Polymers in Medicine

Polim. Med.
Index Copernicus (ICV 2021) – 120.65
MNiSW – 70
Average rejection rate – 27.13%
ISSN 0370-0747 (print)
ISSN 2451-2699 (online) 
Periodicity – biannual

Download PDF

Polymers in Medicine

2013, vol. 43, nr 3, July-September, p. 129–134

Publication type: original article

Language: Polish

Wykorzystanie materiałów opartych na częściowo redukowanym tlenku grafenu z nanocząstkami srebra jako środków bakteriostatycznych i bakteriobójczych

Use of the Materials Based on Partially Reduced Graphene-Oxide with Silver Nanoparticle as Bacteriostatic and Bactericidal Agent

Anna Kędziora1,A,B,C,D, Yurij Gerasymchuk2,A,B,C,D, Ewa Sroka1,B, Gabriela Bugla-Płoskońska1,E,F, Włodzimierz Doroszkiewicz1,E,F, Zbigniew Rybak3,E, Darek Hreniak2,C, Wiesław Stręk2,A,F

1 Instytut Genetyki i Mikrobiologii, Wydział Nauk Biologicznych, Uniwersytet Wrocławski, Wrocław, Polska

2 Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych, Polska Akademia Nauk, Wrocław, Polska

3 Zakład Chirurgii Eksperymentalnej i Badania Biomateriałów, Uniwersytet Medyczny im. Piastów Śląskich we Wrocławiu, Wrocław, Polska

Streszczenie

Wprowadzenie. Otrzymywanie nanokompozytów o właściwościach antybakteryjnych jest podejmowane od kilkunastu lat. Wiele przeprowadzonych badań potwierdza antybakteryjną aktywność materiałów zawierających srebro lub oksygrafen.
Cel pracy. Zbadanie i opisanie właściwości bioaktywnych grafenu jako nośnika inkrustowanego nanocząstkami srebra. Materiały i metody: Badania mikrobiologiczne zostały wykonane na szczepach referencyjnych bakterii z gatunków Staphylococcus aureus ATCC 6538 (gronkowiec złocisty), Klebsiella pneumoniae ATCC 4352 (pałeczka zapalenia płuc) oraz Escherichia coli ATCC 11229 (pałeczka okrężnicy), a także na izolatach klinicznych szczepów należących do tych gatunków. Wrażliwość patogenów wyznaczono, określając minimalne stężenie hamujące wzrost (MIC) oraz minimalne stężenie bójcze (MBC) metodą seryjnych rozcieńczeń w bulionie według rekomendacji NCCLS (CLSI) doboru testów do oznaczania wrażliwości bakterii na antybiotyki lub chemioterapeutyki. Nanokompozyty scharakteryzowano pod względem strukturalnym, spektralnym i morfologicznym.
Wyniki. W wyniku przeprowadzonych badań mikrobiologicznych wykazano właściwości bakteriostatyczne (w zakresie 0,4–1,6 μg/ml) i biobójcze (w zakresie 0,4–3,2 μg/ml) otrzymanych nanokompozytów.
Wnioski. Otrzymane nanokompozyty mogą znaleźć zastosowanie w medycynie jako środek bakteriostatyczny i bakteriobójczy oraz stanowić bardzo skuteczną alternatywę wobec dotychczas stosowanych antybiotyków i chemioterapeutyków.

Abstract

Background. Researches have been synthesizing nanocomposites with antibacterial properties for a dozen of years. A lot of study have confirmed a high antibacterial activity of silver nanoparticles and oxygraphene. Silica, titanium dioxide and hydroxyapatites of 1–100 nm are used as carrier for these composites.
Objectives. To synthesise graphene-silver nanocomposites and to determine their antibacterial properties. Materials and Methods. The following bacteria strains from the American Type Culture Collection were tested: Staphylococcus aureus ATCC 6538 (Gram-positive bacteria), Escherichia coli ATCC 11229 (Gram-negative bacteria), Klebsiella pneumoniae ATCC 4352 (Gram-negative bacteria). Clinical isolates of bacteria strains (from wounds) were also tested (from species of Staphylococcus aureus, Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae). The antibacterial effect of nanocomposites was determined by minimal inhibitory concentration (MIC) and minimal bactericidal concentration (MBC) values according to the reference methods of Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI) for the determination of MICs of aerobic bacteria by broth microdilution. The samples have physical and chemical characteristics.
Results. The results showed bacteriostatic (0.4–1.6 μg/ml) and bactericidal (0.4–3.2 μg/ml) efficacy of composities.
Conclusion. The synthesized nanocomposites of graphene-oxide can be used in biology and medicine as bacteriostatic and bactericidal factor and may be used as an alternative to antibiotics and chemioterapeutics.

