Summary
Bakır ve gümüş gibi metallerin antimikrobiyal özellikleri yüzyıllar boyunca fark edilmiştir. Bu protokol, antibakteriyel etkilerini en iyi duruma getirmek için bu nanoparçacıkların özelliklerini ince ayar yapabilme olanağı sağlayan metal nanopartiküllerin sentezinde kullanılan bir yöntem olan sıvılardaki pulsed lazer ablasyonunu tanımlamaktadır.
Abstract
Çoklu ilaca dirençli bakterilerin ortaya çıkışı, bazılarının tıp öncesi "antibiyotik öncesi" bir döneme dönüşümüz hakkında spekülasyon yapmalarını sağlayan küresel bir klinik kaygıdır. Yeni küçük moleküllü antimikrobiyal ilaçları belirleme çabalarına ek olarak, antimikrobiyal özelliklerinden dolayı metal nanopartiküllerin tıbbi cihazlar, yara bandajları ve tüketici ambalajları için kaplamalar olarak kullanılmasına büyük ilgi duyulmaktadır. Nanopartikül sentezi için mevcut olan çok çeşitli yöntemler, antibakteriyel etkinliği etkileyebilecek geniş bir kimyasal ve fiziksel özellik yelpazesine neden olur. Bu el yazması nanoparçacıklar oluşturmak için sıvılardaki pulsed laser ablasyonunu (PLAL) anlatmaktadır. Bu yaklaşım, nanopartikül boyutunun, kompozisyonunun ve radyasyon sonrası yöntemler ile yüzey aktif cisimlerin veya hacim dışlayıcıların ilave edilmesiyle dengenin ayarlanmasını sağlar. Parçacık boyutunu ve bileşimini kontrol ederek, metal nanopanın geniş bir fiziksel ve kimyasal özellikleri serisiAntimikrobiyal etkinliklerine katkıda bulunabilecek ve böylece antibakteriyel gelişim için yeni yollar açan makaleler keşfedilebilir.
Introduction
Nanopartiküller (NP) genellikle, 100 nm'den daha az uzunlukta en az bir boyuta sahip parçacıklar olarak tanımlanır. Geleneksel kimyasal NP sentez yöntemleri tipik olarak borohidritler ve hidrazinler gibi tehlikeli indirgeyici ajanlar gerektirir. Buna karşın, sıvı ortamda (sıvılarda atımlı lazerle ablatif - PLAL) daldırılmış katı metal hedeflerin lazerle ablasmanı NP sentezi için Çevre Kimyası İlkeleri'nin 1 , 2 prensiplerinin tümünü karşılayan çevre dostu bir yol sağlar. PLAL'da, dalmış bir metal hedef tekrarlanan lazer darbeleri ile ışınlanır. Lazer hedefi ablattıkça yoğun atom kümeleri ve buhar, NP'lerin hızla birleştiği sıvı ortam içine salınır. PLAL tarafından üretilen NP'ler sulu bir ortamda iyice dağıtılır ve NP'lerin boyutu, polidispersitesi ve bileşimi, sulu ablasyon sıvısının yanı sıra lazer paritesinin değiştirilmesiyle kolaylıkla kontrol edilebilir1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 sayaçları.
Nanopartikül özellikleri, akıcılık, dalga boyu ve darbe süresi gibi bir dizi lazer parametresinin ayarlanmasıyla ayarlanabilir (referans 7'de gözden geçirilmiştir). Lazer akıcılık puls enerjisi, hedef yüzeydeki lazer noktasının alanına bölünerek hesaplanır. Fluence'ın NP'lerin büyüklüğü ve polidispersitesi üzerindeki kesin etkileri biraz tartışmalıdır. Genel olarak, 'uzun' ve 'ultra-kısa' atımlı lazer sistemleri için sırasıyla 8 , 9 , 10 , 11 ebatlarında negatif ve pozitif eğilimler üreten düşük ve yüksek akıcılık rejimleri olduğu gösterilmiştir. NP büyüklüğü dağıtımıAşağıda tarif edildiği gibi, dinamik ışık saçılması ve iletim elektron mikroskopisi (TEM) gibi teknikler kullanılarak ampirik olarak ölçülebilir.
