TiO@Agハイブリッドを有するキトサン/トラガカンスガムバイオナノコンポジットフィルムの生物活性と抗菌性のグリーン化

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Int. J. Biol. Macromol..2020 Jun;162:512-522. S0141-8130(20)33604-7. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.06.163.Epub 2020-06-20.

TiO@Agハイブリッドを有するキトサン/トラガカンスガムバイオナノコンポジットフィルムの生物活性と抗菌性のグリーン化

Green fabrication of chitosan/tragacanth gum bionanocomposite films having TiO@Ag hybrid for bioactivity and antibacterial applications.

Shadpour Mallakpour
Vahid Ramezanzade

PMID: 32569691 DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2020.06.163.

抄録

組織工学で使用されている一般的な材料は、天然由来のものであり、費用対効果に優れたものではありません。そこで、我々は多糖類であるキトサン（CS）とガムトラガカンス（GT）をベースとしたバイオナノコンポジット（バイオNC）フィルムを設計し、骨組織工学のために、環境に優しく、安全で、抗菌性の高いバイオNCフィルムを開発した。この目的のために、二酸化チタンナノ粒子（TiO NP）と緑銀（Ag）をドープしたTiO NP（TiO@Agハイブリッド）をナノフィラーとして採用し、CS-GT膜の特性を改善した。さらに、バイオNC膜の物理化学的特性を電界放出型走査型電子顕微鏡(FE-SEM),フーリエ変換赤外,X線回折,透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて調べた。FE-SEM像では、CS-GT/TiO@AgバイオNC膜は表面が粗く、TEM像ではTiO@AgハイブリッドのCS-GTマトリックスへの分散が良好であることが確認された。また、これらのバイオ-NC膜の生理活性試験を行った結果、調製したバイオ-NC膜の表面にはハイドロキシアパタイトが形成されていることが確認された。さらに、GTを添加することでCS-GTブレンドの抗菌性が向上することがわかった。最後に、作製したバイオNC膜の抗菌性を、紫外線照射の有無にかかわらず、大腸菌および黄色ブドウ球菌に対して調べたところ、いずれの条件においても、CS-GT/TiO@AgバイオNC膜(TiO:Ag=1:1)の方が抗菌性が高いことがわかった。

Common materials used in tissue engineering are not cost-effective and natural origin. Hence, we designed green, safe, and antibacterial bionanocomposite (bio-NC) films based on polysaccharides, chitosan (CS) and gum tragacanth (GT) for the bone tissue engineering. For this aim, different percentages of titanium dioxide nanoparticles (TiO NPs) and green silver (Ag)-doped TiO NPs (TiO@Ag hybrid) were employed as nanofiller to improve the properties of the CS-GT film. Moreover, the physicochemical characteristics of the bio-NC films were examined with a field-emission scanning electron microscope (FE-SEM), Fourier transform infrared, X-ray diffraction, and transmission electron microscopy (TEM). The FE-SEM images showed a rough surface for the CS-GT/TiO@Ag bio-NC films, and TEM images showed better dispersion of TiO@Ag hybrid than TiO NPs into the CS-GT matrix. Also, these bio-NC films were considered for the bioactivity test and the results showed formation of hydroxyapatite on the surface of the prepared bio-NC films. Furthermore, addition of GT led to an increase in the bioactivity of the CS-GT blend. Finally, antibacterial behavior of the prepared bio-NC films was investigated against Escherichia coli and Staphylococcus aureus bacteria with/without ultraviolet irradiation and the results indicated better antibacterial performance for the CS-GT/TiO@Ag bio-NC film (TiO:Ag = 1:1) under both conditions.