文摘

本研究涉及的制造双官能属cylindraceus石油/ TiO₂/聚乙二醇高分子膜抗菌,抗癌活性。建议电影是基于自然提取的效用p . cylindraceus石油的形成聚合物bionanocomposite装饰着TiO的电影₂纳米粒子。bionanocomposite电影是将15 w %的臆造出来的p . cylindraceus油10 w %聚乙二醇和5 w % TiO₂纳米粒子。的活性成分p . cylindraceus石油被验证使用气相色谱法结合质谱(gc - ms)。导致的表面形态bionanocomposite电影是由不同的光谱特征和显微技术。装配式bionanocomposite电影的抗菌潜力研究对四个致病菌株。结果显示良好的菌株的敏感性,尤其是大肠杆菌和金黄色葡萄球菌320年,最低抑制浓度µ克毫升⁻¹640年和1280年和最低杀菌浓度µ克毫升⁻¹为大肠杆菌和金黄色葡萄球菌,分别。聚合物bionanocomposite施加显著的细胞毒性浓度的方式对人肺癌细胞株IC₅₀值为42.7±0.25μ克毫升⁻¹。安全评估测试外周血单核细胞(PBMCs)证明了bionanocomposite在本质上是无毒的。Bionanocomposite还显示有效的光催化效果。总的来说,结果得出的结论是,bionanocomposite表达了多方面的生物医学应用程序范围。

1。介绍

纳米复合材料提供有吸引力的和具有成本效益的薄层与优越的生物医学和微电子应用程序的特性。近年来,从天然生物高分子纳米复合材料合成或生物资源已经得到太多的关注。可生物降解聚合物结合贵金属纳米粒子提供bionanocomposites与特殊生物医学和环境应用程序(1- - - - - -3]。这些bionanocomposites潜在的生物降解和多才多艺,和他们的聚合金融衍生品可以是由一系列可再生资源,如碳氢化合物和氧气的单体(4,5]。最近,升级的聚合物的最佳方法是聚合物bionanocomposites的形成,提高其应用的范围。纳米尺度的无机聚合物中的金属元素的掺入大大提高了物理化学,机械、电气、热特性、气体防护性能、硬度、导电性和尺寸稳定性比较正常的聚合物或传统的复合材料(6]。Bionanocomposites由天然聚合物基体,从聚合物矩阵,获得可再生资源和有机/无机组件与一个或多个维度的纳米尺度(7]。bionanocomposites来自几个天然高分子资源,如淀粉、纤维素、壳聚糖、聚乳酸,精油衍生品(8- - - - - -13]。自然资源中,植物的精油有被认为是一位杰出的自然生物材料的生物活性、生物相容性、生物降解性、无毒性包含多功能组(14,15]。

聚乙二醇(PEG)是一个广泛的防污亲水聚合物与各种生物医学和工业应用16,17]。新功能的引入挂钩的表面涂层在不同的纳米粒子,蛋白质和基质增强宿主材料的生物相容性。表面涂有挂钩也被描述为他们的防污能力限制蛋白质吸附、微生物附件,和细胞粘附18]。挂钩的防污性能和PEG-conjugated蛋白还可以降低外部的免疫反应,增加血液循环时间,提高蛋白水解、机械、热稳定性(19]。可持续resources-derived聚合物的性能进一步提高的不同传统nanofillers,包括碳酸钙、粘土、滑石、高岭土、玻璃纤维碳纳米管气相法白炭黑,贵金属和金属氧化物20.,21]。结果biocomposite团结的好处低维层巨大的表面积的纳米颗粒,导致各种有用的应用在生物医学科学和制造业。

在各种金属和金属氧化物、氧化钛纳米粒子具有独特的特性和有趣的生物属性。氧化钛(TiO₂)很容易与聚合物结合,相对稳定和强大的物理和化学性质。它是一种重要的半导体材料与晶体结构和显示非凡的应用,包括光催化、太阳能转换和场致发射发射器、环境污染控制、化学惰性,优秀的机械性能、无毒性、高折射率、低成本、高温超导体、气体传感器、电池、氧化能力强、高亲水性,强烈的紫外线吸收,和强大的抗菌活性与大量的病原体,包括细菌、真菌、藻类和病毒(22]。这一点经常被用于食品、食品包装、化妆品、光学设备,油漆,涂料,特别是抗菌素由于他们向光催化消毒(发展的强大影响23]。TiO₂存在于锐钛矿(正方)金红石(正方),板钛矿结晶多晶型物(斜方晶系的)。金红石是最稳定的形式,具有良好的散射效应和保护材料已广泛应用于颜料从有害的紫外线24]。近年来,TiO的使用₂纳米粒子在光动力疗法不断增加。TiO₂与其他分子的纳米颗粒及其复合材料和混合动力车是常用的光动力失活的细菌对抗生素和photosensitizing代理在癌症治疗25]。TiO₂纳米粒子用作尤其在物的形成与特定的细胞单克隆抗体对恶性肿瘤的治疗方法或黑色TiO的综合₂纳米粒子对抗生素耐药细菌的抗菌疗法(26,27]。