Lazer dalga boyunun seçimi NP'lerin oluştuğu fiziksel mekanizmaları etkileyebilir. Daha kısa (ultraviyole) dalga boylarında yüksek enerjili fotonlar atomlar arasındaki bağları kesebilir 12 . Foto ablasmanın bu mekanizması, yukarıdan aşağıya NP sentezinin bir örneğidir, zira daldırma sıvısı 12 , 13 , 14'te söndürüldükten sonra daha fazla polidispers numuneleri üretme eğilimi gösteren ultra-küçük parçacıkların salınmasına neden olur. Buna karşılık, yakın kızılötesi ablasyon (λ = 1,064 nm), plazma ablasyonunun egemen olduğu aşağıdan yukarıya bir sentez mekanizması verir 12 . Hedef tarafından alınan lazer emilimi, çarpışan elektronları serbest bırakan elektronları serbest bırakır. C olarakZenginleşmeler artar, materyal iyonlaşır, böylece bir plazma tutuşur. Çevreleyen sıvı plazmayı sınırlar, kararlılığını arttırır ve absorpsiyonu 12 artırır. Genişleyen plazma sınırlayıcı sıvı tarafından söndürüldüğünden, NP'ler çeşitli geometriler 4 , 12 , 15 ile yoğunlaştırılır.
Lazer pals süresinin seçimi NP oluşum sürecini daha da etkileyebilir. Darbe süreleri birkaç pikosaniyeden fazla olan yaygın olarak kullanılan uzun püskürtmeli lazerler, tüm mili, mikro, nano ve bazı pikosaniye darbeli lazerleri içerir. Bu darbe genişliği rejiminde lazer atım süresi, genellikle birkaç pikosaniye olan 4 , 16 , 17 , 18 , 19 nolu sırayla elektron-fonon dengeleme süresinden daha uzundur. Bu, çevresel ablasyon ortamına enerji sızıntısı ve termiyonik emisyon, buharlaşma, kaynama ve erime 1 , 20 gibi ısıl mekanizmalara göre NP oluşumu ile sonuçlanır.
NP'lerin antibakteriyel etkisi, partikül boyutu 21 , 22 , 23 , 24 tarafından kuvvetle etkilenir. Boyut azaltma ve monodispersiteyi arttırmak için, NP'ler, NP'nin yüzey plazmon rezonansı (SPR) yakınında bir dalga boyundaki bir lazer kullanılarak ikinci kez ışınlanabilirler. Olay lazer ışınımı SPR'nin uyarılması yoluyla NP tarafından absorbe edilir. NP'nin parçalanması, termal buharlaştırma 25 , 26 veya Coulomb patlaması 27 , 28 yoluyla gerçekleşebilir. Photoexcitation artar tNP'nin erime noktasının üzerindeki sıcaklığı, parçacık dış tabakasının dökülmesine neden olur. Çözeltiye polivinilpirolidon (PVP) veya sodyum dodesil sülfat (SDS) gibi ajanlar eklenmesinin radyasyon sonrası etkileri büyük oranda artırabileceği gösterilmiştir ( 5) . Çeşitli çözünen maddelerin ilavesinin etkisi birkaç rapor 1 , 4 , 6'da tanımlanmıştır. NP özelliklerinin PLAL tarafından manipüle edilmesinin kolaylığı yeni NP tabanlı antimikrobik maddelerin geliştirilmesi için yeni bir yöntem sağlar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Nanosaniye Lazerin Odaklanması ve Fluence Ölçüm
- Ablasyon aparatını, 50 mL'lik bir cam beherin içine bir manyetik karıştırma çubuğu ve gözenekli bir ablasyon aşaması yerleştirerek monte edin.
NOT: Ablasyon evresi, 1.81 cm çapında, 1.6 mm kalınlığında, 0.65 cm çapında delikli 10 adet ve 0.50 cm çapında delikli, Şekil 1'de gösterilen desende delinmiş bir paslanmaz çelik platformdan oluşur. Bu deliklerin amacı, sıvının hedefin üzerinden geçmesini sağlamaktır, böylece parçacıklar hedefin hemen üstünde birikmez. Yetersiz karıştırma, lazer ile önceden oluşturulmuş parçacıklar arasında zararlı etkileşime neden olur. Buna ek olarak, platformu kaldırmak ve bir manyetik karıştırma çubuğu için yer sağlamak için ayak olarak görev yapan ayar vidalarını kabul etmek için platformun çevresine yakın üç adet 29 numaralı (8-32) diş açılmış delik bulunur ( Şekil 1A ).- Beher'i manyetik bir yere yerleştirinPlakayı karıştırın ve ablasyon esnasında hedefin hareket etmesini sağlamak için karıştırma plakasını bir xy-translasyon aşamasında ayarlayın ( Şekil 1A ).
- Nd: YAG lazerini, 1,064 nm'lik temel dalga boyunda, 5 ns'lik bir darbe süresi ve 10 Hz'lik bir darbe tekrarlama oranı ile çalışacak şekilde ayarlayın. Darbe başına enerji, bir lazer gücü ve enerji ölçer ile ölçülür. Gerekli enerji 240-250 mJ'dir.
