Ионы какого металла обладают бактерицидными свойствами

Обновлено: 17.05.2024

Бактерицидные свойства серебра известны с глубокой древности. Еще в Древней Индии с помощью этого металла обеззараживали воду, а персидский царь Кир хранил воду в серебряных сосудах.

Историк древнего мира Геродот приводит сведения о том, что в V веке до нашей эры персидский царь Кир во время походов пользовался питьевой водой, сохраняемой в серебряных “священных сосудах”. В религиозных индусских книгах встречаются упоминания об обеззараживании воды путем кратковременного погружения в нее раскаленного серебра, либо в результате длительного контакта с этим металлом в обычных условиях.

В некоторых странах существовал обычай при освящении колодцев бросать в воду серебряные монеты, тем самым улучшая качество воды, а также хранить воду в серебряных чашах. Американские первооткрыватели, путешествуя, часто клали серебряный доллар в молоко, чтобы задержать его скисание.

Широкое распространение при лечении ран серебро получило во время Великой Отечественной войны. Серебряную воду применяли при лечении свищей и язв, образовавшихся в результате костного туберкулеза и туберкулеза лимфатических желез с распадом и нагноением. Результаты лечения, как правило, были положительные: язвы и свищи, не закрывавшиеся у некоторых больных несколько лет, несмотря на систематическое лечение кварцем, рыбьим жиром, мазью Вишневского и другими препаратами, после применения серебряной воды полностью закрывались и заживали.

Пионером исследований в области серебра считают французского врача Бенье Креде, который в конце XIX века сообщил об успехах в лечении сепсиса ионами серебра. Продолжая исследования, он выяснил, что серебро в течение трех дней убивает дифтерийную палочку, в течение двух — стафилококки, а возбудитель тифа — за сутки.

В конце XIX столетия швейцарский ботаник ботаник Карл Негель установил, что причиной гибели клеток микроорганизмов является воздействие на них ионов серебра. Ионы серебра выступают в роли защитников, уничтожая болезнетворные бактерии, вирусы, грибки. Их действие распространяется более чем на 650 видов бактерий (для сравнения - спектр действия любого антибиотика 5-10 видов бактерий) . Интересно, что полезные бактерии при этом не погибают, а значит не развивается дисбактериоз, столь частый спутник лечения антибиотиками.

При этом серебро не просто металл, способный убивать бактерии, но и микроэлемент, являющийся необходимой составной частью тканей любого живого организма. В суточном рационе человека должно содержаться в среднем 80 мкг серебра. При употреблении ионных растворов серебра не только уничтожаются болезнетворные бактерии и вирусы, но и активизируются обменные процессы в организме человека, повышается иммунитет.

В 1942 гиду англичанину Р. Бентону удалось остановить эпидемию холеры и дизентерии, свирепствовавшую на строительстве дороги Бирма — Ассам. Бентон наладил снабжение рабочих чистой питьевой водой, обез¬зараженной с помощью электролитического рас¬творения серебра (концентрация серебра 0,01 мг/л) .

Когда бактерицидные свойства серебра были изучены, оказалось, что решающую роль здесь играют положительно заряженные ионы серебра Ag+.

Антибактериальные свойства и механизм бактерицидного действия наночастиц и ионов серебра Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Букина Ю. А., Сергеева Е. А.

Наночастицы серебра , как и другие наночастицы, характеризуются уникальными свойствами , связанными с высоким отношением их поверхности к объему, что определяет большую эффективность их действия. Серебро в ионном виде обладает бактерицидным , выраженным противогрибковым и антисептическим действием и служит высокоэффективным обеззараживающим средством в отношении патогенных микроорганизмов , вызывающих острые инфекции. Механизм действия серебра на микробную клетку заключается в том, что ионы серебра поглощаются клеточной оболочкой микроба, в результате чего его клетка остается жизнеспособной, но при этом нарушаются некоторые ее функции

Текст научной работы на тему «Антибактериальные свойства и механизм бактерицидного действия наночастиц и ионов серебра»

БИОХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ

Ю. А. Букина, Е. А. Сергеева АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА И МЕХАНИЗМ БАКТЕРИЦИДНОГО ДЕЙСТВИЯ

НАНОЧАСТИЦ И ИОНОВ СЕРЕБРА

Ключевые слова: Наночастица серебра, свойство, клетка, микроорганизм, антибактериальность, бактерицидность.

Наночастицы серебра, как и другие наночастицы, характеризуются уникальными свойствами, связанными с высоким отношением их поверхности к объему, что определяет большую эффективность их действия. Серебро в ионном виде обладает бактерицидным, выраженным противогрибковым и антисептическим действием и служит высокоэффективным обеззараживающим средством в отношении патогенных микроорганизмов, вызывающих острые инфекции. Механизм действия серебра на микробную клетку заключается в том, что ионы серебра поглощаются клеточной оболочкой микроба, в результате чего его клетка остается жизнеспособной, но при этом нарушаются некоторые ее функции.

Keywords: Silver nanoparticles, property, cell, microorganism, antibacterial, bactericidal.

Silver nanoparticles are characterized by unique properties that are associated with a high ratio of surface to volume ratio, it determines the high efficiency of their action. Silver in ionic form has bactericidal, fungicidal, and pronounced antiseptic and serves as a highly effective disinfectants against pathogens causing acute infections. The mechanism of action of silver on the microbial cell is that the silver ions are absorbed by the microbe cell membrane, resulting in his cell remains viable, but it violated some of its functions.

В настоящее время одна из быстро развивающихся областей современной

нанотехнологии - создание и использование наноразмерных частиц различных материалов.

