制造明胶复合材料包含双金属Ag-Au纳米粒子为基础的生物医学应用

答:Mandal¹和t Sastry^{2 *}

ResearchStudent Nano-Biotechnology中心,生物科技与技术学院维特大学,Vellore 632014年,印度
高级首席科学家和头部,Bioproducts实验室,CSIR-Central皮革研究所的阿,钦奈600020年印度泰米尔纳德邦,

文摘

最近,重点是研究涉及合成的纳米粒子使用天然polymericmaterials生态友好、廉价以及可生物降解。在这项研究中,双金属金银纳米颗粒(Ag-AuNPs)是合成usinggelatinextracted从含铬皮革废弃物作为模板。纳米粒子被证实与紫外可见和粒度分析。凝胶直接双金属纳米颗粒被空气driedto获得nanobiocomposites (nbc)。这些美国全国广播公司(nbc)通过红外光谱、DSC, TGA, XRDand SEM / EDX。同时,机械性能如抗拉强度和杨氏模量随着吸水nbc的研究进行。结果表明,明胶与bimetallicnanoparticles nbc包含可生物降解和拥有所需的机械propertiesneededfor生物医学应用。此外,体外结果表明纤维母细胞(NIH 3 t3细胞的生存能力与基于明胶的nbc。的明胶NBCincorporated Ag-Au NPs isbiocompatible和可以作为支架的各种生物医学应用潜力。

关键字

明胶、双金属、银、金、纳米颗粒,模板,Nanobiocomposites。

介绍

胶原蛋白明胶,导数的最丰富的生物聚合物被用于生物医学应用[1]。明胶的理化和生物学特性使它作为候选人适合制造复合材料和组织工程支架[2 - 5]。此外,便宜得多相比,胶原蛋白和减少了抗原性,使它容易和方便使用生物材料(6 - 8)。众所周知,温度超过37ºC导致凝胶多肽链展开和功能基团- nh2等- SH和羧基在这些链可以作为模板合成纳米颗粒和纳米级设备制造[9]。

金纳米粒子(AuNPs)具有独特的光学性质,发现使用在催化和电子设备[10]。他们一直作为治疗药物,感觉探针和交付drugsfor生物医学应用(11、12)。同样,银纳米粒子也具有不同的光学活性,发现广泛应用在电子、催化和sensingbased应用(13、14)。此外,它显示对广谱抗菌活性的细菌和真菌,从而发现作为杀虫剂和杀菌的制备纳米材料用于伤口敷料和手术[15 - 17]。

高表面能和范德瓦尔部队出现在两个金银纳米颗粒solutionsresultin聚合,因此,这些纳米粒子的限制是必要的,以避免这个现象[11]。因此,有必要,因此研究对NPs用天然聚合物的合成生态友好,成本效益以及可再生材料引起了关注。聚合物的侧链氨基酸如明胶interactmore有效thesenanoparticle表面。高表面积的这些纳米粒子使更多的非特定的交互与聚合物的侧链氨基酸namelygelatin。虽然有限outto理解之间的交互研究明胶和金银等贵金属纳米粒子,它们的使用特别是在生物医学applicationsis不研究[9]。

在目前的调查,明胶来源于从含铬皮革废弃物中提取胶原蛋白(逆时针方向)已经被用来作为模板来合成Ag)、非盟和双金属Ag-Au纳米颗粒。明胶作为还原剂和执行在纳米颗粒合成稳定器的角色。明胶的风干nanobiocomposites定向双金属纳米颗粒显示热稳定性增加,一个参数用于生物医学应用。此外,这些支架具有所需的属性,如增加抗拉强度随着吸水能力适合组织工程应用。此外,在vitrostudieswere进行评估这些基于明胶支架的生物相容性。

材料和方法

从含铬皮革废弃物)隔离的胶原蛋白(逆时针方向)

胶原蛋白是后从含铬皮革废弃物中提取过程报告Mandal et al . [18]。逆时针方向是dechromed使用浓硫酸。然后dechromed样本和0.1三羟甲基氨基甲烷HCl液pH值(8),0.2β-巯基乙醇,0.2 EDTA为3天。胶原原纤维悬浮在0.05 M乙酸与样本/解决方案比1:30 (w / v)含有胃蛋白酶1:10,000 (w / w)在4°C 24 h。胃蛋白酶可溶性胶原蛋白离心机在10000 rpm(7155克)的1 h。上层的进一步溶解在0.05 M乙酸;随后透析和胶原蛋白溶液存储用于进一步分析。

b)合成的银纳米颗粒(AgNPs)

