BackgroundMetal oxide nanoparticles

Background
Metal oxide nanoparticles (NPs), such as zinc oxide
(ZnO), have been found to exhibit interesting properties,
such as large surface-to-volume ratio, high surface
reaction activity, high catalytic efficiency, and strong
adsorption ability [1–3], that make them potential candidates for various applications. ZnO is an inorganic
material with several advantages, such as wide band gap
(3.34 eV), semiconductor with a high exciton binding
energy (60 meV), high isoelectric point (9.5), and fast
electron transfer kinetics [4, 5]. All these features suggest
the feasibility for synthesis of special ZnO nanostructures. Nano ZnO can be synthesized in many forms: rods,
wires, whiskers, belts, bipods, tetrapods, tubes, flowers,
propellers, bridges, and cages [6–8]. Nanostructured ZnO has great potential for many practical applications, such
as dye sensitized solar cells, piezo electric transducers,
UV-light emitters, chemical and gas sensors and transparent conductive coating [9]. It also exhibits intense
ultraviolet absorption and can potentially be utilized as
UV-shielding materials and antibacterial agents [10].
ZnO–NPs have been prepared by techniques, such as the
sol–gel method [11, 12], precipitation [13], hydrothermal
synthesis [14], and spray pyrolysis [15].
Recently, chitosan (CTS) hybrid materials including
conducting polymers, metal NPs and oxide agents have
been developed with excellent properties of individual
components and outstanding simultaneous synergistic
effects [16]. Currently, the research on the combination of
CTS and metal oxide has focused on titanium dioxide
(TiO2), as it possesses excellent photo catalytic performance and is stable in acidic and alkaline solvents. In
parallel with TiO2, ZnO also has similar band gap and
antibacterial activity [16]. The cationic nature of CTS
makes it possible to adhere to the negatively charged
surface, such as bacterial cell membranes. CTS is soluble
in dilute acidic solutions and interacts with polyanions to
form complexes and gels. CTS is innocuous and possesses
antibacterial and antifungal properties [17, 18]. CTS has
tremendous ability to form metal complexes with Zn
metal [19]. Owing to the presence of amine and hydroxyl
groups on CTS, currently ZnO–CTS complex attracted
great interest for its potential use as UV protector and
medicament.
However, due to the extremely high reactivity, the
initially formed ZnO NPs tend to react rapidly with the
surrounding media or agglomerate, resulting in the formation of much larger (lm to mm scale) particles or
flocs. In the process, they rapidly lose their bioactivity. In
order to prepare more stable and active ZnO NPs, studies
have been carried out either by the fabrication on the
surface of NPs by organo-alkoxysilane [20] or by grafted
polymers [21]. However, only few studies have been
carried out on the surface modification of NPs to create a
stable dispersion in aqueous medium. Various organic
compounds, such as citric acid (CA), glycerol, starch and
whey powder (contains lactose moiety), among others
can be used as capping agents. These water-soluble
organic compounds serve as a stabilizer and dispersant
that prevents the resultant NPs from agglomeration,
thereby prolonging their reactivity and maintaining the
physical integrity. Moreover, these organic compounds
are safe and innocuous.
The present work was carried out with following
objectives: (1) facile synthesis and characterization of
ZnO–CTS NPs with different stabilizers using nano
spray drying and precipitation method. Various organic
compounds, such as CA, glycerol, starch and whey
powder, were used as capping agents to stabilize the
NPs formulation and; (2) application of ZnO–CTS NPs
as antimicrobial and antibiofilm forming agents against
pathogenic microbial strains, e.g., Candida albicans,
Micrococcus luteus and Staphylococcus aureus. These
strains were selected due to their widespread occurrence
and resulting health hazards. C. albicans is a causal
agent of opportunistic oral and genital infections in
humans [22]. Systemic fungal infections (fungemias) by
C. albicans have emerged as major causes of morbidity
and mortality in immuno-compromised patients. Candida albicans forms biofilms on the surface of
implantable medical devices, as a consequence hospitalacquired infections by C. albicans have become a cause
of major health concerns. Micrococcus luteus is a Grampositive, spherical, saprotrophic bacterium that belongs
to the family Micrococcaceae. Micrococcus luteus is
found in soil, dust, water and air, and as part of the
normal flora of the mammalian skin. It also colonizes
the human mouth, mucosae, oropharynx and upper
respiratory tract. Micrococcus luteus shows higher
potential for biofilm formation. Staphylococcus aureus
is a facultative anaerobic Gram-positive coccal pathogenic bacterium belonging to Staphylococcaceae family.
