(Phys.org)-Forskare vid Rice University har löst en långvarig kontrovers om mekanismen genom vilken silver nanopartiklar, det mest använda nanomaterialet i världen, döda bakterier.

Deras arbete kommer med en Nietzsche-liknande varning:Använd tillräckligt. Om du inte dödar dem, du gör dem starkare.

Forskare har länge vetat att silverjoner, som strömmar från nanopartiklar när de oxideras, är dödliga för bakterier. Silver nanopartiklar används nästan överallt, inklusive inom kosmetika, strumpor, matbehållare, tvättmedel, sprayer och ett brett utbud av andra produkter för att stoppa spridningen av bakterier.

Men forskare har också misstänkt att silver nanopartiklar själva kan vara giftiga för bakterier, särskilt den minsta av dem på cirka 3 nanometer. Inte så, enligt Rice -teamet som rapporterade sina resultat denna månad i American Chemical Society journal Nano bokstäver .

Faktiskt, när möjligheten till jonisering tas bort från silver, nanopartiklarna är praktiskt taget godartade i närvaro av mikrober, sa Pedro Alvarez, George R. Brown Professor och ordförande för Rices civil- och miljötekniska avdelning.

"Du skulle bli förvånad över hur ofta människor marknadsför saker utan en fullständig mekanistisk förståelse för deras funktion, "sa Alvarez, som studerar nanopartiklarnas öde i miljön och deras potentiella toxicitet, särskilt för människor. "Prefixet" nano "kan vara ett tveeggat svärd. Det kan hjälpa dig att sälja en produkt, och i andra fall kan det väcka oro över potentiella oavsiktliga konsekvenser. "

Han sa att det raka svaret på den decennium gamla frågan är att de olösliga silver-nanopartiklarna inte dödar celler genom direktkontakt. Men lösliga joner, när den aktiveras via oxidation i närheten av bakterier, gör jobbet fint.

För att räkna ut det, forskarna var tvungna att ta bort partiklarna från sina krafter. "Vår ursprungliga förväntning var att ju mindre en partikel är, desto större toxicitet, "sade Zongming Xiu, en postdoktoral forskare och huvudförfattare till uppsatsen. Xiu gav sig ut för att testa nanopartiklar, både kommersiellt tillgängliga och specialsyntetiserade från 3 till 11 nanometer, för att se om det fanns ett samband mellan storlek och toxicitet.

"Vi kunde inte få konsekventa resultat, "sa han." Det var väldigt frustrerande och riktigt konstigt. "

Xiu bestämde sig för att testa nanopartikeltoxicitet i en anaerob miljö - det vill säga förseglad inuti en kammare utan exponering för syre - för att kontrollera silverjonernas frigöring. Han fann att de filtrerade partiklarna var mycket mindre giftiga för mikrober än silverjoner.

Arbetar med labbet för riskemisten Vicki Colvin, laget syntetiserade sedan silver -nanopartiklar inuti den anaeroba kammaren för att eliminera risken för oxidation. "Vi hittade partiklarna, upp till en koncentration på 195 delar per miljon, var fortfarande inte giftiga för bakterier, "Sa Xiu." Men för det joniska silveret, en koncentration på cirka 15 delar per miljard skulle döda alla närvarande bakterier. Det berättade att partikeln är 7, 665 gånger mindre giftiga än silverjonerna, indikerar en försumbar toxicitet. "

"Poängen med det experimentet, "Sa Alvarez, "skulle visa att många människor fick data som förvirrades av att joner släpptes, som inträffade under exponering de kanske inte var medvetna om. "

Alvarez föreslog att teamets anaeroba metod kan användas för att testa många andra typer av metalliska nanopartiklar för toxicitet och kan hjälpa till att finjustera de antibakteriella egenskaperna hos silverpartiklar. I deras tester, Risforskarna hittade också bevis på hormes; E. coli stimulerades av silverjoner när de stötte på doser som var för små för att döda dem.

"I sista hand, vi vill kontrollera hastigheten för (jon) frisättning för att få de önskade koncentrationerna som bara gör jobbet, "Alvarez sa." Du vill inte överskjuta och överbelasta miljön med giftiga joner medan du tömmer silver, som är en ädelmetall, en värdefull resurs - och ett något dyrt desinfektionsmedel. Men du vill inte underskrida, antingen."

Han sa att upptäckten borde flytta debatten om storleken, form och beläggning av silver -nanopartiklar. "Visst spelar de roll, "Sa Alvarez, "men bara indirekt, så långt som dessa variabler påverkar jonernas upplösningshastighet. Den viktigaste determinanten för toxicitet är silverjonerna. Så fokus bör ligga på massöverföringsprocesser och mekanismer för kontrollerad frisättning. "

"Dessa fynd tyder på att den antibakteriella appliceringen av silvernanopartiklar kan förbättras och miljöpåverkan kan mildras genom att modulera jonfrisättningshastigheten, till exempel, genom responsiva polymerbeläggningar, "Sa Xiu.