银纳米粒子(AgNPs)准备使用胶原蛋白提取逆时针方向。胶原蛋白水溶液与不同的固体浓度(100毫升)加热到80±3°C。胶原蛋白变性,当加热到80±3°C到明胶作为减少/稳定剂。2毫升硝酸银溶液(0.4 wt %)添加快速搅拌速度为3000 rpm。颜色变化从淡黄色到白色observeddue之间复杂的形成凝胶和Ag) +离子[9]。在黑暗条件下进行反应和内容受到剧烈搅拌10 h 80±3°C,以确保完整的明胶封顶银纳米粒子的形成。

c)合成金纳米粒子(AuNPs)

水凝胶的解决方案不同的固体浓度(100毫升)加热到80±3°C。2毫升HAuCl4解决方案(0.4 wt %)添加迅速在激烈的搅拌。内容进一步激起了4 h 80±3°C,导致紫色红色gelatin-AuNPs解决方案。

d)双金属纳米颗粒的合成(Ag-AuNPs)

金银纳米颗粒(Ag-AuNPs)准备使用明胶减少/稳定剂。水凝胶的解决方案(20毫升)加热到80±3°C。10毫升硝酸银0.01添加了明胶溶液,搅拌在3000 rpm。随后,10毫升0.01 HAuCl4的解决方案是添加到内容和搅拌持续了5 h。紫色的一代表明gelatin-Ag-AuNPs的形成。

结果和讨论

从铬革废弃物collagenextracted证实了sds - page。sds - page结果所示Fig.1ademonstratea不同β乐队除了α乐队(α1和α2)特点,是多肽链的胶原蛋白三螺旋[19]。这证实了三重螺旋性质的胶原蛋白。此外,圆二色性(CD)光谱的胶原蛋白和明胶水溶液加热时80±3°C进行(见图1 b)。

基于凝胶的NBC包含双金属Ag-Au NPs表现出最大峰值的转变。此外,在1550年达到顶峰cm-1due NH3 +组的明胶。Ag)的吸附,非盟和双金属表面Ag-Au NPs明胶在nbc导致转移到1560年达到峰值,分别为1558和1555 cm - 1。这表明合成NPs与明胶的交互。同时,注意到在1087年达到顶峰,1041 cm - 1由于振动的碳碳键明胶是红移与明胶纳米粒子的结合矩阵。最大峰值变化是观察明胶含有双金属Ag-Au NPs NBC。DSC调查显示三个吸热峰85,152和251°C观察明胶NBC(见图5)。

准备支架的表面形态分析使用SEM Fig.8描述了。SEM图像的同质和均匀分布Ag)和非盟NPs明胶支架。同样,均匀分布很少聚合时观察到的双金属(Ag-Au) NPs被合并到凝胶矩阵。这导致了表面光滑的支架是至关重要的前必要的材料用于伤口敷料的目的。众所周知,更高浓度的凝胶导致纳米粒子的聚集[4]。因此,在目前的调查,双金属Ag-AuNPs和明胶混合比1:1 (v / v)限制合成纳米颗粒的聚集。EDX光谱表现出一个强烈的信号的银和金原子证实存在的银和金纳米粒子在明胶支架。额外的信号C和O原子明胶支架中观察到归因于碳和羧基组出现在半个明胶。

Wd和Wh最初的干重和水分的重量NBC观察在不同的时间段,分别。

此外,nbc的疏捏造的,从程序获得清水等紧随其后。[25],使用下面的公式计算:

吸水能力(WAC)或溶胀比NBCshas重要的重要性与nbc有更好的WAC当应用于一个开放的伤口表面很容易吸收渗出液,让伤口表面保持干燥和安全从空气传播感染[26]。在目前的调查,美国全国广播公司(nbc)表现出高吸水溶胀比的增加和这increasedwith时间的最大值达到24小时(见Fig.9)。同时,指出纳米颗粒的存在,两金银明胶NBC导致较低的膨胀率(690±15%)由于水吸收减少。这可能是由于凝胶辅助模板合成纳米颗粒导致他们公司的毛孔凝胶,从而表现出较低的吸水性。明胶NBC的孔隙度是89%而NBC合并时纳米颗粒导致减少孔隙度(Ag)和AuNPs 78%至81),并至少在双金属Ag-Au NPs (71%)。因此,包含双金属的明胶NBC Ag-Au纳米颗粒显示至少WAC多孔NBC可以吸收和储存更多的水比无孔的。结果表明,发达nbc可生物降解和有能力吸收水分所需植入applicationsespeciallyas材料伤口敷料。

