Poly(lactide-co-glycolide) composites containing antibacterial silver nanoparticles : in vitro preliminary study

• Autorzy: Ziąbka M. , Mertas A. , Król W.

Warianty tytułu

PL

Kompozyty polilaktyd-ko-glikolid zawierające antybakteryjne nanocząstki srebra : wstępne badania in vitro

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work concerns the biological and morphological assessment of poly(lactide-co-glycolide)/silver nanoparticle (nAg) composites prepared by the slip-casting method. Due to the significance of the bactericidal properties of such materials, antibacterial activity against Gram-positive - Staphylococcus aureusand Gram-negative - Escherichia coliwas evaluated by means of the surface deposition method. By inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), it was possible to evaluate the amount of released silver ions and to determine their impact on the surrounding environment of bacteria. The material microstructure and dispersion of the modifier phase were estimated by using electron scanning microscopy with elemental analysis in micro-areas (SEM+EDS). The roughness and Theta angle measurements allowed us to define the surface character of the investigated materials. The tests of antibacterial efficacy proved that nanosilver-modified composites have bactericidal activity against the tested bacteria. The antibacterial efficacy of the tested materials depends on the amount of modifier phase (nAg). Along with an increasing volume fraction of modification phase, a different degree of the homogenization process was observed as well as a reduction in composite homogenization, a roughness increase and Theta angle decrease. At the same time, the composites showed higher wettability. Spectrometric analysis showed that the amount of released silver ions depends on the amount of nanoparticles present in the polymer matrix.

PL

W pracy przedstawiono ocenę morfologiczną i biologiczną kompozytów polilaktyd-ko-glikolid/nanocząstki srebra (nAg) otrzymanych w procesie odlewania folii. Materiały kompozytowe oraz polimer w czystej postaci poddane zostały testom oceny aktywności przeciwbakteryjnej. Skuteczność bakteriobójcza została oceniona wobec wzorcowych szczepów Gram-dodatnich bakterii Staphylococcus aureus oraz Gram-ujemnych bakterii Escherichia coli, wykorzystując w tym celu technikę osadzania powierzchniowego. Za pomocą techniki elektronowej mikroskopii skaningowej (SEM) oraz spektroskopii z dyspersją energii (EDS) przeprowadzono ocenę mikrostruktury oraz stopnia dyspersji fazy modyfikującej w matrycy polimerowej. Dzięki przeprowadzonym pomiarom profilometrycznym oraz kąta zwilżania określono charakter powierzchni badanych materiałów. Ilość uwolnionych jonów srebra oznaczono techniką spektrometrii mas ze wzbudzeniem w plazmie indukcyjnie sprzężonej (ICP-MS). Antybakteryjne działanie materiałów korelowano z ilością uwolnionych do otoczenia jonów srebra. Na podstawie wyników przeprowadzonych testów i obserwacji wykazano, że kompozyty polimerowe modyfikowane nanosrebrem wykazują działanie bakteriobójcze wobec wzorcowych szczepów Gram-dodatnich bakterii Staphylococcus aureus oraz Gram-ujemnych bakterii Escherichia coli. Skuteczność przeciwbakteryjnego działania badanych materiałów kompozytowych uzależniona była od ilości dodatku antybakteryjnego (nAg). Wraz z rosnącym udziałem fazy modyfikującej obserwowano niższy stopień homogenizacji kompozytów, wzrost chropowatości i spadek kąta zwilżania, ale tym samym kompozyty wykazywały wyższą zwilżalność. Największą skutecznością działania przeciwbakteryjnego wobec bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych wykazywały się kompozyty z dodatkiem trzech procent wagowych nanosrebra.

Słowa kluczowe

EN

polylactide-co-glycolide; nanocomposites; nanosilver; bactericidal properties

PL

polilaktyd-ko-glikolid; nanokompozyty; nanosrebro; właściwości bakteriobójcze

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 14, nr 3
• Strony: 155--162
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ziąbka M.

• AGH - University of Science and Technology, Department of Ceramics and Refractory Materials al. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Mertas A.

• Chair and Department of Microbiology and Immunology - Medical University of Silesia, The School of Medicine and Division of Dentistry in Zabrze, ul. Jordana 19, 41-808 Zabrze - Rokitnica, Poland

autor

Król W.

