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Synthese und Charakterisierung von neuartigen, antibakteriellen Chitosan-AgIO3-Bionanokomposits

Durch die Zunahme von Infektionskrankheiten und der Ausbildung von Antibiotikaresistenzen werden neue antibakterielle Substanzen notwendig. In der vorgestellten Studie wurden neuartige Chitosan-AgIO3-Bionanokomposits synthetisiert und ihre antibakteriellen Eigenschaften untersucht.

ENTWURF, SYNTHESE UND CHARAKTERISIERUNG EINES NEUEN UMWELTFREUNDLICHEN CHITOSAN-AgIO3-BIONANOKOMPOSITS UND UNTERSUCHUNG SEINER ANTIBAKTERIELLEN AKTIVITÄT

Ahghari, M.A., Ahghari, M.R., Kamalzare, M. et al. Design, synthesis, and characterization of novel eco-friendly chitosan-AgIO3 bionanocomposite and study its antibacterial activity. Sci Rep 12, 10491 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-14501-6

Die Zunahme bakterieller Infektionskrankheiten mit einem parallelen Anstieg von Antibiotikaresistenzen machen die Entwicklung und Synthese neuer antibakterieller Agenzien notwendig. Pathogene Mikroorganismen wie z.B. Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus saprophyticus, Staphylococcus aureus oder Escherichia coli werden herkömmlich mit Antibiotika wie Penicillin behandelt. Eine alternative Möglichkeit z.B. als Wundauflage kann Silberhydrazin sein.

Ein hohes Potential zur Bekämpfung von pathogenen Bakterien haben ebenfalls Nanomaterialien. Diese besitzen durch ihr hohes Oberflächen zu Volumen-Ratio eine große Kontaktoberfläche für Mikroorganismen. Bei einer Synthese durch Green Chemistry können Bionanomaterialien umweltfreundlich unter milden Reaktionsbedingungen synthetisiert werden. Als Materialien sind dabei Biopolymere wie z.B. Chitosan besonders interessant. Zum einen sind diese biologisch abbaubar und im Fall von Chitosan sorgt die Vielzahl von Hyroxid- und Amingruppen für eine hohe Modifikationsfähigkeit der Bionanokomposits.

Ein anderes Material was für seine antimikrobiellen Fähigkeiten bekannt ist, sind Silber-Nanopartikel (AgNPs). Diese Nanopartikel können durch die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies Zellmembranen von Mikroorganismen angreifen und sie dadurch eliminieren. Um all diese Fähigkeiten auszunutzen, wurden in der vorgestellten Studie Chitosan-AgIO3 Bionanokomposits hergestellt. Anschließend wurden diese analysiert und hinsichtlich ihrer antibakteriellen Fähigkeiten gegenüber verschiedenen Mikroorganismen (Staphylococcus aureus und Escherichia coli) charakterisiert. Dabei wurden die Bionanokomposits mit Penicillin und Silberhydrazin verglichen.

ERGEBNISSE

  • Veränderung FTIR-Spektrum von Chitosan nach Synthese mit AgIO3-NPs, Anwesenheit von Peaks bei 1072 cm-1 und 748 cm-1 weisen auf Bindung mit AgIO3-NPs hin
  • Nachweis von C, O, N, Ag und I über Röntgenspektroskopie → weitere Bestätigung der Kopplung von Chitosan mit AgIO3-NPs
  • Über SEM Beobachtung das AgIO3-NPs die Chitosanoberfläche bedecken, Nachweis einer Partikelgröße von 57 nm
  • Über Plattenauszählmethode wurden alle bakteriellen Kolonien von E. coli und St. aureus mit dem Chitosan- AgIO3-Bionanokomposits abgetötet
  • Bei Messung der optischen Dichte nach 3 h, 6 h und 18 h wurde die E. coli Zahl um 71,96 % (3 h), 84,37 % (6 h) und 85,1 % (18 h) verringert, die Anzahl von St. aureus um 64,7 % (3 h), 71,88 % (6 h) und 75,69 % (18 h)
  • Nachweis über Durchflusszytometrie, dass Mikroorganismen durch Chitosan-AgIO3-Bionanokomposits mittels ROS abgetötet werden → drei Mal höhere ROS-Werte als in der Kontrollgruppe

Zusammenfassung: In der vorgestellten Studie wurden erfolgreich Chitosan-AgIO3-Bionanokomposits synthetisiert. Dabei lagerten sich die AgIO3-NPs gleichmäßig auf der Chitosanoberfläche ab. Zudem wurde die antibakterielle Wirkung der Chitosan-AgIO3-Bionanokomposits über die Plattenauszählmethode und die optische Dichte bestätigt, die zum Teil mit herkömmlichen Wirkstoffen mithalten konnte. Insgesamt sind daher Chitosan-AgIO3-Bionanokomposits ein vielversprechender neuer Ansatz zur Bekämpfung mikrobieller Infektionen.

Link zum Artikel: Design, synthesis, and characterization of novel eco-friendly chitosan-AgIO3 bionanocomposite and study its antibacterial activity | Scientific Reports (nature.com)

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