这一发现可能归因于高亲和力的NIH3T3细胞胶原蛋白和他们在nbc的迁移。此外,它已被证明,纳米粒子的存在尤其是银调节胶原蛋白的对齐和增强纤维母细胞细胞增殖和分化[27]。在这里,在我们的案例中,在体外结果表明,双金属纳米颗粒(Ag-Au)浸渍gelatinNBC更有效地执行这个函数,可以作为支架为伤口愈合的临床应用是至关重要的。

结论

明胶来自从逆时针方向提取的胶原蛋白作为模板合成的Ag)、非盟以及双金属纳米粒子Ag-Au这个绿色的方法可以被利用来开发增值nbc。基于凝胶的NBCcontaining双金属Ag-Au NPs是可生物降解和拥有enhancedstability;所需的机械性能除了优异的生物相容性的体外研究证明可以作为支架用于各种潜在的生物医学应用。进一步的体内研究确定基于这些明胶的nbc的有效性作为伤口敷料材料要求和工作正在进行在这个方向。

确认

我们想感谢a . b . Mandal博士教授让我们在CSIR-CLRI研究所进行实验。

引用

奥尔森,D。,Yang, C., Bodo, M., Chang, R., Leigh, S., Baez, J., Carmichael, D., Perala, M., Hamalainen, E.R., Jarvinen, M., Polarek, J.,“Recombinant collagen and gelatin for drug delivery”,Adv. Drug Deliv. Rev.Vol. 55, no.12, pp.1547, 2003.
湾,Y。,Zuo, G., Liu, C., Li, X., He, F., Ren, K., Luo, H.,“Preparation and characterization of nano-platelet-like hydroxyapatite/gelatin nanocomposites”, Polym. Adv. Technol.,Vol.22, no.12,pp. 2659–2664,2011.
留置权,克里Ko, L.Y.,Huang, T.J. “Effect of pore size on ECM secretion and cell growth in gelatin scaffold for articular cartilage tissue engineering”,Acta Biomater., Vol. 5, pp. 670–679, 2009.
毛,j.s,Zhao, L.G., Yin, Y.J., Yao, K.D. “Structure and properties of bilayer chitosan–gelatin scaffolds”, Biomaterials,Vol. 24, pp. 1067– 1074, 2003.
阮,T。李,B。,“Fabrication and characterization of cross-linked gelatin electrospun nanofibers”, J. Biomed. Sci. Eng., Vol. 3, pp. 1117- 1124, 2010.
Tabata Y。,Ikada, Y., “Vascularization effect of basic fibroblast growth factor released from gelatin hydrogels with different biodegradabilities”, Biomaterials, 20, pp. 2169–2175, 1999.
Ratanavaraporn, J。,Damrongsakkul, S., Sanchvanakit, N., Banaprasert, T., Kanokpanont, S.,“Comparison of gelatin and collagen scaffolds for fibroblast cell culture”,Journal of Metals, Materials and Minerals,Vol.16, no.1, pp. 31-36, 2006.
Taokaew, S。,Seetabhawang, S., Siripong, P., Phisalaphong, M., “Biosynthesis and characterization of Nanocellulose-Gelatin films”,Materials,Vol. 6, pp.782-794, 2013.
刘,Y。,Liu, X., Wang, X.,“Biomimetic synthesis of gelatin polypeptide-assisted noble-metal nanoparticles and theirinteraction study”, Nanoscale Res Lett.,Vol. 6, no. 22,pp. 1-11, 2011.
墨菲,C.J.分,T.K.,Gole, A.M., Christopher,J.,Orendorff, Gao, J., Gou, L., Hunyadi, S.E., Li,T.,“Anisotropic metal nanoparticles: Synthesis, assembly and optical applications”,J. Phys. Chem. B, Vol. 109, no. 29, pp. 13857–13870, 2005.
Tagar, Z.A.,Sirajuddin, Memon, N., Kalhoro, M.S., Kalwar, N.H., Junejo, Y., Hassan, S.S.,“Facile synthesis, characterization and catalytic function of gelatin stabilized gold nanoparticles”, Pak. J. Anal. Environ. Chem., Vol. 13, no. 1,pp.70-77, 2012.
黄,X。,Jain, P.K., El-sayed, I.H., El-sayed, M.A.,“Gold nanoparticles: interesting optical properties and recent applications in cancer diagnostics and therapy”, Nanomedicine, Vol. 2, no. 5, pp. 681-693, 2007.
Nguyen kc,Seligy, V. L., Massarsky, A., Moon, T.W., Rippstein, P., Tan, J., Tayabali A.F.“Comparison of toxicity of uncoated and coated silver nanoparticles”,J. Phys.: Conf. Ser., 429,012025, 2013.