Staphylococcus aureus is the prevalent cause of food
intoxication and can cause a wide range of illnesses,
from minor skin infections to life-threatening diseases,
such as pneumonia, meningitis, osteomyelitis, endocarditis, bacteremia and sepsis. It is one of the five most
common causes of nosocomial infections and is often
the cause of postsurgical wound infections [23].

Kết quả (Việt) 2:

Nền
hạt nano oxit kim loại (NP), chẳng hạn như kẽm oxit
(ZnO), đã được tìm thấy để triển lãm đặc tính thú vị,
chẳng hạn như đất-đối-khối lượng tỷ lệ lớn, bề mặt cao
hoạt động phản ứng, hiệu quả xúc tác cao, và mạnh mẽ
khả năng hấp phụ [1- 3], mà làm cho họ ứng cử viên tiềm năng cho các ứng dụng khác nhau. ZnO là một chất vô cơ
vật chất với một số lợi thế, chẳng hạn như khoảng cách băng rộng
(3,34 eV), chất bán dẫn với một exciton cao ràng buộc
năng lượng (60 meV), điểm đẳng điện cao (9,5), và nhanh chóng
động học chuyển điện tử [4, 5]. Tất cả các tính năng này gợi ý
tính khả thi để tổng hợp các cấu trúc nano ZnO đặc biệt. Nano ZnO có thể được tổng hợp bằng nhiều hình thức: thanh,
dây, râu, thắt lưng, bipods, động vật bốn chân, ống, hoa,
cánh quạt, cầu, và lồng [6-8]. Cấu trúc nano ZnO có tiềm năng rất lớn trong nhiều ứng dụng thực tế, chẳng hạn
như thuốc nhuộm tế bào năng lượng mặt trời nhạy, đầu dò điện Piezo,
bộ phát tia cực tím, ánh sáng, cảm biến hóa học và khí đốt và dẫn điện phủ minh bạch [9]. Nó cũng thể hiện cường độ
hấp thụ tia cực tím và có khả năng có thể được sử dụng như
vật liệu UV-che chắn và các tác nhân kháng khuẩn [10].
ZnO-NP đã được chuẩn bị bởi các kỹ thuật, chẳng hạn như các
phương pháp sol-gel [11, 12], lượng mưa [13], thủy nhiệt
tổng hợp [14], và phun nhiệt phân [15].
Gần đây, chitosan (CTS) Vật liệu hybrid bao gồm
tiến hành polyme, NP kim loại và các chất oxit đã
được phát triển với tính chất tuyệt vời của cá nhân
các thành phần và hiệp đồng thời nổi bật
hiệu ứng [16]. Hiện nay, các nghiên cứu về sự kết hợp của
CTS và oxit kim loại đã tập trung vào titanium dioxide
(TiO2), như nó có ảnh hiệu suất xúc tác tuyệt vời và ổn định trong các dung môi có tính axit và kiềm. Trong
song song với TiO2, ZnO cũng có khoảng cách ban nhạc tương tự và
hoạt tính kháng khuẩn [16]. Bản chất cation của CTS
làm cho nó có thể để tuân thủ các điện tích âm
trên bề mặt, chẳng hạn như màng tế bào vi khuẩn. CTS là hòa tan
trong axit loãng giải pháp và tương tác với polyanions để
tạo thành phức hợp và gel. CTS là vô thưởng vô phạt và sở hữu
khả năng kháng khuẩn và kháng nấm [17, 18]. CTS có
khả năng to lớn để tạo thành phức kim loại với Zn
kim loại [19]. Nhờ sự hiện diện của amin và hydroxyl
nhóm trên CTS, hiện ZnO-CTS phức tạp thu hút được
sự quan tâm rất lớn cho việc sử dụng tiềm năng của nó là bảo vệ UV và
thuốc chữa bệnh.