Особое внимание в последнее время обращено на наночастицы серебра. Наночастицы серебра, как и другие наночастицы, характеризуются уникальными свойствами, связанными с высоким отношением их поверхности к объему, что определяет большую эффективность их действия. Большое внимание уделяется функциональной активности наночастиц серебра с точки зрения придания как бактерицидных, так и бактериостатических свойств различным материалам и изделиям. Наиболее эффективны для уничтожения болезнетворных микроорганизмов частицы серебра размером 9-15 нм. Они имеют чрезвычайно большую удельную площадь поверхности, что увеличивает область контакта серебра с бактериями или вирусами, значительно улучшая его бактерицидные действия. Таким образом, применение серебра в виде наночастиц позволяет в сотни раз снизить концентрацию серебра с сохранением всех бактерицидных свойств.

Наночастицы серебра применяются как биоцидная добавка - в форме модификатора, предназначенной для создания и производства новых материалов, покрытий и других видов продукции с биоцидными свойствами широкого спектра действия. Выбор нанокомпозитов серебра для пропитки текстиля обусловлен их значительными и неоспоримыми преимуществами перед всеми существующими антимикробными средствами, поскольку соединения серебра, обладая широким спектром антимикробной активности, во многом лишены недостатков, связанных с проблемой резистентности к ним патогенных микроорганизмов [1].

Серебро в ионном виде обладает бактерицидным, выраженным противогрибковым и антисептическим действием и служит высокоэффективным обеззараживающим средством в отношении патогенных микроорганизмов,

вызывающих острые инфекции. Кроме того, в последнее время повышенный интерес к серебру объясняется не только его мощными антибактериальными и противовирусными свойствами, но также и с выявленным действием его в организме как микроэлемента, необходимого для нормального функционирования органов и систем, иммунокорригирующими свойствами серебра. Серебро обладает иммуномодулирующими свойствами, значительно повышает специфическую защиту организма, особенно при ослабленном иммунитете.

Среди металлов серебро обладает наиболее сильным бактерицидным действием. При этом взаимодействие не самого металла, а его ионов с клетками микроорганизмов вызывает их гибель. Серебро проявляет высокую бактерицидную активность как по отношению к аэробным и анаэробным микроорганизмам (в том числе и к разновидностям, устойчивым к антибиотикам), так и к некоторым вирусам и грибам.

Исследования показали, что

чувствительность разных патогенных и непатогенных организмов к серебру неодинакова. Патогенная микрофлора намного более чувствительна к ионам серебра, чем непатогенная. Поэтому серебро действует избирательно, в большей степени уничтожая вредные микроорганизмы [2].

Механизм действия серебра на микробную клетку заключается в том, что ионы серебра поглощаются клеточной оболочкой микроба, в результате чего его клетка остается жизнеспособной,

но при этом нарушаются некоторые ее функции, например деление (бактериостатический эффект). Причем спектр противомикробного действия серебра значительно шире многих антибиотиков и сульфаниламидов. Серебро обладает более мощным антимикробным эффектом, чем пенициллин, биомицин и другие антибиотики, и оказывает губительное действие на штаммы (разновидности) бактерий, устойчивые к антибиотикам [3].

Таким образом, доказано, что ионы серебра оказывают различное противомикробное действие -от бактерицидного (способность убивать микробы) до бактериостатического (способность

препятствовать размножению микробов).

Очень важно, что при этом ионы серебра безвредны для клеток организма человека, в отличие от микроорганизмов.

Эффект уничтожения бактерий препаратами серебра чрезвычайно велик. Он в 1750 раз сильнее действия той же концентрации карболовой кислоты и в 3,5 раза сильнее действия сулемы. Уже при концентрации 0,1 мг/л серебро обладает выраженным фунгицидным действием. Действие растворов серебра при одинаковых концентрациях выше действия хлора, хлорной извести, гипохлорида натрия и других сильных окислителей. Растворы серебра являются самым эффективным средством при непосредственном соприкосновении с поверхностями, гноящимися и воспалёнными вследствие бактериального заражения [4].

Серебро обладает более мощным антимикробным эффектом, чем пенициллин, биомицин и другие антибиотики, и оказывает губительное действие на антибиотикоустойчивые штаммы бактерий. На золотистый стафилококк, вульгарный протей, синегнойную и кишечную палочки, представляющих особый интерес для клиницистов, ионы серебра оказывают различное противомикробное действие - от бактерицидного (способность убивать микробы) до

бактериостатического (способность препятствовать размножению микробов). В отношении золотистого стафилококка и большинства кокков оно иногда значительно превосходит по своей выраженности действие антибиотиков.

Среди многочисленных теорий,

объясняющих механизм действия серебра на микроорганизмы, наиболее распространенной является адсорбционная теория, согласно которой клетка теряет жизнеспособность в результате взаимодействия электростатических сил,

возникающих между клетками бактерий, имеющих отрицательный заряд, и положительно заряженными ионами серебра при адсорбции последних бактериальной клеткой.

В общих чертах механизм борьбы серебра с одноклеточными (бактериями) и бесклеточными микроорганизмами (вирусами) представляет следующее: серебро реагирует с клеточной

мембраной бактерии, которая представляет собой структуру из особых белков (пептидогликанов), соединенных аминокислотами для обеспечения механической прочности и стабильности. Серебро

взаимодействует с внешними пептидогликанами, блокируя их способность передавать кислород внутрь клетки бактерии, что приводит к «удушью» микроорганизма и его гибели.