• Chair and Department of Microbiology and Immunology - Medical University of Silesia, The School of Medicine and Division of Dentistry in Zabrze, ul. Jordana 19, 41-808 Zabrze - Rokitnica, Poland

Bibliografia

• [1] Danilevicius P., Georgiadi L., et al. The effect of porosity on cell ingrowth into accurately defined, laser-made, polylactide-based 3D scaffolds, Applied Surface Science (2014).
• [2] Fonseca A., Gil M, Simões P., Biodegradable poly(ester amide)s - A remarkable opportunity for the biomedical area: Review on the synthesis, characterization and applications, Progress in Polymer Science 2014, 39, 1291-1311.
• [3] Pamula E., Menaszek E., In vitro and in vivo degradation of poly(L-lactide-co-glycolide) films and scaffolds, J. Mater. Sci: Mater. Med. 2008, 19, 2063-2070.
• [4] Dong Q., Laurence C., Chow L., et al., A new bioactive polylactide-based composite with high mechanical strength, Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 2014, 457, 256-262.
• [5] Blaker J.J., Nazhat S.N, Boccaccini A.R., Development and characterisation of silver-doped bioactive glass-coated sutures for tissue engineering and wound healing applications, Biomaterials 2004, 25, 1319-1329.
• [6] Jun Tian, Kenneth K.Y. Wong, Chi-Ming Ho, et al., Topical delivery of silver nanoparticles promotes wound healing, ChemMedChem 2007, 2, 129-136.
• [7] Kreth J., Kim D., Nguyen M., et al., The antimicrobial effect of silver ion impregnation into endodontic sealer against streptococcus mutant, The Open Dentistry Journal 2008, 2, 18-23.
• [8] Xiaoyi Xu, Qingbiao Yang, Yongzhi Wang, et al., Biodegradable electrospun poly(L-lactide) fibers containing antibacterial silver nanoparticles, European Polymer Journal 2006, 42, 2081-2087.
• [9] Armentano I., Arciola C., Fortunati, E., et al., The interaction of bacteria with engineered nanostructured polymeric materials: A Review, The Scientific World Journal 2014, Article ID 410423, 18.
• [10] Gong P., Li H., He X., Wang K., Hu J., Tan W., Zhang S., Yang X., Preparation and antibacterial activity of Fe3O4 and Ag nanoparticles, Nanotechnology 2007, 18, 604-11.
• [11] Klasen H.J., Historical review of the use of silver in the treatment of burns. I. Early uses. Burns 2000, 26, 117-130.
• [12] Marambio-Jones C., Hoek E. M.V., A review of the antibacterial effects of silver nanomaterials and potential implications for human health and the environment, J. Nanopart Res. 2010, 12, 1531-1551.
• [13] Wzorek Z., Konopka M., Nanosrebo - nowy środek bakteriobójczy. Czasopismo Techniczne 2007, 1Ch, 1-7.
• [14] Damm C., Munstedt H., Rosch A., The antimicrobial efficacy of polyamide 6/silver-nano- and microcomposites, Materials Chemistry and Physics 2008, 108, 61-66.
• [15] Rai M., Yadav A., Gade A., Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials, Biotechnology Advances 2009, 27, 76-83.
• [16] Gabriela Bugla-Płoskońska, Anna Oleszkiewicz, Biological activity of silver and its medical application, Kosmos 2007, 56, 115-122.
• [17] Russell H., Principles and Practice of Disinfection, Preservation and Sterilization, ed. Fraise A.P., Lambert P.A., Maillard J.-Y. Wiley-Blackwell 2004.
• [18] Bacterial Morphology, http://micro.digitalproteus.com/morphology2.php.
• [19] Sadeghi B., Jamali M., Kia Sh., Amininia A., Ghafari S., Synthesis and characterization of silver nanoparticles for antibacterial activity, International Journal of Nano Dimmension 2010, 1(2), 119-124.
• [20] Helsen J.A., Breme H.J., Metals as Biomaterials, Chapter 9 Biological response and biocompatibility 1998, 265-286.
• [21] Szczepański M., Kamianowska M., Skrzydlewska E., Wpływ hiperglikemii na procesy oksydacyjno-redukcyjne w komórkach śródbłonka ludzkiej żyły pępowinowej, Pol. Merk. Lek. 2007, XXIII, 136, 246.
• [22] Puzanowska-Tarasiewicz H., Kuźmicka L., Tarasiewicz M., Wpływ reaktywnych form azotu i tlenu na organizm człowieka, Pol. Merk. Lek. 2009, XXVII, 162, 496.
• [23] Webster T.J., Safety of nanoparticles - From manufacturing to medical applications, chapter 5 Biomedical Applications of Nanoparticles 2009, 89-106.
• [24] Ziąbka M., Mertas A., Król W. et al., Evaluation of biocompatibility and antibacterial properties of polysulphone/nanosilver composites. Pharmaceutical and medical biotechnology: new perspectives, Nova Science Publishers, Inc., New York, 2013, 273-283. (Recent Trends in Biotechnology).
• [25] Ziąbka M., Mertas A., Król W. et al., High density polyethylene containing antibacterial silver nanoparticles for medical applications, Macromolecular Symposia 2012, 315, 218-225.
• [26] Ziąbka M., Mertas A., Król W., Chłopek J. Wstępna ocena biologiczna kompozytów polioksymetylen, Inżynieria Biomateriałów 2009, 12, 8991, 196-199.
• [27] Speranza G., Gottardi G., Pederzolli C. et al., Role of chemical interactions in bacterial adhesion to polymer surfaces, Biomaterials 2004, 25, 2029-2037.