- Işın 250 mm odak uzaklığı yakınsayan lens (NA = 0.05) kullanarak ablasyon evresindeki hedefin altına odaklayın.
NOT: İstenilen spot boyutunu elde etmek için gelen kirişin yarıçapı 4.025 mm ve mercek yüksekliği 161 mm olmalıdır. Optimal spot boyutu ampirik olarak belirlenir. Çözeltide bulunan NP'lerin ekranlamasının etkisini azaltmak için daha büyük bir spot boyutu kullanılır. Bu, nokta boyutunun büyümesinin yeterli akıcılık sağlamak için daha fazla enerji gerektirmesi gerçeğiyle dengelenir. - Bir metal hedef koyarak spot boyutunu belirleyin (bkz. BölümN 2) sahnede ve birkaç lazer darbe ile ablasyon. Ablekteki hedefi, spot boyutunu ölçmek için bir CCD kameralı ışık mikroskopu (4X objektif) üzerinde bir mikrometre slaytla birlikte görüntüleyin ( Şekil 1A ).
NOT: Buradaki aparat için, ablasyon sistemi, 5.51 mm2'lik bir ortalama alana sahip bir nokta boyutu verir. Her ablasyon için spot boyutu bu aralıkta kalır. - Darbeli enerjiyi spot alana bölerek akıcılık hesaplayın. Burada kullanılan cihaz için akıcılık 4.80 J / cm2'dir.
2. Sıvı Atımlı Lazer Ablasyonuyla Gümüş Nanopartiküllerin Sentezi
- Pre-ablasyon kütlesi elde etmek için bir mikrobalans kullanarak düz bir gümüş hedef tartın.
- Çift taraflı karbon bandı kullanarak gümüş hedefi gözenekli aşamaya yapıştırın. 40 mL ablasyon sıvısını behere ilave edin ( Şekil 1A ). Hedefin üstündeki sıvı yüksekliği 11 mm'dir.
NOT: Tipik ablasyon lorduTek dağılımı artırmak için ya 60 mM SDS ya da 2 mM PVP içeren sulu çözeltilerdir. - Sürekli karıştırma altında 0.42 cm / s'lik bir hızda elips biçiminde (boyutlar: ana eksen = 2.09 cm, yan eksen = 0.956 cm, alan = 1.57 cm2) bilgisayar kontrollü motorlu xy-aşamasını hareket ettirin ve hedefi ablatın 20-40 dakika boyunca.
NOT: NP'lerin konsantrasyonu artan ablasyon zamanlarıyla birlikte artar. Karıştırmanın, koruyucu etkileri en aza indirgemek için NP konsantrasyonunu çözelti boyunca eşit tutması için yeterince kuvvetli olduğundan emin olun 7 .
3. Metal Nanopartiküllerin Karakterizasyonu
- Beherden çıkartarak nanopartikül çözeltisini toplayın. Nanopartiküllerin UV-görünür ışık tayflarını (200-1,100 nm) ölçerek varlığını teyit edin.
NOT: NP yüzey plasmon rezonans (SPR) dalga boyunda bir pik absorpsiyonu vardır. Gümüş için, SPR 400 nm'de ortalanır. Yüksek konsantrasyonda NPSolüsyonlar, absorbans okumalarının spektrofotometrenin doğrusal aralığı içinde kalmasını sağlamak için UV-VIS spektrumunu ölçmeden önce seyreltmeyi gerektirir. - Bir numara dağılım analizi yöntemi 29 kullanarak dinamik ışık saçılması (DLS) ile NP'lerin hidrodinamik çapını ölçün.
- NP çözeltisini 1:40 ablasyon çözeltisinde seyreltin ve 1 mL plastik küvet içine pipetleyin. 180 ° 'lik bir ölçüm açısını kullanarak Stokes-Einstein denklemine göre NP çapını belirlemek için 633 nm dalga boyundaki ışık saçılımını ölçün:
Burada d hidrodinamik yarıçap, k Boltzmann sabiti, T mutlak sıcaklık, η viskozite ve D translasyonel difüzyon katsayısı veya Brown hareketi hızıdır.
- NP çözeltisini 1:40 ablasyon çözeltisinde seyreltin ve 1 mL plastik küvet içine pipetleyin. 180 ° 'lik bir ölçüm açısını kullanarak Stokes-Einstein denklemine göre NP çapını belirlemek için 633 nm dalga boyundaki ışık saçılımını ölçün:
- İletim elektron mikroskobu kullanarak NP boyutunu ve şeklini onaylayınSkopi (TEM) 30 .