Действие серебра специфично не по инфекции (как у антибиотиков), а по клеточной структуре. Любая клетка без химически устойчивой стенки (такое клеточное строение имеют бактерии и другие организмы без клеточной стенки, например, внеклеточные вирусы) подвержена воздействию серебра. Поскольку клетки млекопитающих имеют мембрану совершенно другого типа (не содержащую пептидогликанов), серебро никаким образом не действует на них [5].

Некоторые исследователи, объясняя механизм воздействия серебра на клетку, особое значение придают физико-химическим процессам. В частности окислению протоплазмы бактерий и ее разрушению кислородом, растворенным в воде, причем серебро играет роль катализатора. Имеются данные, свидетельствующие об образовании комплексов нуклеиновых кислот с тяжелыми металлами, вследствие чего нарушается стабильность ДНК и, соответственно, жизнеспособность бактерий. Также допускают, что одной из причин широкого противомикробного действия ионов серебра является ингибирование транс-мембранного транспорта №+ и Са2+, вызываемое серебром [6].

Таким образом, механизм действия серебра на микробную клетку заключается в том, что ионы серебра сорбируются клеточной оболочкой, которая выполняет защитную функцию. Клетка остается жизнеспособной, но при этом нарушаются некоторые ее функции, например деление (бактериостатический эффект). Как только на поверхности микробной клетки сорбируется серебро, оно проникает внутрь клетки и ингибирует ферменты дыхательной цепи, а также разобщает процессы окисления и окислительного фосфорилирования в микробных клетках, в результате чего клетка гибнет.

Перспективное направление в использовании биоцидных свойств наночастиц серебра -производство текстильной и полимерной продукции медицинского и бытового назначения. Прежде всего, это производство различных перевязочных материалов, текстиля медицинского назначения, а также спортивной одежды, экипировки и термобелья. Кроме того, использование изделий, изготовленных из текстильных материалов, модифицированных наночастицами серебра, позволяет добиваться различных эффектов терморегуляции тела человека, повысить эффективность работы кислороднотранспортной системы организма, поддерживать водно-жировой баланс, стимулировать работу иммунной системы, обмен веществ и регенерацию клеток. Текстильные материалы, модифицированные наночастицами серебра, могут быть использованы в качестве профилактических антимикробных средств защиты в местах, где возрастает опасность распространения инфекций: на предприятиях

общественного питания, в сельскохозяйственных и животноводческих помещениях, в детских, спортивных и медицинских учреждениях.

1. Букина, Ю.А. Получение антибактериальных текстильных материалов на основе наночастиц серебра посредством модификации поверхности текстиля неравновесной низкотемпературной плазмой / Ю.А. Букина, Е.А. Сергеева // Вестник Казанского технологического университета. - 2012. - № 7. - С. 125 -128.

2. Doer R. Zur Oligodinamie des Silbers / R. Doer, W.Bergner // Biochem. Zeitschr. -1922. -N131. -P. 351-356.

3. Брызгунов В. С. Сравнительная оценка бактерицидных свойств серебряной воды и антибиотиков на чистых культурах микробов и их ассоциациях / В.С. Брызгунов, В.Н. Липин, В.Р. Матросова // Научн.тр.Казанского мед.ин-та. -1964. -Т.14. -С. 121-122.

4. Иванов В.Н. Некоторые экспериментальные и клинические результаты применения катионов серебра в борьбе с лекарственно-устойчивыми микроорганизмами / В.Н. Иванов, Г.М. Ларионов, Н.И. Кулиш, М.А. Лутцева и др. // Серебро в медицине, биологии и технике. Сиб.отд. РАМН. - 1995. - №4 -С. 53-62.

5. Савадян Э.Ш. Современные тенденции использования серебросодержащих антисептиков / Э.Ш. Савадян, В.М. Мельникова, Г.П. Беликова // Антибиотики и химиотерапия. -1989. -N11. -С. 874-878.

6. Abramson J.J. Heavy metals induce rapid calcium release from sarcoplasmicreticulum vesicles isolated from skeletal muscule / J.J. Abramson, J.L. Trimm, L. Weden, G. Salama // Proc. nat. Acad Sci. - 1983. - Vol 80. -N6. - P. 1526-1530.

Импрегнация твердых тканей зуба препаратами серебра

Хатухова И.А. - студентка 4 курса стоматологического факультета
Научные руководители: Петрова А.П., Венатовская Н.В.

ФГБОУ ВО "Саратовский ГМУ им. В.И.Разумовского" Минздрава России Кафедра стоматологии детского возраста и ортодонтии

Резюме

В данной статье изложена методика серебрения молочных зубов, положительные и отрицательные стороны данной методики, препараты используемые для серебрения.

In this paper, the technique of silvering milk teeth, the positive and negative aspects of this method, the drugs used for silvering.

Ключевые слова

Введение

Методика серебрения очага поражения препаратами, содержащими соединения серебра, до настоящего времени остается методом выбора при лечении начальных форм кариеса временных зубов у детей. Данный метод является актуальным в отношении детей, не готовых к полноценному лечению кариеса, так как ионы серебра обладают антисептическими свойствами, что позволяет уничтожить патогенные микроорганизмы и приостановить процесс развития кариеса в молочных зубах.

изучить методику серебрения зубов у детей.

Материал и методы

Проанализированы различные статьи, периодические издания, а также учебные пособия по стоматологии.

Результаты

Мы изучили ряд научных статей на тему методики серебрения зубов.

