単分子テンプレートから銀ナノ結晶クラスターまで：抗菌活性と細胞毒性のバランスをとる効果的な戦略

銀ナノ材料は、広範囲の抗菌活性のために大きな関心を集めています。ただし、特に直径が10 nm未満に減少する場合、高い抗菌効率と銀ナノ構造の生物学的細胞の低い損傷とのバランスをとることは依然として困難です。ここでは、驚くべき抗菌活性とほぼ非セト毒性を提示する単分子ミセルテンプレート法を介して、新しいタイプのAGナノハイブリッド材料を開発しました。第一に、水溶性の多目的マルチアーム星形のブラシのようなコポリマーα-CD-G- [（PEO40-G-PAA50）-B-PEO5] 18を正確に合成し、異なる溶媒でのミセルの挙動を明らかにしました。次に、Ag穀物（AG@テンプレートNCS）によって組み立てられたナノ結晶クラスターを、α-CD-Gの単分子ミセルを使用して、in situ redoxルートを介して調製しました[（PEO40-G-PAA50）-B-PEO5]エージェント。達成されたAG@テンプレートNCの全体的なサイズは、約40 nm（DHでDH）のテンプレート構造によって制御され、Ag粒のサイズは、1：1から1：1から1：1から1までのテンプレートのAGNO3/アクリル酸（AA）単位の給餌率を調整することにより、〜1〜5 nmに簡単に調節できます。テンプレートの構造設計から利益を得て、ここで準備されたすべてのAG@テンプレートNCは、異なる水性環境（ニュートラル、pH = 5.5、および0.9％NaCl生理学的生理食塩水）で優れた分散性と化学的安定性を示します。抗菌および細胞毒性試験は、AG@テンプレートNCSがAGナノ粒子（AG NP）よりもはるかに優れたパフォーマンスを示すことを示しています。ag@テンプレートNCSの細菌への抑制能力は、粒度に強く依存します。具体的には、最小粒（1.6±0.3 nm）によって組み立てられたAg@Template-1 NCは、最高の抗菌活性を示しています。大腸菌（ - ）の場合、MIC値は5μg/mL（0.36μg/mlのAg）という低いですが、黄色ブドウ球菌（+）の場合、値は約10μg/mL（0.72μg/mlのAg）です。L02細胞と乳酸デヒドロゲナーゼアッセイの生存率は、調製されたAG@テンプレートNCが所有する低細胞毒性を示しています。したがって、提案されているAG@テンプレートNC構造は、超高速AGナノ粒子の高い反応性、不安定性、高速酸化の問題を正常に解決し、生物学的細胞に対する高い抗菌効率と非毒性を1つのプラットフォームに統合します。

Silver nanomaterials have attracted a great deal of interest due to their broad-spectrum antimicrobial activity. However, it is still challenging to balance the high antibacterial efficiency with low damage to biological cells of silver nanostructures, especially when the diameter decreases to less than 10 nm. Here, we developed a new type of Ag nanohybrid material via a unimolecular micelle template method, which presents amazing antibacterial activities and almost noncytotoxicity. First, water-soluble multiarm star-shaped brushlike copolymer α-CD-g-[(PEO40-g-PAA50)-b-PEO5]18 was precisely synthesized and its micelle behavior in different solvents was revealed. Then, nanocrystal clusters assembled by Ag grains (Ag@Template NCs) were prepared through an in situ redox route using the unimolecular micelle of α-CD-g-[(PEO40-g-PAA50)-b-PEO5]18 as the soft template, AgNO3 as a precursor, and tetrabutylammonium borohydride (TBAB) as the reducing agent. The overall size of the achieved Ag@Template NCs is controlled by the template structure at around 40 nm (Dh in DMF), and the size of the Ag grain can be easily regulated from ∼1 to ∼5 nm by adjusting the feeding ratio of AgNO3/acrylic acid (AA) units in the template from 1:10 to 1:1. Benefitting from the structural design of the template, all Ag@Template NCs prepared here exhibit excellent dispersibility and chemical stability in different aqueous environments (neutral, pH = 5.5, and 0.9% NaCl physiological saline solution), which play a crucial role in the long-term storage and potential application in a complex physiological environment. The antibacterial and cytotoxicity tests indicate that Ag@Template NCs display much better performance than Ag nanoparticles (Ag NPs), which have a comparable overall size of ∼25 nm. The inhibitory capability of Ag@Template NCs to bacteria strongly depends on the grain size. Specifically, the Ag@Template-1 NC assembled by the smallest grains (1.6 ± 0.3 nm) presents the best antibacterial activity. For E. coli (-), the MIC value is as low as 5 μg/mL (0.36 μg/mL of Ag), while for S. aureus (+), the value is around 10 μg/mL (0.72 μg/mL of Ag). The survival rate of L02 cells and lactate dehydrogenase assay together illustrate the low cytotoxicity possessed by the prepared Ag@Template NCs. Therefore, the proposed Ag@Template NC structure successfully resolves the high reactivity, instability, and fast oxidation issues of the ultrasmall Ag nanoparticles, and integrates high antibacterial efficiency and nontoxicity to biological cells into one platform, which implies its broad potential application in biomedicine.