NOT: DLS kullanılarak ölçülen hidrodinamik çap NP'leri çevreleyen solvent katmanından dolayı TEM kullanılarak ölçülen boyuttan daha büyüktür.- Görüntülemeyle etkileşime girebilecek fazladan katkı maddelerini ( örn. SDS veya PVP) çıkarmak için NP solüsyonu 1: 40'ı iki kez damıtılmış suda inceltin. Solüsyonun 2 μL'ini lacey / thin carbon film (ticari olarak temin edilebilir, Malzeme Listesi'ne bakınız) ile önceden kaplanmış bir bakır TEM ızgaraya bırakın ve gece boyunca oda sıcaklığında vakum altında bir desikatörde kurutun.
- Referans 30'da tarif edildiği gibi boyut ve şekli değerlendirmek için NP'leri görüntüleyin.
- NP konsantrasyonunu hesaplamak için, hedefi, 1 dakika boyunca damıtılmış su ihtiva eden sonike edici bir su banyosuna koyarak, ablated metal hedefin herhangi bir gevşek bağlı NP'sini (adım 2.3) yerlerinden çıkartın.
- Hedefi 1 dakika sıkıştırılmış hava akımı altında kurutun. Ta'nın kütlesini ölçünMikro dengeye dikkat edin. Çözeltideki NP'lerin kütlesini, metal nanoparçacıklarının çözeltiye boşaltılmasının bir sonucu olarak kabul edilen ablasyon öncesi ve sonrası ağırlık farkı olarak nicelendirin.
4. Işın sonrası
- 2.2'de kullanılanla aynı ablasyon çözeltisindeki NP'leri maksimum konsantrasyon 100 μg / mL'ye seyreltin. Bu konsantrasyon limiti, düzgün ışınlama sağlamak için kritiktir.
- Seyreltilmiş NP'lerin 15-17 mL'sini bir karıştırma çubuğu içeren bir kuvartz küvese aktarın ( Şekil 1B ). Küveti gelen lazerle paralel olan bir manyetik karıştırma plakasına yerleştirin.
- Lazerin ortasına odaklanması için 25 ps 532 nm lazer darbeleri ve 75 mm odak uzaklığı lensi üretmek için bir Nd: YAG lazer sistemi kullanın. İstenen boyuta bağlı olarak çözeltiyi 30 dakika boyunca birden fazla saat radyasyona maruz bırakın.
NOT: Teslim edilen toplam enerji, çözeltinin konsantrasyonuna ve tIşınlama imkânıdır ve 0,5 mJ ila 3,5 mJ arasında değişebilir. Burada cihaz için, şeffaf, düşük konsantrasyonlu bir numunenin (<50 μg / mL) 30 dakika sonra radyasyona tabi tutulması, 10 nm'lik bir çapa sahip gümüş NP'ler üretir.
5. Nanopartiküllerin Antibakteriyel Özelliklerini Ölçmek
NOT: Hem Gram pozitif ( Bacillus subtilis ) hem de Gram negatif ( Escherichia coli ) gümüş NP'lerin toksisitesi test edilmiştir 31 . Yöntem her türde kolayca uyarlanmıştır; Bununla birlikte, nanoparçacıkların etkili dozu büyük ölçüde değişebilir ve ampirik olarak belirlenmelidir. Burada, yöntemin açıklaması için model sistemi olarak E. coli kullanılır.
- 10 g / L Bacto tripton, 5 g / L maya ekstraktı ve 10 g / L sodyum klorür içeren Luria Broth'ta (LB) gece boyunca 37 ° C'de E. coli kültürleri (suş MG1655) büyütün. Gece boyunca kültürleri optik yoğunluğa (λ = 600Nm) taze LB'de 0.01'dir.
- Eğer NPs katkı maddeleri içeren ablasyon ortamında ( örn., SDS veya PVP) sentezlenmişse, NP'leri ekleyerek konsantrasyonun sabit kalacağı şekilde ilgili kimyasal maddeyi LB'ye ekleyin.