О лечебных свойствах серебра и о его способности уничтожать патогенные микроорганизмы известно с давних времен. Как известно из истории, в медицине серебро первым применил Парацельс, который лечил ляписом (нитратом серебра) эпилепсию и желтуху. Вплоть до XXв. препаратами серебра лечили гнойные раны, ожоги, тиф и туберкулез [1,2,6]. Нитрат серебра (AgNO₃) впервые применили врачи-алхимики голланцец Ян-Баптист ван Гельмонт (1579-1644) и немец Франциск де ла Бое Сильвий (1614-1672). Они научились, при взаимодействии металла и азотной кислоты, получать нитрат серебра, которая имеет следующую химическую реакцию: Ag + 2HNO₃ = AgNO₃ + NO₂ + H₂O. Тогда и было обнаружено, что полученные с помощью такой химической реакции кристаллы серебрянной соли способны приводить к изменениям: остаются черные пятна при взаимодействии с биологическими тканями, а при длительном контакте возможны глубокие ожоги. Нитрат серебра - бесцветный или белый порошок, хорошо растворяющийся в воде, и чернеющий на свету с выделением металлического серебра [2,11,12]. Действие нитрата серебра основано на подавлении жизнедеятельности микроорганизмов. При малых концентрациях действует как противовоспалительное и вяжущее средство. При больших концентрациях прижигает живые ткани, так как образуются альбуминаты(белковые соединения)серебра при взаимодействии с биологическими тканями живого организма. Было доказано, что серебро способен убивать патогенные микроорганизмы, не уничтожая полезные. Новейшие исследования в этой области доказали большую роль серебра для человеческого организма [2,12].

Серебрение - это метод лечения кариеса в пределах эмали молочных зубов, который предусматривает использование препаратов на основе нитрата серебра. Данный метод в нашей стране долгие годы используется широко для профилактики и лечения кариеса у детей [8,12]. Как уже было сказано ранее, серебро в ионном виде обладает хорошим бактерицидным, противовирусным, противогрибковым и антисептическим действием и служит высокоэффективным обеззараживающим средством в отношении патогенных микроорганизмов. Ионы серебра быстро проникают внутрь микробной клетки, нарушают функцию клеточной оболочки и блокируют множество бактериальных ферментов, что приводит к гибели микроорганизмов. Именно поэтому высокая антисептическая активность и сильное бактерицидное действие серебра представляет широкий интерес в стоматологии [6,11]. Изначально серебрение зубов проводили 30% раствором нитрата серебра и восстановителей. Через некоторое время специалисты заметили, что данный раствор способен затрагивать глубокие слои дентина, что пагубно влияет на пульпу [1,2,13]. В настоящее время для серебрения молочных зубов используются безопасные препараты, в состав которых входит не только серебро, но и фтор, который способствует укреплению эмали [1,3,9]. Среди таких препаратов выделяется японский препарат “Saforide” (Kuraray dental, Япония), и его отечественный аналог - однокомпонентный препарат “Аргенат” (фирмы “ВладМиВа”, Россия) [1,2,3]. “Safiride” - препарат для лечения и профилактики кариеса, выпускается на основе диамина фтористого серебра. Имеет химическую формулу Ag(NH₃₎₂F. Данный препарат сочетает в себе преимущества нитрата серебра и фторидов, являясь более эффективным, чем нитрат серебра [1,2,10]. Препарат связывает сульфгидрильные и карбоксильные группы, ведущее к изменению конформации структуры белка, или вызывающая денатурацию. При распаде нитрата серебра ионы серебра вызывают осаждение белков, что обусловливает бактерицидное действие. При взаимодействии нитрата серебра и тканевых белков образуется альбуминат серебра, постепенно приобретающая черную окраску. Это связано с восстановлением металлического серебра. Взаимодействуя с активными ферментами, блокируются и нарушаются метаболические процессы в клетке микроорганизмов [5,13]. При взаимодействии препарата “Saforide” и гидроксиапатита происходит химическая реакция: Ca₁₀(PO₄₎₆(OH)₂ + Ag(NH₃₎₂F ===> Ag₃PO₄ + CaF₂ + (NH₄) + + (OH) - [5,11]. Активными веществами, входящими в препарат, являются Ag + и F - [5,7]. Таким образом, препарат “Saforide” обладает бактерицидным и антиферментным действием, замедляет образование зубного налета, предотвращает разрушение минеральных веществ, способствует окклюзии дентинных канальцев и кальцинированию [2,7,12].

“Аргенат” аналогичен препарату “Saforide” [3,10]. Однокомпонентный стоматологический материал “Аргенат” выпускается в виде бесцветной прозрачной жидкости, содержащей комплексную соль фторид диамминсеребра. “Аргенат” однокомпонентный: применяется при начальных формах кариеса молочных зубов; снижении чувствительности зубов; для серебрения корневых каналов зубов. Препарат не раздражает пульпу зуба, так как на поверхности дентина образуется фторид кальция, суживающий дентинные канальца, затрудняя проникновение ионов серебра; сохранение на длительное время бактерицидного действия [3].

Методика серебрения. Чтобы уменьшить очаг кариозного поражения и площадь окрашивания поврежденного зуба препаратами серебра следует провести реминерализующую терапию. Для этого необходимо наносить на очищенные от зубных отложений поверхности зубов препараты, содержащие кальций, фосфор и фтор (Tooth Mouse, R.O.C.S Medical Minerals, Tiefenfluorid, Amazing White Minerals) [7,8,9]. После проведения реминерализации твердых тканей зуба можно приступить к самой методике серебрения:

удаление зубных отложений, изоляция зубов от слюны ватными валиками, высушивание струей воздуха;
защита слизистой оболочки вазелиновым маслом;
нанесение кисточкой на поверхности зубов препарата, содержащего ионы серебра и осаждение солей серебра путем облучения фотополимеризационной лампой в течение 60 секунд;
курс лечения: 3 посещения через день. При необходимости повторить процедуру через 4-6 месяцев [2,10].

