در این مطلب قصد داریم تا رفتار آنتی باکتریال نانو ذرات اکسید روی و مکانیزم های احتمالی این رفتار را تشریح کنیم و به این مساله بپردازیم که آیا رفتار آنتی باکتریال مربوط به نانو ذرات با ترکیب شیمیایی مشخص می باشد یا تمامی نانو مواد می توانند این ویژگی را ارائه دهند؟
نانو ذرات اکسید روی یکی از شناخته شده ترین ترکیبات دارای رفتار آنتی باکتریال مطلوب در کنار دیگر ترکیبات از جمله نانو ذرات نقره می باشند که در سالهای اخیر مورد توجه دسته وسیعی از صنایع قرار گرفته اند. در مبحث آنتی باکتریال همواره دو سوال مهم مطرح است: 1. این ویژگی مهم از کجا نشات گرفته و ساز و کار آن چگونه است؟ 2. آیا وجود این ویژگی در تمامی نانوذرات امکان پذیر است؟
برای فهم بهتر ساز و کار آنتی باکتریال نانو اکسید روی ابتدا لازم است تا ساختار یک سلول باکتری را بشناسیم. هر سلول با کتری از دو قسمت کلی تشکیل شده است: 1. بخش مرکزی که شامل آنزیم، پروتئین و دی ان ای (DNA) سلول و 2. بخش محافظتی که به آن دیواره سلول گفته می شود. دیواره سلول وظیفه محافظت از سلول و حفظ استحکام سلول باکتری را در برابر عوامل خارجی بر عهده دارد. در صورتیکه دیواره سلول در اثر عوامل خارجی تخریب شده و بخش مرکزی در معرض نفوذ این عوامل قرار گیرد آنگاه سلول تخریب شد و باکتری از بین می رود و یا از رشد باکتری جلوگیری می شود. بطور کلی در مبحث آنتی باکتریال هر ماده ای که توانایی نفوذ به دیواره سلول باکتری و تخریب آن را دارا باشد می تواند بعنوان ماده انتی باکتریال شناخته شود. اکسید روی به دلیل ماهیت نیمه رسانایی خود این قابلیت را دارد تا در یک سیستم بیولوژیکی طی اندرکنش هایی شیمیایی با سلول باکتری از رشد آن جلوگیری کرده و آن را از بین ببرد. تا بحال مکانیزم های مختلفی برای رفتار آنتی باکتریال اکسید روی توسط محقیقن ارائه شده است که در ادامه به آنها می پردازیم تا با نحوه کار نانو اکسید روی بعنوان ماده ضد باکتری بیشتر آشنا شویم.
سه تا از مهمترین مکانیزم های پیشنهاد شده برای رفتار ضد باکتری نانو ذرات اکسید روی به ترتیب اهمیت به شرح زیر است:
-
آزاد شدن ترکیبات واکنش پذیر بر پایه عنصر اکسیژن (Reactive oxygen species-ROS) از سطح نانو ذرات اکسید روی:
نانو اکسید روی به واسطه نیمه رسانا بودن خود زمانیکه در یک سیستم بیولوژیکی قرار می گیرد طی یک فرآیند فوتوکاتالیستی قرار گرفته و از سطح خود ترکیبات یونی واکنش پذیر بر پایه عنصر اکسیژن یا ROS را آزاد می نمایند. این ترکیبات که از واکنش پذیری بالایی برخوردار هستند ضمن تماس با دیواره سلول باکتری به داخل آن نفوذ کرده و منجر به تخریب دیوار محافظ سلول می گردد. پس از تخریب دیواره سلول، ROS ها به راحتی به بخش مرکزی سلول باکتری وارد شده و با تخریب دی ان ای، آنزیم و پروتئین سلول منجر به تخریب و یا عدم رشد باکتری می گردند.
-
آزاد شدن یون های Zn2+ از سطح نانو ذرات اکسید روی:
آزاد شدن یون Zn2+ از سطح نانوذرات اکسید روی زمانیکه که در سیستم بیلوژیکی قرار می گیرد از دیگر مکانیزم های جلوگیری از رشد باکتری می باشد. یون های آزاد شده از سطح نانو ذرات در سرتاسر دیواره سلول باکتری قرار گرفته و طی فرآیندهای بیو شیمیایی در سطح دیواره سلول منجر به تخریب آن شده و نهایتا مرگ و یا عدم رشد سل.ل های باکتری را به دنبال خواهد داشت. این مکانیزم بصورت عملی نیز توسط محققین آزمایش شده و صحت آن تایید شده است.
-
تخریب دیواره سلول توسط اندرکنش نانو ذرات اکسید روی با دیواره:
نتایج تحقیقات انجام شده نشان داده است که در محیط بیولوژیکی سطح سلول باکتری دارای بار الکتریکی منفی و سطح نانو ذرات اکسید روی دارای بار الکتریکی مثبت می باشد. بدین ترتیب نیروی جاذبه ایجاد شده بین نانو ذرات اکسید روی و سطح دیواره سلول منجر به تجمع نانو ذرات بر روی دیواره سلول می گردد. تجمع نانو ذرات در سطح دیواره سلول باعث ایجاد تنش سطحی در دیواره شده و در نهایت دیواره تخریب می گردد. در نتیجه این امر سلول باکتری کاملا تخریب شده و یا قابلیت تکثیر خود را از دست می دهد. در صورتیکه نانو ذرات اکسید روی دارای ابعادی کمتر از 10 نانومتر باشند می توانند به راحتی به دیواره سلول نفوذ کرده و منجر به تخریب دیواره و متعاقبا سلول باکتری گردند.
لازم به ذکر است که سه مکانیزم تشریح شده می توانند بصورت مجزا و یا همزمان با هم صورت گرفته و منجر به جلوگیری از رشد باکتری ها و یا مرگ آنها در محیط های آلوده شوند.
با توجه به مکانیزم های ارائه شده برای رفتار آنتی باکتریال نانو اکسید روی می توان با دقت بیشتری به موضوع دوم یعنی وجود رفتار ضد باکتری در سایر نانو مواد پاسخ داد. بصورت تئوری می توان گفت غیر از نانو اکسید روی و نانو ذرات نقره که شناخته شده ترین ترکیبات آنتی باکتریال می باشند، سایر نانو ذرات نیمه رسانا، نانوذرات با ابعاد کمتر از 10 نانومتر و نانو ذراتی که در ترکیب شیمیایی آنها عنصر روی و یا نقره وجود داشته باشد می توانند این خاصیت ضد باکتری را ارائه دهند. باید در نظر داشت که این موضوع نیازمند تحقیقات و آزمایشات میدانی بیشتر بوده و بطور قطع نمی توان به آن استناد نمود. صحت این موضوع در آینده نشان خواهد که داد که اکثر نانو ذرات سنتز شده در صنعت از این ویژگی برخوردار خواهد بود.