NOT: Örneğin, tipik bir deneyde, gümüş bir hedef, 100 ug / mL'lik bir NP çözeltisi üretmek için bir 60 mM SDS çözeltisi içine ablasyon yapılır. Kültür ortamındaki NP'lerin nihai konsantrasyonu 10 μg / mL ise, 6 mM SDS içeren LB'yi ( yani ablasyon sıvısında SDS'nin 1/10 konsantrasyonu) hazırlayın. Bu konsantrasyonları kullanırken bakterilerin büyümesi üzerinde olumsuz bir etkisi yoktur. Bu, Şekil 3'te -AgNP kontrolünde gösterilmektedir. - Seyreltilmiş kültürlere NP'leri 0-50 μg / mL arasında değişen konsantrasyonlarda ekleyin ve kültürleri 37 ° C'de çalkalayarak ilave bir 2 saat büyütün. Toksisite için olumlu bir kontrol olarak E. coli'yi bir antibiyotikle ( örn., 30 μg / mL kanamgentamisin).
- 2 saat inkübasyondan sonra, kültür numuneleri 1: 10'u taze LB'ye seri olarak seyreltin ve LB agar plakalarına her seyreltmede 10 uL damla damlatın. Tipik olarak, bireysel kolonileri görmek için 104-108 kat seyreltme yeterlidir.
- Damlacıklar emildikten sonra, plakaları gece boyunca 37 ° C'de inkübe edin ve ertesi sabah koloni oluşturan üniteleri (cfu) sayın.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Gümüş hedefleri, yukarıda tarif edilen lazer parametreleri ve ablasyon sıvısı içinde 60 mM SDS kullanılarak, gümüş NP'ler SPR'de karakteristik UV-VIS absorbansı ile üretilir ( Şekil 2A ). TEM ve DLS ölçümleri, ışınlama sonrası yaklaşık 25 nm'lik ortalama bir NP çapını ortaya koymaktadır ( Şekil 2B ). Gümüş hedefin 30 dakika süreyle ablasyonu, tipik olarak 200 μg / mL'lik bir NP konsantrasyonunu verir. Gümüş NP'lerin antimikrobik toksisitesini değerlendirirken, 15 μg / mL, E. coli büyümesini kuvvetle inhibe eder ( Şekil 3 ).
Şekil 1 : Cihaz yapılandırmaları. ( A ) PLAL işlemi için, 1,064 nm dalga boyunda çalışan Nd: YAG lazeri,Hedef aĢamada 5.51 mm2'lik spot boyutunu elde etmek için 250 mm'lik odak uzaklığı lensi ile odaklanmıĢtır. Spot boyut görüntüsü, bir optik mikroskop ile birleştirilmiş bir CCD kamera kullanılarak yakalanır. Ablasyon hedefi, on 0.65 cm çapında delikler ve altı adet 0.50 cm çapında delik bulunan gözenekli bir sahne üzerinde ayarlanır. Karıştırma çubuğunun üstündeki sahneyi desteklemek için bacaklar olarak işlev gören ayar vidaları için ek olarak 3 delik açılır. ( B ) Işın sonrası sonrası Nd: YAG lazer çıkışı 532 nm'ye ayarlanır ve NP'leri içeren bir kuvars küvetinin merkezine 75 mm'lik odak uzaklığı lensi vasıtasıyla odaklanır. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Şekil 2 : Gümüş nanopartiküllerin karakterizasyonu. A ) Gümüş NP'lerin UV-VIS spektrumu, SPR dalga boyunda (400 nm) karakteristik bir zirve gösterir. ( B ) Gümüş NP'lerin radyasyon sonrası öncesi boyut dağılımı TEM ile ölçülmüştür. Ek, TEMP temsilcilerinin TEMN görüntüsünü gösterir (85,000X büyütme, Ölçek çubuğu = 100 μm). Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Şekil 3 . Gümüş nanoparçacıkların antimikrobiyal etkileri. E. coli hücreleri değişik konsantrasyonlarda gümüş NPs ile 2 saat süreyle muamele edildi. Bakteri canlılığını belirlemek için kültürlerin seri dilüsyonları LB-agar üzerine kaplanmıştır. Hücreler, pozitif bir kontrol olarak 30 ug / mL kanamisin ile muamele edildi. CelAgNPs (-AngNP örneği) almayan, yüzey aktif maddenin bağımsız olarak toksisite oluşturmamasını sağlamak için 6 mM SDS varlığında yetiştirildi. Şekil, aynı deneyden iki tabakadaki kolonilerin bir bileşimidir ve temsil eden bir sonuçtur (n = 5). Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
NP'lerin tekrarlanabilir antimikrobiyal etkileri benzer boyut ve konsantrasyonlarda NP'lerin tutarlı üretilmesini gerektirir. Bu nedenle, akıcılık, dalga boyu ve darbe süresi dahil olmak üzere lazer parametrelerini standartlaştırmak kritik önem taşır. Dinamik ışık saçılması, NP boyutunu tahmin etmek için kolay ve hızlı bir yöntem olsa da, boyut dağılımının doğru bir şekilde ölçülmesi TEM ile doğrudan ölçümü gerektirir. Her bir lazer ışınının mod profili ve sapma açısından farklı karakteristiklere sahip olması nedeniyle, hedefin üzerinde optimum akışkanlığı ve sıvı yüksekliğini vermek için ampirik bir yöntem kullanmak çok önemlidir. Nanopartiküllerin büyüklüğü ışınlama sonrası değere ayarlanabildiğinden, parçacık üretiminin etkinliği hedef kitlesel kayıp ve optik yoğunluk ölçümleri yoluyla optimize edilebilir.