Tuy nhiên, do sự phản ứng cực kỳ cao,
ZnO NP ban đầu hình thành khuynh hướng phản ứng nhanh chóng với sự
xung quanh phương tiện truyền thông hoặc thiêu kết, dẫn đến sự hình thành lớn hơn nhiều (lm để mm quy mô) hoặc hạt
flocs. Trong quá trình đó, họ nhanh chóng bị mất hoạt tính sinh học của họ. Trong
thứ tự để chuẩn bị ổn định và năng động hơn ZnO NP, các nghiên cứu
đã được thực hiện bằng cách chế tạo trên
bề mặt của NP bởi organo-alkoxysilane [20] hoặc bằng cách ghép
polyme [21]. Tuy nhiên, chỉ có một vài nghiên cứu đã được
thực hiện trên các sửa đổi bề mặt của NP để tạo ra một
sự phân tán ổn định trong môi trường nước. Hữu cơ khác nhau
các hợp chất, chẳng hạn như axit citric (CA), glycerol, tinh bột và
bột whey (chứa phân nưa lactose), trong số những người khác
có thể được sử dụng như tác nhân đóng nắp. Những nước hòa tan trong
các hợp chất hữu cơ phục vụ như là một chất ổn định và phân tán
sự ngăn chặn các NP kết quả từ tích tụ,
do đó kéo dài độ phản ứng của họ và duy trì sự
toàn vẹn thân thể. Hơn nữa, các hợp chất hữu cơ
được an toàn và không độc hại.
Công việc hiện nay được thực hiện với sau
mục tiêu: (1) tổng hợp dễ dãi và đặc tính của
ZnO-CTS NP với chất ổn định khác nhau sử dụng nano
sấy phun và phương pháp kết tủa. Hữu cơ khác nhau
các hợp chất, chẳng hạn như CA, glycerol, tinh bột và sữa
bột, được sử dụng như là đóng nắp các đại lý để ổn định
xây dựng và NP; (2) ứng dụng của ZnO-CTS NP
là tác nhân kháng khuẩn và antibiofilm hình thành chống lại
các chủng vi sinh vật gây bệnh, ví dụ như, Candida albicans,
Micrococcus luteus và Staphylococcus aureus. Các
chủng này được lựa chọn vì xuất hiện rộng rãi của họ
và kết quả là mối nguy hiểm sức khỏe. C. albicans là một nguyên nhân
tác nhân nhiễm trùng răng miệng và bộ phận sinh dục cơ hội ở
con người [22]. Nhiễm nấm toàn thân (fungemias) bởi
C. albicans đã nổi lên như là nguyên nhân chính gây bệnh tật
và tử vong ở bệnh nhân suy giảm miễn dịch. Candida albicans tạo màng sinh học trên bề mặt của
các thiết bị y tế cấy dưới da, như một hệ quả hospitalacquired nhiễm bởi C. albicans đã trở thành một nguyên nhân
của vấn đề sức khỏe lớn. Micrococcus luteus là một Grampositive, hình cầu, vi khuẩn saprotrophic mà thuộc
về gia đình Micrococcaceae. Micrococcus luteus được
tìm thấy trong đất, bụi, nước và không khí, và như là một phần của
hệ thực vật bình thường của da động vật có vú. Nó cũng khuẩn
miệng con người, niêm mạc, hầu họng và trên
đường hô hấp. Micrococcus luteus lãm cao
tiềm năng cho sự hình thành màng sinh học. Staphylococcus aureus
là vi khuẩn gây bệnh kỵ khí Gram dương coccal tuỳ thuộc Staphylococcaceae gia đình.
Staphylococcus aureus là nguyên nhân phổ biến của thực phẩm
nhiễm độc và có thể gây ra một loạt các bệnh,
từ nhiễm trùng da nhẹ đến các bệnh đe dọa tính mạng,
chẳng hạn như viêm phổi, viêm màng não , viêm tủy xương, viêm nội tâm mạc, nhiễm khuẩn huyết và nhiễm trùng huyết. Nó là một trong năm hầu hết
nguyên nhân phổ biến của nhiễm trùng bệnh viện và thường là
nguyên nhân gây ra các bệnh nhiễm trùng vết thương sau phẫu thuật [23].