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表面活性劑驅動的銀納米膠體穩定化技術及其在生物和環境領域的應用
《Surfaces and Interfaces》:Surfactant-driven stabilization of silver nano colloids for biological and environmental applications
【字體: 大 中 小 】 時間:2026年02月27日 來源:Surfaces and Interfaces 6.3
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銀納米膠體(SNCs)表面活性劑輔助合成及其與生物大分子相互作用研究。采用葡萄糖還原法制備含離子和非離子表面活性劑的SNCs,通過UV-Vis、熒光光譜、動態光散射及TEM表征其特性,發現表面活性劑影響蛋白構象和DNA結合。通過MTT實驗、種子發芽毒性和斑馬魚胚胎毒性評估,證實含Tween 60的SNCs生物相容性最佳且毒性最低。
關鍵界面參數(如顆粒大小、表面電荷、膠體穩定性和聚集行為)對納米顆粒與生物和環境系統的相互作用具有決定性影響[7]。這些性質在水中和生物環境中受到表面功能化的強烈調節,因為納米顆粒會迅速與生物分子結合[8,9]。表面涂層不僅增強了膠體穩定性,還調節了納米-生物相互作用,包括蛋白質吸附、構象變化和核酸結合。因此,確定合適的表面改性劑是設計高效且安全的Ag NPs制劑的前提[[10], [11], [12], [13]]。
表面活性劑是一類多功能表面活性劑,能夠調控納米顆粒的成核、生長和膠體穩定性。盡管許多研究在合成后引入表面活性劑來調節納米顆粒-生物分子相互作用[14,15],但這些方法未能完全反映表面活性劑在納米顆粒形成過程中就已建立的表面化學和界面組織的影響[16,17]。相比之下,表面活性劑輔助的銀納米膠體系統在合成過程中就集成了表面活性劑,從而形成了內在功能化的持久表面層。這些表面層在任何生物相互作用之前定義了主要的表面化學性質、界面水合狀態和膠體結構,為納米-生物研究提供了根本不同的平臺[[18], [19], [20]]。
當暴露于生物環境中時,Ag NPs會與蛋白質和核酸發生相互作用,形成動態的納米-生物界面,影響生物分布、細胞攝取和毒性[6,21]。蛋白質的結構變化、變性以及DNA的相互作用對納米顆粒的表面特性(包括表面鈍化、電荷分布和界面水合狀態)非常敏感[10,22]。因此,系統地研究表面活性劑控制的表面化學與生物分子結構完整性和生物反應之間的聯系對于合理設計基于Ag NPs的系統至關重要。
先前的研究表明,表面功能化在平衡Ag NPs的生物活性和毒性方面起著關鍵作用。聚合物和表面活性劑包覆的納米顆粒(如殼聚糖或Tween穩定的系統)可以在保持強抗菌活性的同時,降低對正常細胞的細胞毒性[7,21]。光譜分析表明,Ag NPs與血清蛋白質(如牛血清白蛋白)的結合受靜電和疏水相互作用的影響,導致構象變化,這種變化取決于表面化學[12]。表面活性劑的類型也會影響納米顆粒的穩定性、表面電荷和殺菌效果,陽離子、陰離子和非離子表面活性劑表現出不同的效果[18]。混合表面活性劑-蛋白質涂層可增強納米顆粒的穩定性,調節界面蛋白質相互作用,并改善生物性能,包括靶向癌細胞和降低毒性[21]。這些研究強調了表面活性劑介導的界面化學在定義Ag NPs系統的物理化學性質和生物結果中的關鍵作用。然而,大多數研究(包括我們之前的工作)僅關注了一部分表面活性劑,并主要關注納米顆粒-蛋白質相互作用的光譜描述,而沒有系統地將表面活性劑化學與多層面的生物安全性聯系起來。仍需要一個綜合的表面科學框架,以便將表面活性劑穩定的銀納米膠體的納米-生物界面行為與相關體外模型中的生物相容性聯系起來。
在本研究中,通過對銀納米膠體(Ag-SNCs)進行全面的表面活性劑篩選,使用定量結合和結構分析繪制其與關鍵生物分子(血清白蛋白、膠原蛋白和質粒DNA)的相互作用圖譜,并在人類皮膚成纖維細胞、HT-29細胞、斑馬魚胚胎和Vigna radiata幼苗中進行分層毒性評估,確定了Tween 60穩定的Ag-SNCs作為一種穩定且生物相容的候選制劑。
試劑信息
硝酸銀(AgNO3)(99%)、氫氧化鈉顆粒(98%)、Tween 80(98%)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)(98%)、冰醋酸(98%)、磷酸二氫鉀和磷酸二氫鉀購自SDFCL。無脂肪的牛血清白蛋白(BSA)(99%)、人血清白蛋白(HSA)(99%)、膠原蛋白(99%)、十二烷基硫酸鈉(SDS)(99%)、十二烷基二甲基溴化銨(DDAB)(99%)、十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)(99%)等試劑也均從相應供應商處獲得。
銀納米膠體的穩定性
在研究納米顆粒分散體時,膠體穩定性是一個必須考慮的重要因素。有效的膠體穩定性可促進納米顆粒在體內的擴散和攝取,在評估生物環境中的濃度依賴性生物分子相互作用時尤為重要。觀察到CTAB-SNCs、SDS-SNCs、硬脂酸鈉-SNCs、脫氧膽酸鈉-SNCs和Tween 80-SNCs具有長期膠體穩定性(超過90天)。
結論
成功合成了表面活性劑穩定的銀納米膠體(SNCs),并系統地研究了其與關鍵生物分子(如血清白蛋白、膠原蛋白和DNA)的相互作用。紫外-可見光譜和熒光研究,結合電泳分析表明,Tween 60及相關非離子或陰離子表面活性劑包覆的SNCs保持了白蛋白、膠原蛋白和DNA的結構完整性,而CTAB和SDS基系統則改變了蛋白質的構象。
CRediT作者聲明
Shruti G. Bhatkalkar: 方法學設計、數據分析、調查、撰寫 - 原初草稿
Shagufta Khan: 數據管理、數據分析及撰寫 - 原初草稿
Dinesh Kumar: 調查、數據可視化、撰寫 - 審稿與編輯
Ahmad Ali: 監督、數據可視化、撰寫 - 審稿與編輯
Pamela Jha: 方法學設計、監督、數據可視化、撰寫 - 審稿與編輯
Kanchanlata Tungare: 方法學設計、數據可視化、數據分析、撰寫 - 審稿與編輯
Mustansir Bhori: 資源協調、文件整理
本文的研究數據
研究數據可應要求提供。
作者貢獻聲明
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Shagufta Khan: 數據管理、數據分析及撰寫 - 原初草稿
Dinesh Kumar: 調查、數據可視化、撰寫 - 審稿與編輯
Ahmad Ali: 監督、數據可視化、撰寫 - 審稿與編輯
Pamela Jha: 方法學設計、監督、數據可視化、撰寫 - 審稿與編輯
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CRediT作者貢獻說明
Shruti G. Bhatkalkar: 撰寫 - 原初草稿、數據可視化、調查、方法學設計
Shagufta Khan: 撰寫 - 審稿與編輯、數據驗證、方法學設計
Dinesh Kumar: 撰寫 - 審稿與編輯、調查
Ahmad Ali: 撰寫 - 審稿與編輯、數據驗證、監督
Pamela Jha: 撰寫 - 審稿與編輯、數據驗證、監督
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利益沖突聲明
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