Geleneksel kimyasal sentez yöntemlerinin aksine sıvılardaki lazerle ablasyon nanoparçacıkların saf su veya yüzey aktif madde solüsyonu üretme avantajına sahiptir Katkı. Kültürleri kirletecek ve müdahale eden herhangi bir öncü bileşik bulunmamaktadır. Araştırmacılar anında kullanılabilmesi için nanopartikülleri laboratuvarlarında kısa sürede üretebilirler. Teknik son derece tekrarlanabilir ve özel eğitim veya personel gerektirmez. Bununla birlikte, bu yöntemin sınırlamalarını dikkate almak önemlidir. Birincisi, sıvılardaki lazerle ablasyon ile üretilen nanoparçacıkların şekillerinde çeşitlilik geniş bir aralıkta değişiklik gösterebilir. Belli en-boy oranları veya diğer şekil parametrelerini hedeflemeleri isteniyorsa, mümkünse oldukça yinelemeli işleme gerekecektir. Belki de bu tekniğin en önemli kısıtlılığı, büyük miktarda nanoparçacık gerektiren deneylerin zorlanacağıdır. Gram ölçekli sentez oluşabilir, ancak zorludur ve uzman lazer ekipmanı gerektirir 32 , 33 , 34 .
Birçok metal NP'nin ışığa duyarlı olduğuna dikkat etmek önemlidir.Gerçekten, gümüş nanoparçacıkların görünür ışık ile ışınlanması artmış antibakteriyel toksisite ile sonuçlanır 31. Artmış etkinlik NP'lerden gümüş iyonu serbest bırakılmasından kaynaklanır. , PLAL yöntemini uygulayıp uygulamayacağınızı ve ışıktan korunan sonuç NP değerlerini depolayıp depolamayacağınızı düşünmek önemlidir.Son olarak, NP büyüklüğünü azaltmak için sürfaktanların ve hacim ekstraktörlerinin ( örneğin, SDS ve PVP) seçilmesi, NP'lerin antimikrobiyal potensi çalışılırken kritik öneme sahiptir. Katkı maddelerinin kendi başına toksik olmadığından emin olmak için kontrol deneyleri yapmak önemlidir. Örneğin, E. coli , 10 mM'ye kadar konsantrasyonlarda SDS'yi tolere eder; Bununla birlikte, B. subtilis çok daha hassas 31 . Bu nedenle, B. subtilis ile çalışırken, 25 nm'yi elde etmek için ablasyon sıvısına toksik olmayan PVP konsantrasyonları (2 mM) ilave edilebilirparçacıkları.
Sıvılardaki lazerle ablasyon, post-ışınlama ile birlikte, çeşitli dispersiyon ve ebatlarda nanopartikül dağılımları üretmek için kullanılabilir. Bu, farklı bakteriler, metaller ve hatta alaşımlarla yapılan çalışmaları kolaylaştıracaktır. Nanoparçacık sentezi için PLAL kullanımı, antibakteriyel direncin artan meydan okumasıyla mücadele etmek için antimikrobiyal NP'ler geliştirmek için yeni bir yöntem sağlar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Acknowledgments
Bu çalışma National Science Foundation (NSF'nin DB'ye CMMI-0922946, DB'ye ve S.O'M'ye CMMI-1300920 ve S.O'M., DB ve EAK'e verilen CMMI-1531789) ve bir Busch Biyomedikal Araştırma Grubunun EAK ve S.O'M'e Verilmesi.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Nanosecond Nd:YAG laser | Ekspla | NL303 | |
| Motorized xy scanning stage | Standa | 8MTF | |
| UV-VIS spectrophotometer | Agilent | Cary 60 | |
| Dynamic light scattering unit | Malvern | Zetasizer ZS 90 | |
| Microbalance | Maktek | TM 400 | |
| Transmission electron microscope | Zeiss | EM 902 | |
| Silver foil target | Alfa Aesar | 12127 | |
| 250 mm focal length lens | Edmund Optics | 69-624 | |
| Copper TEM grids | Pacific Grid-Tech | Cu-400LD | Lacey/thin film coated grid |
| E. coli MG1655 | ATCC | 47076 | |
| Bacto tryptone | BD Biosciences | 211705 | |
| Yeast extract | BD Biosciences | 212750 | |
| Sodium chloride | Fisher Scientific | BP3581 | |
| Bacto agar | BD Biosciences | 214010 | |
| Sodium dodecyl sulfate | Fisher Scientific | BP166-100 | |