Słowa kluczowe

grafen, nanosrebro, materiały bakteriostatyczne i bakteriobójcze

Key words

graphen, nanosilver, bacteriostatic, biocide

References (21)

  1. Qi Bao et al.: Synthesis and characterization of silver nanoparticle and oxide nanosheet composites as a bactericidal agent for water disinfection. J. Colloid Interface Sci. 2011, 360, 463–470.
  2. Xiaoze Shi et al.: Graphene-based magnetic plasmonic nanocomposite for dual bioimaging and photothermal therapy. Biomaterials 2013, 34, 4786.
  3. Chunhua Dai et al.: One-step synthesis of reduced graphite oxide–silver nanocomposite. Materials Res. Bull. 2011, 46, 2004.
  4. Manash R. Das et al.: Synthesis of silver nanoparticles in an aqueous suspension of oxide sheets and its antimicrobial activity Colloids and Surfaces B. Biointerfaces 2011, 83, 16–22.
  5. Soon Wei Chook et al.: Antibacterial performance of Ag nanoparticles and AgGO nanocomposites prepared via rapid microwaveassisted synthesis method. Nanoscale Res. Let. 2012, 7, 541.
  6. Kühni W., Holst W.: Srebro koloidalne jako lek. Zdrowy antybiotyk. Wydawnictwo PURANA, 2011.
  7. Silver S., Phung L.T., Silver G.: Silver as biocides in burn and wound dressings and bacterial resistance to silver compounds. J. Industr. Microbiol. Biotechnol. 2006, 33, 627–634.
  8. Bugla-Płoskońska G., Leszkiewicz (Kędziora) A., Borak B., Jasiorski M., Drulis-Kawa Z., Baszczuk A., Maruszewski K., Doroszkiewicz W.: Bactericidal properties of silica particles with silver islands located on the surface. Int. J. Antimicrob. Agents 2007, 29, 738–748.
  9. Bugla-Płoskońska G., Jasiorski M., Leszkiewicz (Kędziora) A., Borak B., Baszczuk A., Brzeziński S., Malinowska G., Doroszkiewicz W.: Bakteriobójcze działanie immobilizowanych preparatów srebra i możliwość ich praktycznego zastosowania. Farm. Przegl. Nauk. 2008, 37 (2), 23–26 (a).
  10. Bugla-Płoskonska G., Jasiorski M., Leszkiewicz (Kędziora) A., Borak B., Drulis-Kawa Z., Baszczuk A., Maruszewski K., Doroszkiewicz W.: Silver nanoislands located on the silica spheres and its antimicrobial activity against Klebsiella pneumoniae strain. Nano Science and Nano Technology: Ind. J. 2008, 2, 45–47 (b).
  11. Kępiński E., Nawrot U., Seniuk A., Włodarczyk K., Białynicki-Birula R.: The in vitro effect of a silver-containing dressing on biofilm development. Adv. Clin. Exp. Med. 2009, 18 (3), 277–281.
  12. Jasiorski M., Leszkiewicz (Kędziora) A., Brzeziński S., Bugla-Płoskońska G., Malinowska G., Borak B., Karbownik I., Baszczuk A., Stręk W., Doroszkiewicz W.: Textile with silver silica spheres: its antimicrobial activity against Escherichia coli and Staphylococcus aureus. J. Sol-Gel Sci. Technol. 2009, 51, 330–334.
  13. Kędziora A., Stręk W., Kępiński L., Bugla-Ploskonska G., Doroszkiewicz W.: Synthesis and antibacterial activity of novel titanium dioxide doped with silver. J. Sol-Gel Sci. Technol 2012, 62, 79–86.
  14. Bugla-Płoskońska G., Leszkiewicz A.: Biologiczna aktywność srebra i jego zastosowanie w medycynie. Kosmos 2007, 1–2, 115–122.
  15. Kędziora A., Sobik K.: Oporność bakterii na srebro – problem stary czy nowy? Kosmos 2013, 62.
  16. Brodie B..: Sur le poids atomique du graphite. Ann. Chim. Phys. 1860, 59, 466–472.
  17. Szabo T. et al.: Enhanced acidity and pH-dependent surface charge characterization of successively oxidized graphite oxides. Carbon 2006, 44, 537–545.
  18. Yuetian Ji et al.: Bimetallic Ag/Au nanoparticles: A low temperature ripening strategy in aqueous solution Colloids and Surfaces A. Physicochem. Eng. Aspects 2010, 372, 204.
  19. Methods for Dilution Antimicrobial Susceptibility Tests for Bacteria That Grow Aerobically; Approved Standard – Fifth Edition M7-A5, NCCLS 2000, 20 (2).
  20. Hryniewicz W., Sulikowska A., Szczypa K., Skoczyńska A., Łuczak-Kadłubowska A, Gniatkowski M.: Rekomendacje doboru testów do oznaczania wrażliwości bakterii na antybiotyki i chemioterapeutyki. Narodowy Instytut Zdrowia Publicznego, Warszawa 2006.
  21. Physics and Applications of Graphene – Experiments (Edited by Sergey Mikhailov) – Chapter 5: Seung Hun Huh Thermal Reduction of Graphene Oxide, InTech 2011.