Обработанные зубы постепенно начинают темнеть. Темнеют только те участки зуба, где эмаль уже была поражена кариозным процессом, даже если визуально эти участки с начальным кариесом не были видны. Цвет здоровой эмали не изменяется [1,2].

Положительные стороны серебрения зубов:

процедура проходит достаточно быстро, не причиняя боли пациенту;
ребенка гораздо легче уговорить, так как методика является абсолютно безболезненной;
подходит для лечения молочных зубов даже у самых маленьких детей;
молочные зубы сохраняются до замены постоянными или до возможности проведения полноценного лечения;
ионы серебра обладают антибактериальным действием и эффективно останавливают патологический процесс в ротовой полости;
серебро не токсично, не оказывает на организм вредного действия;
доступен для среднего класса (дешевизна) [1,2,4,8].

данный метод не вылечивает кариес, а лишь замедляет патологический процесс, позволяя дождаться подходящего момента для полноценного лечения зубов и закрытия дефекта пломбой или до смены временных зубов на постоянные;
нарушается эстетика, так как при окислении нитрат серебра восстанавливается в серебро, окрашивая кариозные поражения в черный цвет;
методику можно проводить только при кариесе в пределах эмали, в противном случае можно спровоцировать некроз пульпы;
даже при наличии посеребренных зубов необходимо тщательно соблюдать гигиену полости рта, продолжая реминерализующую терапию и фторирование этих зубов [2,4].

Заключение

1) Серебро обладает бактерицидными, бактериостатическими, иммуномодулирующими, противовирусными свойствами.

2) Препараты, содержащие ионы серебра, взаимодействуют с кристаллами гидроксиапатита и образуют химическую реакцию, в результате которой продукты образования внедряются в протеины структуры зуба.

3) Методика серебрения проводится с предварительной реминерализующей терапией. На очищенные поверхности зуба наносится препарат на основе серебра. Процедуру проводит врач-стоматолог в стоматологическом кабинете.

4) Положительные стороны серебрения молочных зубов: безболезненность, дешевизна, минимальная затрата времени, сохранение молочных зубов до смены их постоянными. Минусы данной методики: паллиативность, нарушение эстетики молочных зубов, возможность развития осложнений в виде пульпитов.

Литература

1) Арутюнов С.Д., Свердлова М.Г., Кузьмичевская М.В. Новые возможности профилактики и лечения начальных форм кариеса у детей младшего возраста // Стоматология сегодня. 2007. №11. С. 9-12.

2) Сапронова О.Н. Применение серебра в стоматологии: Ученые записки СПбГМУ им. Акад. И.П.Павлова. 2010. Том XVII, № 4. С. 5-7.

3) Колесова О.В., Косюга С.Ю., Балабина Т.С., Володяшкина М.А., Веселов Д.В. Применение препарата “Аргенат” для лечения кариеса временных зубов у детей в возрасте двух-шести лет // Саратовский научно-медицинский журнал. 2011. Т.7(N1). С. 301-303.

4) Бутвиловский А.В. Изучение изменения химического состава твердых тканей пораженных кариесом временных зубов // Оригинальные научные публикации. 2015. № 7. С. 55-57.

5) Бутвиловский А.В., Бурак Ж.М., Петрович Н.И., Кармалькова И.С. Сравнительный анализ химического состава твердых тканей пораженного кариесом временных зубов после обработки фторидом диамминсеребра // Оригинальные научные публикации. Новые технологии в медицине. 2013. С. 89-92.

6) Трезубов В.Н., Семенов С.С., Афиногенов Г.Е., Афиногенова А.Г., Сапронова О.Н. Создание антибактериального материала, содержащего наносеребро, для базисов съемных зубных протезов // Стоматология. №2 (47). 2010. С. 22-23.

7) Детская терапевтическая стоматология / Национальное руководство под редакцией акад. РАН В.К. Леонтьева, проф. Л.П. Кисельниковой. М.: ГЭОТАР-Медиа. 2017. 952 с.

8) Персин Л.С., Елизарова В.М., Дьякова С.В. Стоматология детского возраста. - Изд. 5-е, перераб. и доп. М.: Медицина. 2003. 640 с.

9) Стоматология детского возраста. Часть 1. Терапия: учебник / В.М.Елизарова [и др.]. - 2-е изд., перераб.и доп. - в 3ч. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2016. 479 с.

11) Liu B.Y., Lo E.C., Chu C.H., Lin H.C. Randomized trial on fluorides and sealants for fissure caries prevention // Journal of Dent Res. 2012. Vol.91. № 8. P. 753.

12) Gao S.S., Zhao I.S., Hiraishi N., Duangthip D., Mei M.L., Lo E.C.M., Chu C.H. Clinical Trials of Silver Diamine Fluoride in Arresting Caries among Children A Systematic Review // JDR Clinical & Translational Research. 2016. P. 247.

13) Lemire J.A., Kalan L., Bradu A., Turner R.J. Silver oxynitrate, an unexplored silver compound with antimicrobial activity // American Society for Microbiology. All Rights Reserved. 2015. Vol. 59. № 7. P. 4031-9.

14) Rosenblatt A., Stamford T.C., Niederman R. Silver diamine fluoride: a caries “silver-fluoride bullet” // Journal of Dental Research. 2009. Vol. 88. № 2. P. 116-125.