| Polyvinylpyrrolidone | Fisher Scientific | BP431-100 | |
| Stainless steel disc (for ablation stage) | Metal Remnants, Inc. | N/A | 1.5 inch diameter, 16 gauge |
| Beaker | Fisher Scientific | 02-540G | |
| Magnetic stir bar | Fisher Scientific | 14-513-57 | |
| Magnetic stir plate | Fisher Scientific | 11-100-49SH | |
| Laser energy and power meter | Coherent | 1098579 | |
| Carbon tape | Shinto Chemitron Co. Ltd. | STR Tape | |
| Sonicating water bath | Branson | 1510 | |
| Air compressor | GMC | Syclone 3010 | For drying ablation target |
| 75 mm focal length lens | Edmund Optics | 34-096 | Focusing lens for post-irradiation |
| Quartz cuvette | Precision Cells Inc | 21UV40 | 50 mm light path (for post-irradiation) |
| Kanamycin | Fisher Scientific | BP906-5 | |
| Light microscope | Nikon | 50i | This microscope is used to focus the laser on the ablation stage. This particular model is no longer available, but any light microscope with a 4X objective will work. |
| CCD camera | AmScope | MT5000-CCD | |
| Micrometer slide | Ted Pella | 2280-70 |
References
- Amendola, V., Meneghetti, M. What controls the composition and the structure of nanomaterials generated by laser ablation in liquid solution? Phys Chem Chem Phys. 15 (9), 3027-3046 (2013).
- Anastas, P., Eghbali, N. Green chemistry: principles and practice. Chem Soc Rev. 39 (1), 301-312 (2010).
- Mafune, F., Kohno, J. Y., Takeda, Y., Kondow, T., Sawabe, H. Formation of Gold Nanoparticles by Laser Ablation in Aqueous Solution of Surfactant. J Phys Chem B. 105 (22), 5114-5120 (2001).
- Rao, S. V., Podagatlapalli, G. K., Hamad, S. Ultrafast laser ablation in liquids for nanomaterials and applications. J Nanosci Nanotechnol. 14 (2), 1364-1388 (2014).
- Tsuji, T., et al. Preparation of silver nanoparticles by laser ablation in polyvinylpyrrolidone solutions. Appl Surf Sci. 254 (16), 5224-5230 (2008).
- Zeng, H., et al. Nanomaterials via laser ablation/irradiation in liquid: a review. Adv Funct Mater. 22 (7), 1333-1353 (2012).
- Naddeo, J. J., et al. Antibacterial Properties of Nanoparticles: A Comparative Review of Chemically Synthesized and Laser-Generated Particles. Adv. Sci. Eng. Med. 7 (12), 1044-1057 (2015).
- Elsayed, K. A., Imam, H., Ahmed, M. A., Ramadan, R. Effect of focusing conditions and laser parameters on the fabrication of gold nanoparticles via laser ablation in liquid. Opt. & Laser Tech. 45, 495-502 (2013).
- Kabashin, A. V., Meunier, M. Synthesis of colloidal nanoparticles during femtosecond laser ablation of gold in water. J Appl Phys. 94 (12), 7941-7943 (2003).
- Nichols, W. T., Sasaki, T., Koshizaki, N. Laser ablation of a platinum target in water I. Ablation mechanisms. J Appl Phys. 100 (11), 114911 (2006).
- Povarnitsyn, M. E., Itina, T. E., Levashov, P. R., Khishchenko, K. V. Mechanisms of nanoparticle formation by ultra-short laser ablation of metals in liquid environment. Phys Chem Chem Phys. 15 (9), 3108-3114 (2013).
- Mortazavi, S. Z., Parvin, P., Reyhani, A., Golikand, A. N., Mirershadi, S. Effect of Laser Wavelength at IR (1064 nm) and UV (193 nm) on the Structural Formation of Palladium Nanoparticles in Deionized Water. J Phys Chem C. 115 (12), 5049-5057 (2011).
- Kim, J., Reddy, D. A., Ma, R., Kim, T. K. The influence of laser wavelength and fluence on palladium nanoparticles produced by pulsed laser ablation in deionized water. Solid State Sci. 37, 96-102 (2014).
