Copper-and zinc-based nanoparticles as antimicrobials

Abstract

Introdução: O aumento da resistência aos antimicrobianos atuais está a criar a necessidade para o desenvolvimento de novos agentes antimicrobianos, aos quais os micro-organismos não desenvolvam resistência facilmente. Nanopartículas parecem ser uma boa aposta nesta luta contra micro-organismos. De facto, tem-se verificado que diversos tipos de nanopartículas com base de metal, como prata, cobre e zinco, possuem atividade antimicrobiana. Apesar de a prata ter vindo a exibir maior atividade antimicrobiana, este elemento não faz parte da homeostase humana e apresenta algum potencial para citotoxicidade, sendo também mais caro que cobre e zinco. Estes, ainda que menos eficazes, são bons candidatos para a produção de baixo custo de nanopartículas com atividade antimicrobiana. Objectivo: Desenvolver estratégias de síntese de baixo custo para a produção de nanopartículas de cobre e de zinco com actividade antimicrobiana. Métodos: Síntese pelo aumento do pH de uma solução contendo cobre (II) ou zinco (II) e ligando(s), pela adição de uma base como hidróxido de sódio (NaOH). Modificações a este método foram feitas para a obtenção de diferentes fases minerais. As nanopartículas foram caracterizadas usando ICP-OES, DLS e XRD. A actividade antibacteriana foi determinada usando o método de micro-diluição em broth, usando placas de 96 poços. Resultados e discussão: Nanopartículas de cobre (oxo-hidróxidos, óxidos, fosfatos) foram sintetizadas usando diversos ligandos e diferentes condições de síntese. Estas nanopartículas eram instáveis quando diluídas em broth. Apesar de um aumento da atividade antimicrobiana ter sido obtida, é necessário um aperfeiçoamento para que estes materiais sejam viáveis como antimicrobianos. Nanopartículas de zinco obtidas usando cisteína como ligando não inibiram o crescimento bacteriano. Conclusão: Nanopartículas de diferentes composições e carga de superfície foram obtidas. Em alguns casos, houve um aumento da estabilidade e atividade antimicrobiana das nanopartículas de cobre em relação a trabalhos anteriores. As nanopartículas de zinco obtidas não inibiram o crescimento bacteriano.

Introduction: The growing resistance to current antimicrobials is creating the need for novel antimicrobial agents, to which microorganisms will not easily develop resistance. Nanoparticles seem to be a valuable option in this fight against microorganisms and antimicrobial activity has been reported for several types of metal-based nanoparticles, such as silver, copper and zinc. Although silver has been shown to have higher antimicrobial activity, this element is not part of the homeostasis of humans and presents some potential for cytotoxicity. It is also more expensive than copper and zinc. These although less effective, are good candidates for the cheap production of nanoparticles with antimicrobial activity. Aim: To develop cheap synthetic strategies for the production of copper and zinc nanoparticles with antimicrobial activity. Methods: Synthesis by increasing the pH of a solution containing copper (II) or zinc (II) and ligand(s), by adding a base such as sodium hydroxide (NaOH). Modifications to this method were made in order to obtain nanoparticles of a different mineral phase. The nanoparticles were characterised using ICP-OES, DLS, and XRD. The antibacterial activity was tested using the method of microdilution in broth, using 96-well plates. Results and discussion: Copper-based nanoparticles (oxo-hydroxides, oxides, phosphates) were synthesised using different ligands and different conditions of synthesis. These nanoparticles were unstable when diluted in broth. An increase in the antimicrobial activity was achieved, but further improvements are still required to make these materials viable antimicrobials. Zinc nanoparticles showed poor antibacterial activity. Conclusion: Nanoparticles of different compositions and surface charge were obtained. There was improvement in the stability and antibacterial activity of copper based nanoparticles in relation to previous work. Zinc nanoparticles did not inhibit bacterial growth.