Бактерицидные свойства ионов серебра

Об антибактериальном воздействии серебра на микроорганизмы было известно еще 4000 лет назад. Посуда из этого металла использовалась индийцами и древними греками для хранения напитков, а в Древнем Египте лекари прикладывали пластинки из серебра к ранам, чтобы ускорить их заживление. Славяне очищали воду, опустив на дно сосуда серебряное украшение. В конце XIX века было выявлено, что именно ионы серебра обладают бактерицидными свойствами, губительными для более 350 видов болезнетворных микробов.

Изучать влияние ионов серебра на клетки микроорганизмов начал швейцарский ученый Карл Негель в 80-е годы XIX века. По результатам многочисленных экспериментов он установил, что антибактериальными возможностями обладает не само серебро, а его ионы. При этом бактерицидный эффект металла прямо пропорционален концентрации ионов серебра: кишечная палочка погибает через 3 мин при концентрации 1 мг/л, через 20 мин — при 0,5 мг/л, через 50 мин — при 0,2 мг/л, через 2 ч — при 0,05 мг/л. В дальнейшем данное открытие получило подтверждение и других исследователей.

В современном мире научно доказано, что ионы серебра обладают следующими уникальными свойствами:

бактерицидные;
противовирусные;
противогрибковые;
обеззараживающие.

Преимущества ионов серебра

Применение ионов серебра для избавления от микроорганизмов имеет весомые преимущества по сравнению с использованием других широко известных антибактериальных средств.

Бактерицидное действие серебра в 3,5 раза превышает аналогичные свойства гидрохлорида натрия и хлорной извести и в 1750 раз эффективнее карболовой кислоты.
Серебро не образует токсических соединений и не обладает запахом.
Ионы серебра воздействуют более чем на 350 видов микробов, в том числе стрептококки, стафилококки, бактерии дизентерии и брюшного тифа, а антибиотики справляются только с 10 разновидностями бактерий и являются токсичными веществами, способными вызвать аллергию и нарушение микрофлоры. Антимикробный эффект ионов серебра распространяется на такие антибиотикоустойчивые бактерии, как золотистый стафилококк, вульгарный протей, синегнойную и кишечную палочку.

Биоцидные свойства суспензий наночастиц металлов и их оксидов

Появление новых инфекционных заболеваний и развитие лекарственной устойчивости у патогенных бактерий и грибов, увеличивается с угрожающей скоростью и вызывает серьезную озабоченность. Таким образом, необходимо разработать новые стратегии и синтезировать новые антимикробные агенты, которые можно создать доступным, быстрым и экологичным способом.

Благодаря высокой биологической активности, относительно низкой себестоимости и экологической безопасности наночастицы меди и цинка являются весьма перспективными для разработки антибактериальных средств.

Одним из перспективных направлений применения металлических и оксидных наночастиц является создание нового класса альтернативных антимикробных препаратов. Необходимость поиска таких биоцидных средств диктуется быстрым формированием устойчивости микроорганизмов к антибиотикам, рассматриваемая как серьезная угроза общественному здравоохранению.

В настоящее время существует большое число работ направленных на изучение антибактериальных свойств наночастиц металлов и их оксидов, обладающих широким спектром антибактериального действия и не вызывающих развития резистентности микроорганизмов.

Целью работы являлось исследование антибактериальных свойств суспензий наночастиц меди и оксида цинка в зависимости от типа и размера частиц, концентрации, дисперсионной среды и времени хранения коллоидных растворов, по отношению к бактериям E. Coli M-17.
В соответствии с поставленной целью были сформулированы конкретные задачи:
1. Исследовать влияние типа и размера частиц на антибактериальные свойства коллоидных растворов наночастиц меди и оксида цинка.
2. Установить наиболее эффективные концентрации частиц в коллоидных растворах, при которых антибактериальные свойства наночастиц были бы максимальны.
3. Установить влияние дисперсионной среды на бактерицидные свойства наночастиц меди и оксида цинка
4. Изучить влияние времени хранения суспензий наночастиц меди и оксида цинка на их антибактериальные свойства.

В работе исследовались наночастицы меди и оксида цинка разных размеров. Наночастицы меди были получены методом электрического взрыва проводников в среде аргона с добавкой водорода (10% об.) при давлении 1,52·10 5 Па, зарядном напряжении емкостного накопителя 24 кВ (диаметр проводника 0,3 мм, длина – 75 мм). Для сохранения устойчивости меди проводили пассивирование нанопорошка путем медленного окисления воздухом (производитель – ООО «Передовые порошковые технологии», Томск, Россия). Согласно производителю среднеарифметический размер частиц порошков составлял 50 нм (Cu1, удельная поверхность 12 м 2 /г) и 100 нм (Cu2, удельная поверхность 6.8 м 2 /г), форма частиц – сферическая.

Наночастицы оксида цинка получены методом химического осаждения. Наночастицы с заявленным размером 20 нм (ZnO1, удельная поверхность 50 м 2 /г) произведены компанией Nanostructured&AmorphousMaterials, Inc. (USA), частицы 100 нм (ZnO2) получены в НИТУ «МИСиС» (Россия).

Суспензии наночастиц готовили на основе дистиллированной воды
(рН=7, ±0,2,) и 9 %-ного раствора NaCl (рН 7, ±0,2). Навески нанопорошков
(10 мг) взвешивали при помощи аналитических весов ViBRAHT (ShinkoDenshi, Japan, (точность ±0,0001 г)) и всыпали в предварительно приготовленную среду для диспергирования и перемешивали стеклянной палочкой в течении 20 секунд. После перемешивания, суспензии обрабатывали в ультразвуковой ванне UltrasonicCleanerCD-4800 (Codyson, Китай) в течение 40 секунд (70 W, 44 Hz, объём – 1,4 л). Исходная концентрация частиц во всех растворах составляла 10 мг/л, из которой путем разбавления готовили суспензии с концентрацией меди: 1, 0.1, 0.01, и 0.001 мг/л дистиллированной водой или физиологическим раствором, соответственно.