- Mortazavi, S. Z., Parvin, P., Reyhani, A., Mirershadi, S., Sadighi-Bonabi, R. Generation of various carbon nanostructures in water using IR/UV laser ablation. J Phys D: Appl Phys. 46 (16), 165303 (2013).
- Hunter, B. M., et al. Highly active mixed-metal nanosheet water oxidation catalysts made by pulsed-laser ablation in liquids. J Am Chem Soc. 136 (38), 13118-13121 (2014).
- Momma, C., et al. Short-pulse laser ablation of solid targets. Opt Commun. 129 (1), 134-142 (1996).
- Sonntag, S., Roth, J., Gaehler, F., Trebin, H. R. Femtosecond laser ablation of aluminium. Appl Surf Sci. 255 (24), 9742-9744 (2009).
- Yamashita, Y., Yokomine, T., Ebara, S., Shimizu, A. Heat transport analysis for femtosecond laser ablation with molecular dynamics-two temperature model method. Fusion Eng Des. 81 (8), 1695-1700 (2006).
- Zhigilei, L. V., Lin, Z., Ivanov, D. S. Atomistic modeling of short pulse laser ablation of metals: connections between melting, spallation, and phase explosion. J Phys Chem C. 113 (27), 11892-11906 (2009).
- Schmidt, M., et al. Lasers in Manufacturing 2011 - Proceedings of the Sixth International WLT Conference on Lasers in Manufacturing Metal Ablation with Short and Ultrashort Laser Pulses. Physics Procedia. 12, 230-238 (2011).
- Azam, A., Ahmed, A. S., Oves, M., Khan, M. S., Memic, A. Size-dependent antimicrobial properties of CuO nanoparticles against Gram-positive and-negative bacterial strains. Int. J. Nanomed. 7, 3527-3535 (2012).
- Ivask, A., et al. Size-dependent toxicity of silver nanoparticles to bacteria, yeast, algae, crustaceans and mammalian cells in vitro. PLoS One. 9 (7), e102108 (2014).
- Kim, T. H., et al. Size-dependent cellular toxicity of silver nanoparticles. J Biomed Mater Res A. 100 (4), 1033-1043 (2012).
- Raghupathi, K. R., Koodali, R. T., Manna, A. C. Size-dependent bacterial growth inhibition and mechanism of antibacterial activity of zinc oxide nanoparticles. Langmuir. 27 (7), 4020-4028 (2011).
- Plech, A., Kotaidis, V., Gresillon, S., Dahmen, C., von Plessen, G. Laser-induced heating and melting of gold nanoparticles studied by time-resolved x-ray scattering. Phys Rev B. 70 (19), 195423 (2004).
- Takami, A., Kurita, H., Koda, S. Laser-Induced Size Reduction of Noble Metal Particles. J Phys Chem B. 103 (8), 1226-1232 (1999).
- Kamat, P. V., Flumiani, M., Hartland, G. V. Picosecond Dynamics of Silver Nanoclusters. Photoejection of Electrons and Fragmentation. J Phys Chem B. 102 (17), 3123-3128 (1998).
- Yamada, K., Tokumoto, Y., Nagata, T., Mafune, F. Mechanism of laser-induced size-reduction of gold nanoparticles as studied by nanosecond transient absorption spectroscopy. J Phys Chem B. 110 (24), 11751-11756 (2006).
- Pecora, R. Dynamic Light Scattering Measurement of Nanometer Particles in Liquids. J. Nanoparticle Res. 2 (2), 123-131 (2000).
- Pyrz, W. D., Buttrey, D. J. Particle size determination using TEM: a discussion of image acquisition and analysis for the novice microscopist. Langmuir. 24 (20), 11350-11360 (2008).
- Ratti, M., et al. Irradiation with visible light enhances the antibacterial toxicity of silver nanoparticles produced by laser ablation. Appl Phys A. 122 (4), 1-7 (2016).
- Sajti, C. L., Sattari, R., Chichkov, B. N., Barcikowski, S. Gram Scale Synthesis of Pure Ceramic Nanoparticles by Laser Ablation in Liquid. J Phys Chem C. 114 (6), 2421-2427 (2010).
- Streubel, R., Barcikowski, S., Gokce, B. Continuous multigram nanoparticle synthesis by high-power, high-repetition-rate ultrafast laser ablation in liquids. Opt Lett. 41 (7), 1486-1489 (2016).
- Streubel, R., Bendt, G., Gokce, B. Pilot-scale synthesis of metal nanoparticles by high-speed pulsed laser ablation in liquids. Nanotechnology. 27 (20), 205602 (2016).