Faraji, N。,Yunus W.M.M., Kharazmi, A., Saion, E., Shahmiri, M., Tamchek, N., “Synthesis, characterization and nonlinear optical properties of silver/PVA nanocomposites”, J.Europ. Opt. Soc. Rap. Public, Vol.7, pp. 12040, 2012.
安萨里,硕士汗,莫莱森,汗,马利克。,Sultan, A., Shahid, M., Shujatullah, F., Azam, A., “Evaluation of antibacterial activity of silver nanoparticles against MSSA and MRSA on isolates from skin infections”, Biology and Medicine,Vol. 3, no. 2, pp. 141-146, 2011.
Mandal,。,Sekar, S。,Chandrasekaran, N., Mukherjee, A., Sastry, T.P. “Poly(ethylene) glycol capped silver and magnetic nanoparticles: Synthesis, characterization and comparison of bactericidal and cytotoxic effects”, Proc IMech E Part H Eng Med., Vol. 227, no. 11, pp. 1224- 1236, 2013.
Sekar, S。,Manikandan, R., Mandal, A., Sankar, S., Sastry, T.P., “Synthesis and characterization of chemically modified collagen based nanobiocomposite containing silver nanorods incorporated with ciprofloxacin”, IJIRSET, Vol. 3, no. 2, pp. 9618-9625, 2014.
Mandal,。,Sekar, S。,Knagavel, M., Chandrasekaran, N., Mukherjee, A., Sastry, T.P., “Collagen based magnetic nanobiocomposite as MRI contrast agent for cancer therapy”, BBA Gen Subjects, Vol. 1830, no. 10, pp. 4628-4633, 2013.
Laemmli,英国,“Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4”,Nature, Vol. 227, pp. 680-685, 1970.
Muyonga, J.H.,Cole, C.G.B., Duodu, K.G., “Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopic study of acid soluble collagen and gelatin from skins and bones of young and adult nile perch (Lates niloticus). Food Chem,Vol. 86,pp. 325-333, 2004.
Nikoo M。,徐X。,Benjakul S., Xu G., Ramirez-Suarez J.C., Ehsani A., Kasankala L.M., Duan X., Abbas S, “Characterization of gelatin from the skin of farmed Amur sturgeon Acipenser schrenckii”,Int Aquat Res, Vol. 3, pp. 135-145, 2011.
乔治,一个。vei,。,“FTIRS in water demonstrates that collagen monomers undergo a conformational transition prior to thermal selfassembly in vitro”,Biochemistry, Vol. 30, pp. 2372–2377, 1991.
Benjakul, S。,Oungbho, K., Visessanguan, W., Thiansilakul, Y., Roytrakul, S., “Characteristics of gelatin from the skins of bigeye snapper, Priacanthus tayenus and Priacanthus macracanthus”, Food Chem, Vol. 116, pp. 445-451, 2009.
弗伦克尔,人工智能,Machavariani, V.S., Rubshtein, A., Rosenberg, Y., Voronel, A., Stern, E.A., “Local structure of disordered Au-Cu and Au-Ag alloys”, Phys Rev B,Vol. 62, no. 14, pp. 9364-9371, 2000.
清水,K。伊藤,。,Honda, H., “Enhanced cell-seeding into 3D porous scaffolds by use ofmagnetite nanoparticles”, J. Biomed Mater Res. B Appl Biomater, Vol. 77, pp. 265-272, 2005.
井斜,议员,Sekar, M., Chamundeswari, M., Moorthy, A., Krithiga, G., Murugan, N.S., Sastry, T.P. “A novel wound dressing materialfibrin– chitosan–sodium alginate composite sheet”,BullMater Sci, Vol. 35, pp.1157-1163, 2012.
关颖珊,K.H.L.刘,X。,To, M.K.T., Yeung, K.W.K., Ho, C., Wong, K.K.Y., “Modulation of collagen alignment by silver nanoparticles results in better mechanical properties in wound healing”,Nanomedicine: NBM, Vol. 7, pp. 497-504, 2011.