如今,许多研究已经解决bio-derived TiO的发展₂聚合物纳米复合材料为不同应用程序(28,29日]。然而,有限的科学报告可用抗菌、抗癌TiO的潜力₂加强生物聚合物(30.- - - - - -32]。生物可降解脂肪族聚酯薄膜的光催化效果与TiO合并₂粒子被筛选的能力消除挥发性有机成分(33]。一项由唐描述polycaprolactone-TiO的准备₂solution-casting纳米复合材料的方法和评估他们的机械和自洁性能(34]。一个生物聚合物掺杂有TiO的废食用油₂填料报道作为室内和室外的表面涂层构建应用程序(35]。然而,上述研究还没有筛选抗菌效果的电影。几乎没有什么可用的报告在文献中关于TiO的合成₂涂布油基聚合物纳米粒子对抗菌活性进行了评估。最近,TiO₂纳米颗粒装入聚乙烯薄膜显示一个潜在的抗菌效果金黄色葡萄球菌,这表明PE / TiO₂复合膜可以防止高相对湿度在整个包装系统,延缓食物变质,从而增加他们的保质期。因此,这些电影可以作为食品包装系统的最佳人选36]。峰等人进行的另一项研究显示PLA / TiO₂由电纺纳米纤维和电影和解决方案铸造方法表现出很强的抗菌效果大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。这项研究的结果得出结论,同时纳米复合材料薄膜满足食品包装材料的需求(37]。

目前的研究报道的合成和表征p . cylindraceus石油/ TiO₂/聚乙二醇高分子bionanocomposite组成p . cylindraceus石油和聚乙二醇与锐钛矿TiO装饰₂纳米粒子。合成bionanocomposite评估抗菌,抗癌活动对各种致病菌株和癌症细胞系。

2。材料和方法

2.1。仪表

所有光谱光度测量的测量和表征合成的纳米粒子的紫外可见光谱进行了测量和TiO₂纳米粒子使用Ultrospec 2100 - Biochrom分光光度计(Biochrom有限公司,形成层,剑桥,英国)。傅里叶变换红外(FTIR)光谱的形成纳米颗粒及其bionanocomposites记录使用PerkinElmer傅立叶变换红外分光光度计(PerkinElmer有限公司,日本横滨)。TiO的形态₂NPs和聚合物p . cylindraceus石油/TiO₂/盯住bionanocomposite测量通过扫描电子显微镜(jem - 2100 f, JEOL有限公司Akishima,东京,日本)和jem - 1400透射电子显微镜(JEOL有限公司,Akishima、东京、日本)。XRD TiO的模式₂西门子获得的纳米颗粒和bionanocomposite d - 5000衍射仪(德国西门子、爱尔福特)。酸碱计的瑞士万通744型(瑞士万通有限公司、Herisau、瑞士)是用来控制pH值条件下的测试解决方案。蒸馏水(H₂在整个实验研究使用O)。热稳定性分析是用日本岛津公司进行热重分析仪(tga - 502模型)。尼康ECLIPSE荧光显微镜(Ti-E、日本)被用来分析癌细胞凋亡。

2.2。化学药品和试剂

钛(IV)硝酸四水合物(Ti(没有₃)₄。H₂O,≥99.9%),纯聚乙二醇(PEG)的等级,分析纯丙酮(无水,≥99.0%)、乙醇(96%),3%的戊二醛磷酸盐、3 - (4 5-dimethylthiazol-2-yl) 2, 5-diphenyltetrazolium溴化(MTT)、乳酸脱氢酶(LDH)罗丹明123染料吖啶橙/溴化乙锭(AO / EtBr)染料,二氯二氢荧光素二乙酸(DCFH-DA)和无水硫酸钠从Sigma-Aldrich获得(德国汉堡)。环丙沙星(5μg /盘,MASTDISCS™、桅杆诊断有限公司),万古霉素(葛兰素史克SmithKline制药有限公司),和庆大霉素(α实验室有限公司)向当地药店购买。

2.3。植物材料

属montanusBenth。(syn。属cylindraceus赫斯特。Benth。)收集Abha地区的沙特阿拉伯在2018年3月。分类学者默罕默德·约瑟夫博士在沙特国王大学生药学部门,确定了植物材料和凭证标本(p - 5 - 2018)存放在同一部门。天线部分收集植物晒干去除水分。干植物材料中粗粉混合器磨床对石油开采。植物样品保持在4°C在冰箱里,直到进一步的使用。

2.4。菌株和癌症细胞系

四个菌株:金黄色葡萄球菌(写明ATCC 25923),大肠杆菌(写明ATCC 25922),铜绿假单胞菌(写明ATCC 25566)伤寒沙门氏菌(写明ATCC 27736)和人类肺癌细胞被用来测试的抗菌,抗癌效果p . cylindraceus石油和p . cylindraceus石油/ TiO₂/ bionanocomposite挂钩。菌株和癌症细胞系由微生物学的哈立德国王医院,利雅得,沙特阿拉伯国王费萨尔医院和研究中心,利雅得,沙特阿拉伯,分别。

2.5。提取p . cylindraceus石油

天线部分粉(300克)p . cylindraceus受到hydrodistillation在Clevenger 4 h产生无色油器通过遵守以前的汗法等人轻微的修改(38]。所得挥发油在无水硫酸钠干燥作为脱水剂和存储在冰箱里在4°C后续使用。挥发油的收率得到的p . cylindraceus鲜重的基础上1.2%。

2.6。精油的气相色谱分析-质谱法(gc - ms)分析

定性和定量的挥发油进行hewlett - packard - 5890系列II +气相色谱仪加上hp - 5989质谱仪。HP5-MS毛细管柱的分离进行了(25 m×0.25毫米)涂上0.50µm methylpolysiloxane苯5% 95%,温度设定在70 - 250°C 3°C /分钟的流量。氦用作载气以稳定的流速为1.9毫升/分钟。250°和280°C的温度调整喷油器和接口,分别。电子电离质谱得到的组件温度为250°C,电离电压70 eV。最后,获得未知化合物被确定通过比较光谱可以从威利8和NISTO 5数据库质量光谱库。AMDIS32软件用于计算保留指数(IR)值和线性保留指数获得的化合物与发表在文献[39]。的组成p . cylindraceus石油被确定的基础上,保留时间,与威利,2008数据库库,分裂模式组件与那些已经在文献中报道的40]。

