در سطح جهانی، عفونت های باکتریایی به عنوان یک مشکل جدی سلامت شناخته می شوند. جهش های باکتریایی جدید، مقاومت آنتی بیوتیکی، شیوع سویه های بیماری زا و غیره در حال افزایش است و بنابراین، توسعه عوامل ضد باکتریایی کارآمدتر موردنظر میباشد.
اکسید روی به دلیل خواص ضد باکتریایی خود از زمان های بسیار قدیم شناخته شده است .
این اکسید فلزی در زمان فراعنه استفاده می شده است و سوابق تاریخی نشان می دهد که حتی در سال 2000 قبل از میلاد نیز در بسیاری از پمادها ، اکسید روی برای درمان جراحات مورد استفاده قرار میگرفته است و هنوز هم در لوسیون های ضدآفتاب، به عنوان مکمل، مواد رسانای نوری، LED، ترانزیستورهای شفاف، سلول های خورشیدی، دستگاه های حافظه، لوازم آرایشی و کاتالیزور استفاده می شود.
اگرچه سالانه حجم قابل توجهی اکسید روی تولید می شود، اما مقدار بسیار کمی از آن به عنوان دارو استفاده می شود.
سازمان غذا و داروی ایالات متحده، اکسید روی را به عنوان عنصری ایمن معرفی کرده است.
این اکسید فلزی دارای خواص فوتوکاتالیستی و فتو اکسید کننده در برابر مواد بیوشیمیایی است.
بدن انسان حاوی حدود 2-3 گرم روی با نیاز روزانه 10-15 میلی گرم روی است .
هیچ گزارشی مبنی بر سرطان زایی، سمیت ژنتیکی و سمیت تولیدمثل در انسان گزارش داده نشده است. با این حال، استنشاق یا بلعیده شدن پودر روی ممکن است شرایطی به نام تب روی ایجاد کند که به دنبال آن تب، لرز، سرفه و غیره اتفاق می افتد.
مورفولوژی نانوذرات اکسیدروی به فرآیند سنتز آن بستگی دارد و ممکن است نانومیله ها، نانوصفحات، نانوکره ها، نانوجعبه ها، شش ضلعی، سه پایه، نانوسیم ها، نانولوله ها، نانورینگ ها و … باشند.
غذای آماده بیشتر مستعد ابتلا به عفونت سالمونلا، استافیلوکوکوس اورئوس و E. coli است که یک چالش بزرگ برای ایمنی و کیفیت مواد غذایی است. ترکیبات ضد میکروبی مانند نانو ذرات اکسیدروی در بسته بندی موادغذایی اضافه میشود تا از فاسد شدن آنها جلوگیری شود.
بسته بندی ضد میکروبی حاوی مواد غیر سمی است که رشد میکروب های موجود در مواد غذایی یا بسته بندی را مهار یا کند می کند.
یک ماده ضد میکروبی برای مصرف انسان باید دارای خواص زیر باشد:
الف) باید غیر سمی باشد ب) نباید با غذا یا ظرف واکنش نشان دهد. ج) باید خوش طعم یا بی مزه باشد. د) نباید بوی نامطبوعی داشته باشد.
نانو ذرات اکسید روی یکی از این اکسیدهای فلزی معدنی است که تمامی الزامات فوق را برآورده می‌کند و از این رو، می‌تواند با خیال راحت به عنوان دارو، نگهدارنده در بسته‌بندی و یک عامل ضدمیکروبی مورد استفاده قرار گیرد.
همچنین از تصاویر SEM و TEM نشان داده شده است که نانو ذرات اکسید روی ابتدا به دیواره سلولی باکتری آسیب می رساند، سپس نفوذ کرده و در نهایت در غشای سلولی تجمع می یابد. این نانوذرات با عملکرد متابولیک میکروب ها تداخل می کنند و باعث مرگ آنها می شوند.
تمام خصوصیات نانوذرات اکسیدروی به اندازه ذرات، شکل، غلظت و زمان قرار گرفتن در معرض سلول باکتری بستگی دارد.
از آنجایی که نانوذرات اکسید روی در غلظت های پایین بی ضرر هستند، آنزیم های خاصی را در انسان و گیاهان تحریک کرده و بیماری ها را سرکوب می کنند.
فعالیت ضدمیکروبی نانو ذرات اکسید روی به طور جهانی شناخته شده است و با نفوذ به غشای سلولی از رشد میکروارگانیسم ها جلوگیری می کنند.
نانو ذرات اکسید روی یکپارچگی غشای سلولی باکتریایی را مختل می‌کند، و رونویسی ژن‌های مقاوم به استرس اکسیداتیو در باکتری‌ها را کاهش می‌دهد.
