سنتز فيلم نانوكامپوزيت كيتوزان نقره بر پايه اسيد استيك و اسيد اسكوربيك و مقايسه اثر ضد ميكروبي آنها

Synthesis of chitosan-silver nanocomposite film based on acetic acid and ascorbic acid and comparison of their antimicrobial effect

مقاومت آنتي بيوتيكي يك مشكل جدي جهاني است و نياز به توسعه مواد ضدميكروبي جديد ضروري است. درمان‌هاي مبتني بر نانومواد ابزارهاي اميدواركننده‌اي براي مبارزه با عفونت‌هاي سخت باكتريايي هستند كه داراي ظرفيت فرار از مكانيسم‌هاي موجود مرتبط با مقاومت دارويي اكتسابي هستند. علاوه بر اين، اندازه منحصر به فرد و خواص فيزيكي آنها به آنها توانايي هدف قرار دادن بيوفيلم ها وغلبه بر عفونت هاي مقاوم را مي دهد. در اين تحقيق سنتز نانوذرات نقره (Ag-NPs) با استفاده از كيتوزان به عنوان عامل تثبيت كننده و اسيد آلي به عنوان عامل كاهنده انجام شد. پس از تهيه محلول كيتوزان در اسيداستيك و اسيد آسكوربيك، نيترات نقره به تدريج به محلول هاي كيتوزان اضافه شد. تغيير رنگ به قهوه اي نشان دهنده تشكيل Ag-NPs است. فيلم‌هاي نانوكامپوزيتي كيتوزان- نقره ((CS-Ag NC به دايره‌هايي با قطر 5 ميلي‌متر بريده شدند و عملكرد ضد باكتريايي آن‌ها با استفاده از تست انتشار ديسك تعيين شد. تعدادي از ايزوله‌هاي مقاوم به آنتي‌بيوتيك‌ كلبسيلا پنومونيا، سودوموناس آئروژينوزا، اشريشيا كلي و استافيلوكوكوس اورئوس و همچنين تعدادي باكتري استاندارد براي آزمايش‌هاي ضد ميكروبي انتخاب شدند. بيشترين فعاليت ضد باكتريايي با فيلم CS-Ag NC با پايه اسيد استيك با ميانگين قطر ناحيه بازدارندگي 21.2 و 30.25 ميلي متر به ترتيب در برابر ايزوله هاي باليني و استاندارد به دست آمد. ميانگين قطر ناحيه بازدارنده فيلم CS-Ag NC با پايه اسكوربيك اسيد در برابر جدايه هاي باليني و استاندارد به ترتيب 18/11 و 68/14 ميلي متر بود. مي دانيم فعاليت ضد ميكروبي به اندازه نانوذرات بستگي دارد. هر چه قطر ذرات كوچكتر باشد، نسبت سطح به حجم بيشتر شده و در نتيجه اكسيداسيون سطحي و متعاقب آن رهاسازي يونها افزايش يافته كه در نهايت منجر به افزايش اثر باكتري كشي مي شود. در اينجا ما يك روش سنتز بهبود يافته را ارائه داديم كه استفاده از اسيد استيك به عنوان يك عامل كاهنده باعث پراكندگي مناسب نانوذرات نقره بسيار كوچك سنتزشده، در پليمر كيتوزان و در نتيجه افزايش سطح تماس نانوذرات نقره با سلول هاي ميكروبي مي گردد.

Antibiotic resistance is a new global problem and there is a need to develop new antimicrobial agents. Nanomaterial-based therapies are promising tools to combat difficult bacterial infections, featuring the capacity to evade existing mechanisms associated with acquired drug resistance. In addition, their unique size and physical properties give them the capability to target biofilms, overcoming refractory infections. In this research, we developed the synthesis of silver nanoparticles (Ag-NPs) using chitosan as a stabilizer and organic acid as a reducing agent. After preparing the chitosan solution in acetic acid and ascorbic acid, silver nitrate was gradually added to the chitosan solutions. The color change to brown indicates the formation of Ag-NPs. CS-Ag NC films with two different organic bases were cut into 5-mm-diameter circles and their antibacterial performance were determined using the disc diffusion test. A number of isolates resistant to antibiotics similar to Klebsiella pneumonia, Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli and Staphylococcus aureus as well as a number of standard bacteria were selected for antimicrobial tests. The highest antibacterial activity was obtained with CS-Ag NC film with acetic acid base with mean of inhibition zone diameters of 21.2 and 30.25 mm against clinical and standard isolates, respectively. The mean of inhibition zone diameters for CS-Ag NC film with ascorbic acid base against clinical and standard isolates were 11.18 and 14.68 mm, respectively. We know that antimicrobial activity depends on the size of nanoparticles. The smaller the diameter of the particles, the higher the surface-to-volume ratio, and as a result, the surface oxidation and subsequent release of ions increases, which ultimately leads to an increase in the bactericidal effect. Here, we have presented an improved synthesis method that the use of acetic acid as a reducing agent causes proper dispersion of the synthesized very small silver nanoparticles in the chitosan polymer and as a result increases the contact surface of the silver nanoparticles with the microbial cells.