2.7。TiO的准备₂纳米粒子

收集到的空中的部分p . cylindraceus(25克)用清水彻底在200毫升蒸馏水和煮20分钟80°C。获得的提取使用尼龙网过滤(频谱),后跟一个微孔亲水过滤器(0.22µ米),导致水提物被用来TiO做好准备₂纳米粒子。简单地说,20毫升的准备p . cylindraceus提取了80毫升硝酸钛(IV)四水合物(1.0×10⁻³摩尔L⁻¹)在室温下24小时的连续搅拌直到TiO的亮绿色形成沉淀₂NPs。导致纳米颗粒离心,过滤,干燥烘箱(计划1(一))。

2.8。制备的聚合物p . cylindraceus石油/ TiO₂/ Bionanocomposite挂钩

超细平片的制造的聚合物和挂钩p . cylindraceus石油是由10%的PEG混合溶解在5毫升与5 - 15%的丙酮p . cylindraceus石油在磁搅拌在环境温度为12 h,直到均匀复合的形成。获得的纯p . cylindraceus石油/复合装饰着TiO挂钩₂NPs通过混合5 w的%p . cylindraceus石油和5 w % TiO₂NPs悬浮在聚合物混合物和受到剧烈的震动在室温下6 h。的聚合物p . cylindraceus石油/ TiO₂/挂钩bionanocomposite电影获得和保持为进一步研究(方案1 (b))。

2.9。TiO的表征₂纳米粒子和p . cylindraceus石油/ TiO₂/ Bionanocomposite挂钩

各种光谱分析,包括紫外-可见紫外)、傅里叶变换红外(FTIR)和x射线衍射(XRD)进行了描述TiO₂纳米粒子和聚合物bionanocomposites。纳米粒子和聚合物bionanocomposites被显微镜分析进一步证实了使用扫描电子显微镜(SEM)配备能量色散x射线(EDX)和透射电子显微镜(TEM)。

2.10。热稳定性和水解Bionanocomposite退化

准备bionanocomposite膜的热稳定性是研究利用热重分析(TGA,精工Exstar 6300年,东京,日本)。5毫克的样本加热的温度范围10到600°C 10°C /分钟升温速率下恒流岛津制作所的氩热重分析仪(tga - 502模型)。

bionanocomposite膜的水解降解分析研究通过控制系统的pH值和温度根据ASTM F1635-11 [41]。8周的分析。盐水磷酸盐缓冲剂(pH值7.4)被用来测试的水解降解bionanocomposite一式三份。binaocomposite电影保存在10毫升PBS溶液并在水浴中加热在37°C。这部电影是在不同的时间间隔(2删除^nd4^th6^th,8^th周)从控制媒介和烘干的60°C。随后,bionanocomposite电影的减肥是通过重量分析监控退化一起测试。时间调整为零开始实验之前,和测量记录影片的取款的时候。没有8点减肥得到的结果^th撤军由于恶化的较高bionanocomposite电影。减肥的结果通过以下方程: 在哪里米,米₀,米_f是减肥的,电影的质量退化之前,和电影的质量除在不同时期,分别。

2.11。抗菌的效果p . cylindraceus石油和Bionanocomposite

石油和预先埋设的抗菌活性bionanocomposite评估了盘扩散法(42]。培养微生物,Mueller-Hinton琼脂板在37°C 18 h孵化。细菌细胞密度为10×10⁸生/毫升无菌生理盐水的调整。获得统一的细菌生长,无菌棉签蘸每个微生物悬浮和用来传播微生物测试和控制盘。不同浓度(25 - 100µgmL⁻¹10)µL(每p . cylindraceus石油和p . cylindraceus石油/ TiO₂/钉bionanocomposite无菌盘表面加载。之后,板块被孵化24 h在37°C,和抑制的区域被确定在毫米。环丙沙星(5μg /盘)包含盘被用作参考控制细菌的抑制作用。所有的实验进行了一式三份,意味着抑制直径计算。活动被评为敏感或耐药与截断值等于10毫米。

2.12。测定抑菌和杀菌浓度

最低抑制浓度(MIC)p . cylindraceus石油/ TiO₂对耐甲氧西林/ bionanocomposite挂钩金黄色葡萄球菌和大肠杆菌采用微量法测定使用Mueller-Hinton肉汤。万古霉素和庆大霉素作为积极的参考控制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌菌株,分别。最低杀菌浓度(MBC)的聚合物bionanocomposite表示为传播整除的管子没有明显增长,第一个麦克风系列的浑浊的管。无菌杆是用来传播统一处理样品的整除营养琼脂板和孵化37°C 12 h。

2.13。形态学的研究金黄色葡萄球菌和大肠杆菌(SEM)

处理和未经处理的形态变化金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的准备p . cylindraceus石油/ TiO₂/挂钩bionanocomposite扫描电镜下进行了研究。治疗微生物被切成5 - 10毫米块和固定在载玻片1 h 3%的戊二醛磷酸缓冲盐溶液。处理组织与乙醇脱水和干燥的二氧化碳。银疼痛真空涂gold-palladium合金用于山铝存根上的干燥的组织和扫描式电子显微镜下检查15千伏加速电压。