آنها کشتن باکتری های داخل سلولی را با تولید ROS (گونه‌های فعال اکسیژن) افزایش می دهند.
این نانو ذرات تشکیل بیوفیلم را مختل می کنند و همولیز، به وسیله سم همولیزین تولید شده، عوامل بیماری زا را مهار می کند.
تجویز داخل پوستی نانو ذرات اکسید روی به طور قابل توجهی عفونت و التهاب پوست را در موش کاهش داده است و همچنین ساختار پوست آلوده را بهبود بخشیده است.
فعالیت ضد باکتریایی نانو ذرات اکسید روی وابسته به اندازه
در نتیجه یک مطالعه گزارش شده است که فعالیت ضدمیکروبی علیه باکتری های گرم منفی (E. coli و P. aeruginosa) و گرم مثبت (S. و Bacillus subtilis) به دلیل کاهش اندازه نانو ذرات اکسید روی و افزایش نسبت سطح به حجم، افزایش می یابد.
در این تحقیق، نانو ذرات اکسید روی حداکثر مهار رشد باکتری را در برابر B. subtilis نشان داده اند.
گروهی از محققان اثر اندازه نانو ذرات اکسید روی بر سمیت سلولی باکتریایی و انسانی را به طور انحصاری بررسی کرده‌اند و مشخص شده است که فعالیت ضد باکتریایی نانو ذرات اکسید روی با اندازه آنها نسبت معکوس و با غلظت آنها نسبت مستقیم دارد.
همچنین به این نتیجه رسیده اند که این نانو ذرات برای فعال سازی به نور UV نیاز ندارند و تحت نور معمولی یا حتی نور پراکنده خورشید فعالیت می کند.
این فعالیت ممکن است هم شامل تولید ROS (گونه‌های فعال اکسیژن) و هم تجمع نانوذرات در سیتوپلاسم یا روی غشای سلول خارجی باشد. با این حال، تولید H2O2 و دخالت آن در فعال سازی نانو ذرات را نمی توان نادیده گرفت.
در تحقیق دیگری نشان داده شده است که نانو ذرات اکسید روی با قطر 8 نانومتر از رشد استافیلوکوکوس اورئوس، E. coli و B.subtilis جلوگیری می کند.
نانو ذرات اکسید روی بین 12 تا 307 نانومتر انتخاب شدند و ارتباط بین فعالیت ضد باکتریایی و اندازه آنها را تایید کردند.
هنگامی که اندازه ذرات زیر 12 نانومتر باشد، رشد استافیلوکوکوس اورئوس را مهار می کند، اما زمانی که اندازه از 100 نانومتر بیشتر شود، اثر بازدارندگی کمتر است.
نانو ذرات در پلیمرها
بسیاری از عفونت های باکتریایی از طریق تماس با دستگیره در، صفحه کلید، شیر آب، وان حمام و تلفن همراه منتقل می شوند.
بنابراین، توسعه و پوشاندن چنین سطوحی با مواد ضد باکتری پیشرفته و ارزان قیمت کاری هوشمندانه و ضروری است تا از رشد آنها جلوگیری شود.
استفاده از چنین غلظت هایی از مواد ضد باکتری که ممکن است پاتوژن ها را از بین ببرند، اما انسان را نجات دهند، مهم است.
این ممکن است تنها در صورتی اتفاق بیفتد که آنها با یک پلیمر آبدوست زیست سازگار با هزینه کم پوشش داده شوند.
فعالیت ضد باکتریایی نانوذرات اکسیدروی مهندسی شده در برابر پاتوژن های گرم منفی و گرم مثبت، یعنی E. coli و S. aureus مورد بررسی قرار گرفت و با پودر اکسیدروی تجاری مقایسه شد.
پلیمر های پوشش داده شده با نانو ذرات کروی اکسید روی ، بیشترین تخریب سلولی باکتریایی را در مقایسه با پودر اکسید روی توده نشان داده اند.
نانوذرات ممکن است برای برخی از میکروارگانیسم‌ها سمی باشند، اما ممکن است برای برخی از آنها مواد مغذی ضروری باشند .
سمیت نانو ذرات اساساً مربوط به آسیب غشای سلولی میکروبی است که منجر به ورود نانو ذرات به سیتوپلاسم و تجمع آنها می شود.
تاثیر نانو ذرات بر رشد باکتری ها و ویروس ها تا حد زیادی به اندازه ذرات، شکل، غلظت، تجمع، فرمولاسیون کلوئیدی و pH محیط بستگی دارد.