Посуда для хранения проб и биотестирования промывалась смесью бихромата калия и серной кислоты (хромовой смесью). Стенки посуды осторожно смачивали хромовой смесью и оставляли на 2-3 часа, затем тщательно промывали водопроводной водой, нейтрализовали раствором пищевой соды и 3-4 раза промывали дистиллированной водой.

Для анализа токсических свойств использовали свежеприготовленные суспензии (не более 1 часа выдерживания) и суспензии со сроком хранения не более 24 часов.

Для сравнения использовались растворы, содержащие ионы Cu 2+ и Zn 2+ . Растворы готовились на основе дистиллированной воды (рН=7, ±0,2) проводимость 0,2 мкС и физиологического раствора (рН=7, ±0,2), путем растворения двуводной соли хорида меди (CuCl₂ * H₂O, GOST 4167-74, RussianFederation) и цинка хлористого (ZnCl₂, ГОСТ 4529-78, Россия).

В качестве тест-объекта использовался препарат лиофилизированных бактерий Е. Coli M-17 серии «Эколюм». Биосенсор «Эколюм» представляет собой лиофилизированные культуры люминесцентных бактерий, содержащиеся в среде инертных газов в специальных стеклянных флаконах. Производится в Российской Федерации согласно ТУ 2639-236-00209792-01.

Особенностью биосенсора является его способность изменять интенсивность спонтанной биолюминесценции при наличии в анализируемых пробах токсических веществ различной химической природы. Биосенсор обладает очень широким спектром действия на разнообразные химические соединения: тяжелые металлы, пестициды, фенолы, углеводороды и т. д.

Биосенсор имеет свидетельство о метрологической аттестации (4/7-93).

Для исследования токсичности растворов наночастиц меди и оксида цинка была использована биолюминесцентная методика, применяемая для микробиологической и молекулярно-генетической оценки воздействия наноматериалов на представителей микробиоценоза 4.

Метод основан на определении изменения интенсивности биолюминесценции генно-инженерного штамма фотобактерий E. Coli M-17 при воздействии наночастиц, присутствующих в анализируемой пробе, по сравнению с контролем. Критерием токсического действия является изменение интенсивности биолюминесценции тест-объекта в исследуемой пробе по сравнению с контрольной, не содержащей токсических веществ. Уменьшение интенсивности биолюминесценции пропорционально токсическому эффекту.

Токсическое действие исследуемой пробы наноматериала на бактерии определяется по ингибированию их биолюминесценции за 30-ти минутный период экспозиции. Количественная оценка параметра тест-реакции выражается в виде индекса токсичности Т, безразмерной величины, рассчитываемой по формуле: Т=100 (Iо - I)/ Iо, где Iо и I - интенсивность свечения контроля и опыта, соответственно, при фиксированном времени экспозиции исследуемой пробы с тест-объектом.

Методика допускает три пороговых уровня индекса токсичности:

1) допустимая степень: индекс токсичности Т от 0 до 20;

2) средняя степень: индекс Т равен от 20 до 50;

3) высокая степень: индекс токсичности Т равен или более 50.

Отрицательные значения индекса токсичности рассматриваются как отсутствие токсичности.

При определении индекса токсичности проводилось параллельное измерение контрольных и опытных проб. Для большей достоверности данных число повторов опытной пробы было увеличено до 5 измерений.

Результат токсикологического анализа – индекс токсичности – представляется в виде: x̅± σ. x̅– среднее арифметическое определение индекса токсичности для n повторов,
σ – среднее квадратичное отклонение, которые определяют по общепринятым формулам, представленным в презентации (слайд 1).

Измерения проводились на специализированном люминометре “Биотокс -10” (Россия). Первый этап тестирования проводился сразу после приготовления растворов, второй – через 24 часа. рН растворов фиксировалась перед каждым измерением при помощи цифрового рН-метра «рН-2005» SELECTA (Barcelona, Spain).

Экспериментальные данные, полученные в работе, после соответствующей статистической обработки представлены в виде совокупностей графиков, изображенных в презентации (слайды 2 и 3). Графики отражают зависимости проявляемых антибактериальных свойств от типа, размера частиц, времени хранения суспензий, типа дисперсионной среды, а так же концентрации наночастиц в растворах. Полученную совокупность графиков целесообразно разделить на 4 типа, соответствующих типу и размеру частиц, дисперсионной среде, концентрации растворов и времени хранения суспензий.

На слайде 2 приведены зависимости антибактериальных свойств меди от размера частиц и времени хранения их суспензий в водной среде. Наночастицы Cu1 в свежих суспензиях продемонстрировали аномальную токсичность. В водной среде антибактериальный эффект наблюдался при минимальной из исследуемых концентраций, затем исчезал, и вновь появлялся при максимальной концентрации. В среде физиологического раствора максимальный антибактериальный эффект наблюдался при средней (0,1 мг/л) и максимальной (10 мг/л) концентрациях, используемых в данной работе.

Наночастицы Cu2 не проявили биоцидного эффекта в водных суспензиях, однако в среде физиологического раствора наблюдалась средняя степень токсичности при максимальной из исследуемых концентраций.

Данные по частицам оксида цинка представлены на слайде 3. Видно, что в водной среде, при любой концентрации, наиболее высокая степень токсичности наблюдается у образца ZnO1. В физиологическом растворе, напротив, ZnO2 занял лидирующее место.