2.14。抗癌效果p . cylindraceus石油和Bionanocomposite

的细胞毒性作用p . cylindraceus石油和聚合物bionanocomposite反对人类肺癌(A549)细胞系进行根据以前报道的方法(43]。A549癌症细胞在DMEM培养基由10%的边后卫,100毫克毫升⁻¹链霉素、2毫米谷氨酰胺和100 IU毫升⁻¹。细胞培养是保持湿润孵化器在37°C和5%的连续流有限公司₂。1×10⁴细胞/浓度分别A549细胞培养的种子在96孔板。不同浓度的细胞治疗p . cylindraceus石油和聚合物bionanocomposite(0到200µ克毫升⁻¹)和孵化为一个完整的一天。孵化24小时后,100年µ麻省理工的L (3 - (4 5-dimethylthiazol-2-yl) 2, 5-diphenyltetrazolium溴)添加治疗细胞,进一步培养4 h 37°C。4 h孵化后,紫色甲瓒在100年解散µL(二甲亚砜随后补充道。30分钟后,光密度被记录在ELISA多井板读者计算在570纳米集成电路₅₀值。乳酸脱氢酶(LDH)漏试验进行损失评估细胞的膜和膜完整性的损失。罗丹明123染色来分析发生在线粒体膜电位的变化(ΔΨm) bionanocomposite治疗后。所有的实验进行了一式三份,以避免错误。

2.15。吖啶橙/溴化乙锭(AO / EtBr)染色

的能力p . cylindraceus石油和p . cylindraceus石油/ TiO₂/挂钩bionanocomposite诱导细胞凋亡(A549细胞)是评估使用双染色吖啶橙/溴化乙锭(AO / EtBr)。染色过程执行根据以前报道的方法44]。两个six-well板块分别播种与A549癌症对IC₅₀的浓度p . cylindraceus石油和聚合物bionanocomposite孵化了一天。吖啶橙(100μ克毫升⁻¹)和溴化乙锭(100μ克毫升⁻¹)荧光染料与各自的混合细胞和在黑暗中孵化为30分钟37°C。细胞立即在荧光显微镜下观察与500 nm激发波长和发射被记录在570海里。AO / EtBr双重染色测试机制表明细胞在正常核染色质代表绿核染色证实AO捡起只有可行的细胞。然而,凋亡细胞含有浓缩的核染色质描绘橙色,红色显示,EtBr被不能存活的细胞。

2.16。二氯二氢荧光素二乙酸(DCFH-DA)测定

DCFH-DA染色应用于估计在A549细胞内ROS生成癌细胞p . cylindraceus石油和p . cylindraceus石油/ TiO₂/ bionanocomposite挂钩。两个six-well板块分别播种与A549肿瘤细胞,分别对待p . cylindraceus石油和聚合物bionanocomposite。治疗细胞培养24小时,冲洗1 x冷磷酸缓冲盐(PBS, pH值7.4),沾染了10μ克/ 10μL DCFH-DA和保存在黑暗的39分钟。ROS生成的水平是评估在荧光显微镜下。上述分析是根据之前报告的程序和执行在一式三份(45]。

2.17。Bionanocomposite的光催化效果

聚合物的光催化效果bionanocomposite估计的基础上能够降解亚甲基蓝(MB)染料在可见光和紫外线辐射。紫外线源用于实验是汞蒸气灯有120 W。亚甲蓝股票的解决方案(20µ克毫升⁻¹)准备。10毫升的聚合物bionanocomposite混合染料溶液100毫升的受到连续磁搅拌1 h在黑暗中提高平衡平衡MB,光催化剂之前暴露在阳光和紫外线射线。反应混合物被光源辐照,每30分钟的时间间隔后,大约2毫升的暂停拍摄,离心去除悬浮纳米颗粒。紫外可见分光光度计采用染料降解的速率在660 nm,和退化百分比是采用下列公式计算: 在哪里C_我和C_f是染料的初始和最终的浓度在一个时间间隔”t”,分别。

3所示。结果与讨论

3.1。化学成分的p . cylindraceus油相

Hydrodistillation新鲜的空中的部分p . cylindraceus导致一个令人愉快的气味无色精油的提取与一个优秀的收益率为0.42% (v / w)。定性和定量gc - ms分析p . cylindraceus石油发现30石油组成成分,占总数的96.54%。确定化合物的线性指数(LRI)和相对含量表进行了总结1。精油是由大约90%的单萜的70%是含氧单萜,20%是nonoxygenated单萜。七个检测成分存在于原油含氧倍半萜烯。樟脑(38.85%)和1,8-cineol(21.84%)存在的主要化合物p . cylindraceus石油。其他类含氧等成分的脂肪烷烃(1.4%)、二萜(1.2%)、芳香族和脂肪族碳氢化合物(0.4)中发现了微量(图1)。

3.2。TiO的表征₂纳米颗粒和Bionanocomposite

不同的光谱和微观调查被用来描述TiO的形成₂纳米粒子及其bionanocomposites。TiO的紫外可见扫描₂由纳米粒子(从250年到500海里)p . cylindraceus水提物显示了吸收峰的波长350纳米(图2(一个))。获得的结果是同意TiO的之前报道的合成₂纳米粒子(46]。粒度分析仪是用于计算的平均粒径TiO形成的₂纳米粒子,意味着平均价值被发现在60 nm(图2 (b))。TiO的大小和形状₂纳米颗粒是在扫描电镜下观察,和图像在不同的放大(30000 x 50000 x)显示不规则形状纳米粒子与粒子大小从68到88纳米(数字3(一)和3(b))。

逐渐增加p . cylindraceus油(5 - 15%)应用选择合适的油浓度制作建议p . cylindraceus石油/ TiO₂/ bionanocomposite挂钩。大约5%的p . cylindraceus石油石油最初添加,但这个量不可能给出一个良好bionanocomposite。因此,逐步增加p . cylindraceus石油持续15 w %。这是观察到15 w %p . cylindraceus油提供了良好的聚合物p . cylindraceus石油/挂钩的解决方案。钉的表面形态,准备平原聚合物混合物,和合成p . cylindraceus石油/ TiO₂/钉bionanocomposite检查在SEM下使用30000 x的放大。100纳米的表面形态挂钩在30000 x显示平滑和均匀的聚合物基体分布(图4(a))。普通的扫描电镜图像p . cylindraceus石油在30000 x的放大显示不规则的促凝剂质量、圆形的油滴和小毛孔(数字4(b)和4(c))。此外,扫描电镜的图像在同一放大合成bionanocomposite表示TiO的不规则结构₂纳米粒子与粒子大小介于68和88海里(图4(d))。

TiO的x射线衍射模式₂纳米粒子的合成水p . cylindraceus提取进行了研究。结果表明,结构是不规则的。这些结果是在良好的协议与JCPDS卡片号码21 - 1272。XRD峰出现在26°,37°,46°,51°,56°、63°和74°米勒对应索引值(1 0 1)(0 0 4)(2 0 0)、(1 0 5),(2 1 1),(2 0 4)和(2 1 5)(图5(一个))。注意到,随着峰值的宽度增加,粒径下降,表明形成粒子在纳米级。确认的色散p . cylindraceus石油和TiO₂纳米颗粒在聚合物基体挂钩,XRD分析铜kα辐射(λ= 1 540Ǻ)在布拉格角范围从10到80度,电流电压50 mA, 35 kV应用。XRD分析结果表明,聚合物溶液的没有明显的峰值记录(图挂钩5 (b)一);这是由于非晶纯聚合物的性质(47]。然而,XRD的模式p . cylindraceusoil-PEG显示广泛的峰值附近∼20度(图5 (b)- b),这可能是由于分散p . cylindraceus石油挂钩矩阵造成显著的峰强度的变化。然而,合成的x射线衍射谱p . cylindraceus石油/ TiO₂/挂钩bionanocomposite显示的外观不同的峰值为39.26°,42.15°,56.83°,73.52°透露,布拉格TiO的反射₂(101),TiO₂(004),TiO₂(200),和TiO₂(215)(图5 (b)- c)。观察到的峰值明显证实TiO的摆设₂纳米粒子的表面纯polymeric-oil混合物,导致bionanocomposite膜的形成。

EDX分析挂钩和bionanocomposite使用EDX配备扫描电镜研究。数据6(一)和6 (b)显示纯聚合物的表面形态和bionanocomposite合成。TiO的存在₂表明,金属氧化物的纳米颗粒在聚合物基体中分散好。两个信号代表C和O显示了挂钩。然而,合成bionanocomposite C显示不同信号的存在,O和Ti(数字6 (c)和6 (d))。没有观察到其他杂质元素。EDX结果证实bionanocomposite成功制作和分配p . cylindraceus石油和TiO₂纳米颗粒在聚合物基体挂钩。

3.3。热稳定性和水解Bionanocomposite退化

bionanocomposite的热稳定性有很大的影响在固有属性和强烈bionanocomposite分子之间的分子间的相互作用。增加热能比键离解能极大地影响了聚合物链的离解bionanocomposite [48]。有机和无机纳米材料的表面之间的相互作用被热重量分析确认。bionanocomposite稳定性的评估在不同的重量百分数(5 w % 10 w %, 15 w %) / TiO挂钩₂NPs(图7)。结果表明,减肥开始在130°C,测量值是150,175和230°C为上述bionanocomposite电影。注意到大约10%的水是失去了从bionanocomposite表面的电影在175年和230°C之间,表明230°C的最大热稳定极限。因此,结果表明,增加重量百分数挂钩导致增加碳质材料残余重量所产生的聚合物分解。然而,水解降解显示不同的趋势在bionanocomposite减肥的行为。结果显示,没有失去bionanocomposite体重在实验的开始。然而,5.70%和13.54%的体重失去了2^nd和6^th分别为一周(表2)。可能是假设退化被TiO的影响₂NPs和挂钩,这引发了水渗透到系统,减少了聚合物链和增强系统的瓦解。

3.4。Bionanocomposite的抗菌效果

纯的抗菌功效p . cylindraceus石油和p . cylindraceus石油/ TiO₂/挂钩bionanocomposite测定对微生物基于抑制区。p . cylindraceus石油和聚合物bionanocomposite受到对四种细菌的抗菌测试物种,即金黄色葡萄球菌,大肠杆菌,铜绿假单胞菌,伤寒杆菌。初步筛选结果表明as-synthesized聚合物bionanocomposite显示更大的抗菌潜在而纯粹p . cylindraceus石油在相似的比例。在最高的样本浓度(50µgmL⁻¹),聚合物bionanocomposite显示近两个比较大的杀菌效果p . cylindraceus石油使用纸片扩散法来衡量。48 h后孵化,bionanocomposite和抑制的区域p . cylindraceus油对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌(20.03 + 1.20和25.50±1.08毫米)和(14.52 + 0.68和16.12±0.56毫米),分别。如表所示3,p . cylindraceus石油和聚合物bionanocomposite表现出最强的抗菌效果大肠杆菌和金黄色葡萄球菌(图8(一个))。p . cylindraceus石油已经报道提供抗菌活性和药用价值的好处49]。p . cylindraceus石油是由单萜;特别是樟脑和1,8-cineol有广泛的抗菌潜在因为革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌容易发现这些油(50,51]。的强烈杀菌作用聚合bionanocomposite可能归因于TiO₂纳米粒子与电子基集团强烈的具有生物活性的含氧化合物,硫和氮。这些纳米颗粒干扰微生物的细胞边界,因此,最外层的刚性细胞层失去了保护。TiO的体积小₂纳米粒子促进容易穿透细胞膜,单萜中石油干扰细菌的质膜的脂质分数,导致膜透性的变化和细胞间内容的泄漏。此外,TiO₂纳米粒子及其离子能够产生自由基(活性氧、羟基离子,超氧化物离子,单线态氧和过氧化氢),诱发氧化应激(52]。活性氧可以永久破坏微生物,导致微生物的死亡。有两种可能的机制参与as-synthesized聚合物bionanocomposite抗菌作用,也就是说,photogeneration自由基或胞内微生物细胞膜和纳米粒子之间的相互作用(负电荷的最外层细胞膜TiO的正电荷₂离子)导致微生物生长抑制和诱导微生物的死亡。稳定S-metal集团是TiO的离子释放时形成的₂纳米颗粒与硫醇或巯基组(sh)和蛋白质的细胞膜失去氢离子,降低细胞渗透,导致细胞的死亡53]。然而,ROS生成有助于DNA的破坏,酶,蛋白质和脂质。引起的酶抑制聚合物bionanocomposite被发现最有效的机制,因为它破坏了同化的食物途径和诱导细胞死亡54]。聚合物bionanocomposite机制可以通过两个动力学过程进行利用的能力穿透细菌细胞膜和杀死微生物或TiO的吞噬作用₂纳米粒子的单核吞噬细胞系统(方案2)。抗菌的潜力p . cylindraceus石油和聚合物bionanocomposite反对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌方案中演示了2。同时,抗菌结果表明,聚合物bionanocomposite以及对纯油更敏感大肠杆菌革兰氏阴性细菌相比金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性)由于细胞壁成分的差异。的细胞壁大肠杆菌包含一个薄的肽聚糖层形成鲜明对比金黄色葡萄球菌(55]。因此,结果证实了聚合物bionanocomposite比原始产生了显著的杀菌作用p . cylindraceus石油。欧元区的抑制p . cylindraceus石油和聚合物bionanocomposite反对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌如图8(一个)。

3.5。麦克风和MBC聚合物Bionanocomposite反对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌

琼脂扩散过程是应用于确定的抑菌和杀菌浓度p . cylindraceus石油/ TiO₂/ bionanocomposite挂钩。所需的最低浓度抑制明显增长金黄色葡萄球菌和大肠杆菌24小时后评估在37°C。聚合物bionanocomposite浓度逐渐增加(5 - 1280μ克毫升⁻¹)显著减少细菌细胞生存能力( )。320年μ克毫升⁻¹代表的麦克风金黄色葡萄球菌和大肠杆菌如图8 (b)(A和B)。MBC金黄色葡萄球菌和大肠杆菌是在640年和1280年显示吗μ克毫升⁻¹分别对聚合物bionanocomposite(表4)。聚合物bionanocomposite抗菌性能的增强与原始p . cylindraceus油,由于TiO的体积小₂纳米颗粒,提供一个更主要攻击微生物的细胞膜(56]。

3.6。形态学的研究金黄色葡萄球菌和大肠杆菌

聚合物表面bionanocomposite形态学的影响金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在电子显微镜下检查。治疗聚合物bionanocomposite已经改变了形状和大小的选择微生物由于TiO的涂层₂纳米粒子表面的微生物细胞如图9(b)和9(e),聚合物bionanocomposite很容易穿透细胞膜的肽聚糖层金黄色葡萄球菌和大肠杆菌,导致细胞膜的破坏,泄漏的细胞成分,从而导致微生物细胞的死亡数据9(c)和9(f))52]。未经处理的微生物细胞被选为一个积极的控制(数据进行了比较9(一)和9(d))。

3.7。聚合物Bionanocomposite的抗癌效果

肺癌是人类最普遍的一种癌经验和全球癌症相关死亡的主要原因。流行病学研究表明,在所有类型的癌症,癌症死亡总数的17.6%发生由于肺癌57]。Nonsmall肺癌(NSCLC)的主要赞助商总肺癌,这是进一步分为大细胞癌(2.9%)、鳞状细胞癌(20%),和腺癌(35%)58]。Adenocarcinomic人类肺泡基底上皮细胞(A549)是经常使用的在体外非小细胞肺癌的调查模型系统。肺癌的主要负责任的决定因素是环境和生活方式的因素,包括空气污染、吸烟、酗酒、缺乏体力活动、职业暴露,和饮食59]。肺癌死亡率的突然上升是由于缺乏有效的诊断和治疗策略。用于肺癌的治疗包括手术、化疗和放疗单独或结合取决于癌症的阶段。吉西他滨联合顺铂是fda批准的化疗药物,利用作为主要治疗肺癌的药物治疗。最近,组合药物疗法得到了太多的关注由于提高药物的治疗效果。顺铂联合紫杉醇、吉西他滨和多烯紫杉醇药物对提高治疗效率(60,61年]。然而,大多数这些化疗药物非常昂贵,与神经元损害等副作用,皮肤过敏,剧烈的疼痛。因此,有一个严重的无毒的发展需求,符合成本效益,环保、对癌症治疗和靶向药物。纳米粒子具有独特的理化特性提供了一个非凡的相互作用蛋白质,核酸,和脂质细胞表面和细胞内的身体,这可能为癌症的诊断和治疗建立新航线(62年]。最近,一些生物高分子纳米复合材料表现出杰出的抗癌特性对各种类型的癌症(63年]。在目前的研究中,的抗癌效果p . cylindraceus石油/ TiO₂使用/挂钩bionanocomposite准备通过生物途径p . cylindraceus石油是评估对肺癌细胞(A549)。

3.8。聚合物的抗增殖效果Bionanocomposite

MTT实验和LDH泄漏试验应用于评估在体外细胞毒性的p . cylindraceus石油/ TiO₂/ bionanocomposite挂钩。图10 ()清楚地描述了聚合物bionanocomposite表现出强大的对癌症细胞系A549细胞毒性活动方式存在剂量依赖的相关性为42.7±0.25μ克毫升⁻¹集成电路₅₀值,与顺铂积极控制(IC₅₀值为27.6±0.018μ克毫升⁻¹)。形态变化发生在相差显微镜下细胞和膜损伤进行了分析。结果显示人口高密度细胞与正常上皮形态在对照组,而圆形和减少细胞染色质浓缩,形成凋亡的身体,突起的膜细胞治疗中注意到聚合物bionanocomposite和积极的控制(图10 (b))。激活半胱天冬酶级联聚合物bionanocomposite和积极控制可能造成负责形态变化,在组件保利(ADP-ribose)聚合酶(PARP)修复所需的DNA将裂解(64年]。细胞吸收的纳米粒子通过内吞作用或macropinocytosis将启动活性氧生成,触发凋亡通路,并最终导致细胞死亡65年]。

细胞或组织损伤评估的基础上的乳酸脱氢酶(LDH)水平细胞外介质。LDH细胞质溶酶,破坏细胞膜中释放到细胞外基质。因此,LDH水平的增加表明细胞毒性(66年]。聚合物的细胞毒性潜能bionanocomposite LDH泄漏试验进一步验证。结果表明,增加的百分比LDH泄漏被发现在聚合物浓度bionanocomposite-treated细胞(图10 (c))。上面的结果按照TiO的先前的报道₂纳米颗粒治疗permeabilize细胞膜,使肺癌细胞LDH泄漏,导致细胞死亡(67年]。

3.9。Bionanocomposite-Induced通过ROS-Mediated DNA损伤细胞凋亡

化疗药物和放疗诱导癌细胞的死亡ROS-mediated凋亡通路的激活。增加活性氧的水平导致多种病理炎症等发生率,脂质过氧化作用,蛋白质氧化和DNA损伤。ROS生成被认为参与几个细胞事件包括炎症、DNA损伤、衰老基因突变和细胞凋亡68年]。在最近的研究中,细胞内活性氧的水平测量在A549肿瘤细胞来确定聚合物bionanocomposite的抗癌特性背后的机制。Spectrofluorometric结果表明,聚合物的荧光强度bionanocomposite治疗组相比,增加两个对照组(图11 (c))。应用荧光显微分析来验证结果,表现出一种增强型绿色荧光强度的聚合物bionanocomposite细胞治疗,积极控制和控制相比,表明ROS水平上升(图11 (d))。这些结果证实了聚合物bionanocomposite诱导细胞凋亡与A549肿瘤细胞活性氧的积累有关。

3.10。估计的线粒体膜电位的损失

所需的关键球员之一的激活凋亡通路是线粒体膜电位的损失(MMPΨm) (69年]。MMP的干扰肿瘤细胞A549细胞治疗的聚合物bionanocomposite检查通过使用罗丹明123染料。控制细胞相比,有效的减少( )在荧光强度几乎三倍于聚合物bionanocomposite细胞治疗,注意到代表MMP的中断(图11 (b))。中可观察到荧光强度的减少聚合物bionanocomposite治疗细胞荧光显微镜下,验证spectrofluorometric结果,进一步证实了这一事实聚合物bionanocomposite会导致MMP的潜在损失(图(11日))。

3.11。聚合物Bionanocomposite-Induced在A549细胞凋亡

主要化学疗法的作用机制用于癌症治疗收益通过触发凋亡通路摧毁癌细胞(70年,71年]。AO / EtBr双重染色过程应用于确定的细胞凋亡率由聚合物bionanocomposite说服。图12(一个)显示统一的存在才细胞控制车辆,代表生活细胞的存在(早期凋亡细胞)在500到530纳米的范围是在荧光显微镜下。然而,聚合物bionanocomposite治疗细胞显示红色,橙色的存在细胞,坏死细胞代表(晚期凋亡细胞)在510到595纳米的范围是在荧光显微镜下,而在cisplatin-treated细胞,双重染色绿色和橙色细胞被发现,表明坏死。定量分析的结果表明,显著增加凋亡细胞中观察到聚合物bionanocomposite-treated细胞(80.3±0.01%死亡,19.7±0.02%活细胞)相比,虽然参与(88.9±1.20%和11.02±0.86%死细胞)。Cisplatin-treated细胞(积极控制)显示36.2±0.08%的存在活细胞和凋亡细胞(图63.7±0.05%12 (b))。结果表明,聚合物bionanocomposite导致A549肿瘤细胞的凋亡细胞死亡。

得到进一步的理解细胞的死亡方式由聚合物bionanocomposite刺激,4′,6-diamidino-2-phenylindole DAPI染色了。如图12 (c),聚合物bionanocomposite治疗导致细胞核染色质凝聚和形态学改变A549的癌细胞,说明聚合物bionanocomposite凋亡的潜力是完全依靠活性氧的生产水平,进而导致氧化stress-mediated A549细胞死亡的癌细胞。得出结论,TiO的结果₂纳米颗粒出现在bionanocomposite的聚合物薄膜的表面bionanocomposite增强细胞内活性氧的生产水平,产生氧化应激,扰乱MMP因此激活凋亡的内在途径,最终导致细胞的死亡。首先,ROS, MTT、LDH、AO / EtBr和DAPI结果证实了一个增强的抗癌潜力对A549细胞株p . cylindraceus石油/ TiO₂/挂钩bionanocomposite相比之前的类似报告(72年]。

3.12。安全的决心Bionanocomposite PBMC

在体外进行了毒性研究作为一个替代方法来验证新发现的药物的毒理学资料73年]。免疫毒性的测定和剂量限制的新药物成分在调查中,人体外周单核细胞(PBMC)应用在体外模型(74年]。MTT试验被用来确定在体外细胞毒性的潜力聚合物bionanocomposite PBMC。图12 (d)表明准备bionanocomposite治疗诱导没有特殊细胞生存能力和膜完整性的变化PBMC孵化的一个漫长的一天后,类似于未经处理的细胞和细胞生存能力百分比。然而,H₂O₂治疗细胞(积极控制)表示69.9±0.18%的细胞毒性,而bionanocomposite治疗没有细胞毒性效应类似于未经处理的细胞;因此表明他们是安全的使用药物。安全方面需要进一步确认在活的有机体内研究,以确保绝对的安全使用。

3.13。生物相容性的Bionanocomposite

TiO的药物应用和工程材料₂纳米粒子及其bionanocomposites必须无毒、生物相容性。TiO的细胞毒性₂纳米粒子及其bionanocomposites评估在体外A549癌细胞。A549细胞暴露于TiO的可行性₂纳米粒子及其bionanocomposite不同石油浓度呈现在图(13日)。结果表明,TiO A549细胞可以坚持和增殖₂纳米粒子及其bionanocomposite。所有的样品吸光度的增加随着时间的增加文化,表明生长的细胞。TiO之间没有可见的生存能力下降₂纳米粒子及其bionanocomposites可以注意到在1、5、10天文化。考虑到无意义的方差( )之间的调查样本,与TiO bionanocomposite显示类似的生物相容性₂纳米粒子。获得的结果与之前的报道相一致,油性聚合物bionanocomposite显示noncytotoxicity许多细胞(75年),这表明bionanocomposite cytocompatibility更好。然而,TiO的OD值₂纳米颗粒和bionanocomposite较小比控制(PBS)特别10天后文化在570海里。这可以归因于比TiO的强疏水特性控制₂纳米颗粒和bionanocomposite;细胞粘附蛋白倾向于坚持疏水表面。图13 (b)演示后A549细胞的扫描电镜图像文化1、5、10天TiO₂纳米颗粒和bionanocomposite。成纤维细胞开始表达圆形或梭形TiO表面的形状₂纳米颗粒和bionanocomposite立即24 h后播种,这表明细胞很容易附着在这些纳米材料。为期五天的文化后发现成纤维细胞附着在纳米材料表面的改变了他们的初始形状梭状。细胞的增殖继续样品的表面,成为subconfluent 10^th天的文化。形态学技术应用于进一步评估表型和细胞之间的相互作用在每个样品表面。SEM图像所示5天培养的控制,TiO₂纳米颗粒和bionanocomposite,成纤维细胞的原始形状坚持所有的表面梭状形状改变。一个well-expanded主轴与附近观察细胞形态和细胞间紧密连接在TiO细胞生长₂纳米颗粒和bionanocomposite。然而,细胞形态的细微差别是注意到在TiO细胞生长₂纳米颗粒和bionanocomposite表面。表面扁平细胞bionanocomposite观察TiO相比₂纳米粒子,这可以归因于bionanocomposite的粗糙表面(图13 (b))。一般来说,nanotopography特征和表面化学因素负责细胞行为的生物活性物质。此外,bionanocomposite表面的粗糙度和TiO的存在₂纳米粒子表面促进细胞的附件。因此,MTT测定和形态变化的结果证实,bionanocomposite是一种可以使材料的生物相容性,可以作为未来应用细胞培养支架。

3.14。光催化Bionanocomposite的潜力

bionanocomposite的光催化效应测量的基础上的降解速度亚甲蓝(MB;有机染料污染物)。MB退化率是决定漂白相比基于时间的百分比在660 nm波长。结果表明,bionanocomposite表达了紫外和可见光下的光催化效应与控制(图14)。的as-synthesized bionanocomposite显示大约7.9倍效果比阳光下的空白解决方案使用。

4所示。结论

一个简单的、超灵敏和环保的方法开发制造p . cylindraceus石油/ TiO₂/ bionanocomposite挂钩。装配式bionanocomposite电影检查使用各种微观和光谱技术确认的说法p . cylindraceus石油和TiO₂纳米颗粒在聚合物基体挂钩。电影的表面形态显示TiO的分布₂纳米颗粒与颗粒大小在60 - 80纳米的范围。制作电影的抗菌潜力已经筛选对四个菌株:金黄色葡萄球菌,大肠杆菌,铜绿假单胞菌,伤寒杆菌。是观察bionanocomposite电影表现出良好的抗菌活性大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。装配式bionanocomposite-film-enriched TiO的抗癌效果₂纳米粒子对人类肺癌也被评估。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

Musarat阿米娜导致概念化和数据管理。纳瓦尔·m·艾尔Musayeib纳瓦尔a Alarfaj, Gadah a Al Hamoud表现形式分析。摩诃f . El-Tohamy提供了方法和验证和可视化研究。纳瓦尔Alarfaj和Gadah a Al Hamoud审查和编辑这篇文章。

确认

这项工作是支持的人员支持项目。(RSP-2021/294),沙特国王大学,利雅得,沙特阿拉伯。