎。氧化锌NPs被发现有毒比锌离子形式,产生最高的毒性。朱等的研究。151年)表明,氧化锌NP毒性剂量依赖性。同样,Jeyabharathi et al。152年)评估的毒性研究绿色合成氧化锌NPs对斑马鱼胚胎。作者合成了氧化锌NPs苋属caudatus叶提取物。此外,氧化锌NPs被发现具有较高的抗菌活性葡萄球菌epidermidis和肠杆菌属aerogenes。毒性的研究结果表明,氧化锌NPs 10毫克/毫升的浓度对生存没有任何明显的影响,在斑马鱼胚胎畸形。在90天的毒性研究中,100纳米氧化锌NPs与不同表面电荷(带负电,ZnOAE100(−)和带正电的ZnOAE100[+])是管理的雄性sd大鼠中确定有毒水平和识别靶器官。显著毒性观察在两性的浓度大于125毫克/公斤。同样,有一个没有不利影响的浓度水平对两性(31.25毫克/公斤153年]。
8。结论
总的来说,从研究评论,认为绿色合成氧化锌NP是更安全、环保的物理和化学方法。氧化锌NPs是最重要的和最多才多艺的材料之一,由于其不同的特性,功能,各种好处,人类和应用程序。绿色能源作为稳定和还原剂的合成纳米粒子的大小和形状控制。整体,氧化锌NP应用程序在农业作物生长和产量增加。粮食需求增加一天,主要作物的产量很低。因此,它是必要的,为可持续农业商业化金属氧化物纳米颗粒。另一方面,其生物医学应用程序在这个部门各流程包括bioimaging一天天增加,药物输送、生物传感器和基因传递。对其毒性特性,氧化锌NPs可以作为智能武器来对抗多耐药微生物作为一个才华横溢的抗生素的替代品。预计这个评论可能会进一步简化创新方法论的研究和临床相关性。同时,解决健康问题会建议通过指这个复杂的科学研究报告。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。