Таким образом наибольшей антибактериальной способностью обладают суспензии наночастиц оксида цинка. При этом для водных растворов большей степенью токсичности обладают наночастицы ZnO размером 20 нм, а для физиологических растворов – наночастицы ZnO размером 100 нм.

На 2 и 3 слайдах изображены графики, отражающие зависимость антибактериальных свойств от концентрации растворов наночастиц меди и оксида цинка. Полученные данные в целом свидетельствуют о том, что самую высокую степень токсичности по отношению к бактериям E. Coli M-17 проявляют растворы с самой высокой концентрацией – 10 мг/л, в независимости от размера частиц и дисперсионной среды. Исключением является свежеприготовленный образец Cu1 в физиологическом растворе (Слайд 2, Рис.2), проявивший высшую степень токсичности при концентрации 0.1 мг/л.

Полученные данные свидетельствуют о том, что наночастицы оксида цинка в целом обладают «классическими» биоцидными свойствами, т.е. с увеличением концентрации антибактериальный эффект возрастает. Таким образом оптимальной концентрацией наночастиц оксида цинка, при которой антибактериальные свойства частиц были бы максимальны является концентрация 10 мг/л. В случае с медью, зафиксированы «аномальные» антибактериальные эффекты, проявляющиеся в нелинейной зависимости токсичности от концентрации, что необходимо учитывать при разработке антибактериальных препаратов на основе наночастиц меди. Так, для образца Cu2, оптимальной является концентрация 10 мг/л, для меди Cu1 (50 нм) в свежеприготовленном физиологическом растворе – 0,1 мг/л.

На Рис. 6 и 7 изображены графики зависимости антибактериальной активности наночастиц Cu1 и Cu2 от дисперсионной среды суспензий частиц. Полученные данные свидетельствуют о том, что дисперсионная среда на образец Cu1 (24 часа) оказала слабое воздействие. При концентрации 10 мг/л, в водном растворе индекс токсичности образца – 0,91, в физиологическом растворе – 1,82. Суспензии наночастиц Cu2 (24 часа) в физиологическом растворе при концентрации 10 мг/л увеличели свой индекс токсичности до уровня 48 (средняя степень токсичности), в то время как в водном растворе индекс токсичности – 0,47.

Наночастицы ZnO1 и ZnO2 (24 часа), при концентрации 10 мг/л, в физиологических растворах так же показали увеличение индекса токсичности (Слайд 3). Так у образца ZnO1 (24 часа) в водной среде высший индекс токсичности – 90,1, в физиологическом же растворе – 90,4. ZnO2 имеет индекс токсичности в водной среде 64,2, в физиологическом растворе – 95,3.

Таким образом, можно заключить, что дисперсионная среда суспензий наночастиц металлов и оксидов металлов влияет на их антибактериальные свойства. Степень токсичности суспензий наночастиц увеличивается в физиологическом растворе.

С течением времени большинство растворов теряли антибактериальные свойства, за исключением суспензий Cu2 в среде физиологического раствора (Слайды 2 и 3). Для свежих водных растворов цинка отмечен существенный бактерицидный эффект при всех исследуемых концентрациях, однако по прошествии суток токсическое действие оказывали только максимальные концентрации – 1 и 10 мг/л.

Из приведенных данных следует, что время хранения не сильно сказывается на антибактериальных свойствах суспензий наночастиц металлов и оксидов металлов. Тем не менее, у свежеприготовленных растворов степень токсичности выше.

1. Наибольшую антибактериальную активность проявляют наночастицы оксида цинка. При этом для водных растворов большей степенью токсичности обладают наночастицы ZnO размером 20 нм, а для физиологических растворов – наночастицы ZnO размером 100 нм.

2. Наночастицы оксида цинка в целом обладают «классическими» биоцидными свойствами, т.е. с увеличением концентрации антибактериальный эффект возрастает. В случае с медью, зафиксированы «аномальные» антибактериальные эффекты, проявляющиеся в нелинейной зависимости токсичности от концентрации, что необходимо учитывать при разработке антибактериальных препаратов на основе наночастиц меди.

3. Дисперсионная среда суспензий наночастиц металлов и оксидов металлов влияет на их антибактериальные свойства. Степень токсичности суспензий наночастиц выше в физиологическом растворе.

4. Время хранения суспензий оказывает влияние на антибактериальные свойства наночастиц металлов и оксидов металлов. У свежеприготовленных растворов степень токсичности выше.

1. Tamayo L. A., Zapata P. A., Rabagliati F. M., Azócar M. I., Muñoz L. A., Zhou X., Thompson G. E., Páez M. A. Antibacterial and non-cytotoxic effect of nanocomposites based in polyethylene and copper nanoparticles // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. 2015 Mar;26(3):129. doi: 10.1007/s10856-015-5475-6. Epub 2015 Feb 19.

2. Shankar S., Teng X., Rhim J. W. Properties and characterization of agar/CuNPbionanocomposite films prepared with different copper salts and reducing agents // Carbohydrate Polymers. 2014 Dec 19 ; 114: 484-92. doi: 10.1016/j.carbpol.2014.08.036. Epub 2014 Aug 27.

3. Gunawan C., Teoh W. Y., Marquis C. P., Amal R. Cytotoxic origin of copper (II) oxide nanoparticles: comparative studies with micron-sized particles, leachate, and metal salts // ACS Nano. – 2011. – Vo.5. – P.7214–7225.

4. Midander K., Wallinder I.O., Leygraf C. In vitro studies of copper release from powder particles in synthetic biological media // Environmental Pollution. 2007. Vo.145. P.51-59.

Читайте также: