聚乙二醇-金納米棒介導的近紅外光熱抑菌作用

馮曉燕 陳瑩 劉玉鵬 王春鵬 儲富祥

(中國林業(yè)科學研究院林產化學工業(yè)研究所；生物質化學利用國家工程實驗室；國家林業(yè)局林產化學工程重點開放性實驗室；江蘇省生物質能源與材料重點實驗室，南京210042)

聚乙二醇-金納米棒介導的近紅外光熱抑菌作用

馮曉燕 陳瑩＊劉玉鵬 王春鵬 儲富祥

(中國林業(yè)科學研究院林產化學工業(yè)研究所；生物質化學利用國家工程實驗室；國家林業(yè)局林產化學工程重點開放性實驗室；江蘇省生物質能源與材料重點實驗室，南京210042)

種子生長法合成縱向表面等離子體共振吸收峰為785 nm的金納米棒，并對其表面進行聚乙二醇(PEG)修飾，研究了表面修飾PEG的金納米棒(polyethylene glycol modified gold nanorods，PEG-GNR)的光熱轉化效應，并測試了其細胞毒性。以革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌、蠟狀芽孢桿菌，革蘭氏陰性菌大腸埃希氏菌及銅綠假單胞菌為細菌模型，詳細研究了PEG-GNR在808 nm波長近紅外激光照射下金納米棒濃度和照射功率對抑菌效果的影響。結果表明，PEG-GNR對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌在近紅外照射下均有較好的抑菌效果，并且抑菌效果與金納米棒的濃度和照射功率有著密切的關系；結合熒光顯微鏡和透射電子顯微鏡對細菌壞死狀況的觀察，初步證實細菌對PEG-GNR有效吸收是近紅外光熱殺菌的關鍵因素。

金納米棒；PEG修飾；光熱抑菌

細菌的耐藥性已成為全球醫(yī)療領域中倍受關注的問題，多藥耐藥性細菌的出現嚴重威脅著人類的健康[1-2]。人們?yōu)E用抗生素導致多藥耐藥細菌的種類越來越多，現有抗菌藥物的療效越來越小，這是人類公共保健領域面臨的最大挑戰(zhàn)之一。激光光熱療法是利用外加能量在含有病變的組織中產生一定范圍的高溫，達到殺死病原體細胞而不傷害正常細胞的目的[3-6]，由于沒有特異性的靶目標，因而不易產生耐藥性。用于光熱療法的激光主要使用可見光激光，但由于該波段激光對組織的穿透有限，因此激光熱療法具有一定的局限性[7]。近年來研究報道，利用光熱轉換材料，如有機光熱染料吲哚菁綠或者貴金屬和碳納米材料，能夠選擇性地增強病變部位的熱損傷從而提高治療效果[8-11]。眾所周知，金納米棒是一類經典的光熱轉換材料，具有合適比率的金納米棒在近紅外區(qū)域對激光能量有強烈的吸收效應，選擇與金納米棒縱向表面等離子共振(LSPR)波長相匹配的近紅外激光作為光源，能夠誘導皮下深層組織的金納米棒顆粒產生熱效應，促使細胞致死[11-13]。由于生物組織在近紅外區(qū)的光吸收很弱，金納米棒因其獨特的近紅外光吸收性和光穩(wěn)定性，能有效地代替光吸收染料在激光熱療中的應用。近年來，金納米棒在腫瘤治療光熱療法等方面得到了廣泛的關注和研究[14-16]，相比之下，金納米棒在抗菌感染光熱療法的報道卻很少見。由于激光光熱療法的抑菌機理與普通小分子抗生素的抑菌機理有著顯著的不同，因此研究金納米棒的近紅外光熱抑菌對于探索和解決細菌耐藥性的問題有著十分重要的意義。鑒于此，本研究通過種子生長法制備獲得了縱向等離子體峰為785 nm的金納米棒，并用mPEG5000-SH對其進行了表面修飾，制備在生理條件下更穩(wěn)定并有較長的體內循環(huán)時間的聚乙二醇修飾的金納米棒(PEG-GNR)，研究了在近紅外光照射下PEG修飾的金納米棒對各種測試菌(包括革蘭氏陽性菌金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、蠟狀芽孢桿菌(Bacillus cereus)、革蘭氏陰性菌大腸埃希氏菌(Escherichia coli)及銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)的抑菌效果。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑與儀器

實驗試劑：氯金酸(HAuCl4)、硼氫化鈉(NaBH4)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、硝酸銀(AgNO3)抗壞血酸、巰基化的聚乙二醇(mPEG5000-SH)為國產分析純試劑；活死細胞試劑盒(LIVE/DEAD BacLight kit，美國)；金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus，S. aureus，CICC10384)、蠟狀芽孢桿菌(Bacillus cereus，B.cereus，CICC10352)、大腸埃希氏菌(Escherichia coli，E.coli，CICC10354)和銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa，P.aeruginosa，CICC10351)購自中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心。

儀器：紫外可見分光光度計(UV-1800 SPECTROPHOTOMETER，上海美譜達)、透射電子顯微鏡(TEM JEOL-1010，日本)、酶標儀(ChroMat4300，美國)、Zeta電位分析儀(Zetasizer nano-ZS，MALVERN，英國)、近紅外光激光器(LE-LS-808-3000TFCA，深圳理歐光電公司)、熒光顯微鏡(Olympus X81，日本)。

1.2 聚乙二醇(PEG)修飾金納米棒(PEG-GNR)的制備

金納米棒溶液的制備[17]：6.25 mL二次蒸餾水中分別加入100 μL HAuCl4(0.01 mol·L-1)溶液，1.88 mL CTAB(0.2 mol·L-1)溶液，混合均勻后，再加入0.5 mL NaBH4(0.01 mol·L-1)溶液，加完后劇烈搖晃，得到棕黃色的溶液，即為金納米棒的種子溶液，將它置于30℃恒溫條件下靜置2 h，待用。在另一容器中分別加106.9 mL的二次蒸餾水，7.425 mL HAuCl4(0.01 mol·L-1)溶液和106.4 mL CTAB(0.2 mol·L-1)溶液，混合均勻后加入1.35 mL AgNO3(0.01 mol·L-1)和1.35 mL抗壞血酸(0.1 mol·L-1)溶液，該溶液為生長液，待此溶液變?yōu)闊o色后，加入1.8 mL上述金納米棒的種子溶液，混合均勻，30℃恒溫條件下靜置過夜，即得金納米棒溶液(CTAB-GNR)。將所得的金納米棒溶液置于4℃條件下靜置4 h，析出溶液中多余的CTAB分子，然后通過高速離心處理去除溶液中殘余的自由CTAB分子，并將溶液濃縮30倍(原子吸收光譜測得金溶液濃度最終為160.5 μg·mL-1)，超聲分散后與巰基化的聚乙二醇(mPEG5000-SH)溶液混合，mPEG5000-SH的最終濃度為2.0 mg·mL-1，靜置，過夜。最終所得的棕紅色溶液即為聚乙二醇(PEG)修飾的金納米棒(PEG-GNR)溶液，備用。

1.3 PEG-GNR的光熱轉換效應的測定

將制得的PEG-GNR溶液用二次蒸餾水稀釋到金濃度分別為2.41、3.21、4.82和9.63 μg·mL-1，各取1 mL溶液，用波長為808 nm的近紅外光激光照射上述各個濃度的PEG-GNR溶液22 min，定時記錄溶液的溫度，繪制近紅外光熱轉換曲線。

1.4 PEG-GNR體外細胞毒性測試

利用3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴鹽(MTT)法測試CTAB-GNR和PEG-GNR的細胞毒性。首先將小鼠胚胎成纖維細胞(NIH/3T3細胞)接種于96孔板，24 h后，把CTAB-GNR和PEGGNR溶液分別按照10，15，20，25和30 μL的體積分別加到各組細胞中，培養(yǎng)24 h后，每孔加入10 μL MTT溶液，4 h后分別向各孔加入150 μL DMSO溶液，最后使用酶標儀在波長570 nm處測定各孔的吸光度，計算細胞存活率。

1.5 PEG-GNR抑菌實驗

配置新鮮測試菌(金黃色葡萄球菌、蠟狀芽孢桿菌、大腸埃希氏菌及銅綠假單胞菌)溶液，調節(jié)細菌密度約為106CFU·mL-1。在96孔板各個測試孔中加入100 μL上述菌液，然后在不同的培養(yǎng)組中分別加入3、4、6、12 μL的PEG-GNR(160.5 μg·mL-1)溶液之后，補充一定體積的培養(yǎng)液使每個培養(yǎng)孔中的液體體積固定為200 μL。設置空白對照組、金納米棒組和金納米棒照射組(1 W和2 W)，每組3復孔，于恒溫37℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)4 h后，用設定的輸出功率近紅外激光照射，每孔5 min，然后37℃再培養(yǎng)18 h后，用酶標儀測試各孔的600 nm處的吸光值(OD600nm)。

1.6 細菌壞死實驗檢測

取1 mL新鮮大腸埃希氏菌菌液(106CFU· mL-1)，加入50 μL PEG-GNR(160.5 μg·mL-1)溶液，37℃恒溫條件下培養(yǎng)2 h，高速離心處理去除培養(yǎng)液后用已消毒處理二次蒸餾水稀釋分散至1 mL。取200 μL上述菌液加96孔板中，用808 nm波長的近紅外激光(1 W)照射5 min后，利用活死細菌染色試劑盒(LIVE/DEAD BacLight kit)對活死細菌進行染色，室溫避光靜置15 min后，取10 μL溶液用于熒光顯微鏡觀察。

1.7 細菌表面吸附情況檢測

取2mL新鮮大腸埃希氏菌菌液(108CFU·mL-1),高速離心去除上層培養(yǎng)液，用已消毒處理的二次蒸餾水將其稀釋分散至1 mL后，加入0.3 mL PEGGNR(160.5 μg·mL-1)溶液，37℃恒溫條件下培養(yǎng)2 h。使用透射電子顯微鏡專用銅網制備樣品并在室溫條件下晾干，在透射電子顯微鏡下觀察。

2 結果與討論

2.1 PEG-GNR的制備

圖1 (A)CTAB穩(wěn)定的金納米棒透射電鏡圖片;(B)表面修飾PEG的金納米棒透射電鏡圖片(C)CTAB穩(wěn)定的金納米棒及表面修飾PEG的金納米棒的紫外吸收光譜圖Fig.1(A)TEM image of CTAB-gold nanorods;(B)TEM image of PEG-GNR;(C)UV-Vis spectra of CTAB-GNR and PEG-GNR

本研究采用“晶種生長”(種子生長)的方法，使用高濃度的CTAB(0.2 mol·L-1)為模板劑和穩(wěn)定劑制備了CTAB分子穩(wěn)定的金納米棒。圖1A為制備的金納米棒的透射電子顯微鏡照片，顯示其平均長度約為42 nm，寬約為11 nm，長徑比約為3.8∶1；由紫外可見吸收光譜圖(圖1C)數據可知其橫向表面等離子體共振吸收峰(TSPR)為525 nm，縱向表面等離子體共振吸收峰(LSPR)為785 nm，因此已達到了近紅外區(qū)。由于在金納米棒的制備過程中，使用了大量的表面活性劑CTAB，自由的CTAB分子對細胞、蛋白質等生物分子具有生物毒性，限制了金納米棒在醫(yī)學等領域的廣泛應用[18-20]。本研究中為了消除CTAB的毒性影響和增加金納米棒的生物相容性，采用巰基化的聚乙二醇(mPEG5000-SH)修飾金納米棒。據文獻報道，相對于其他一般功能鍵，金屬-巰基鍵的鍵合力較強，生物分子聚乙二醇可以功能化一個脂肪巰基作為連接鏈，通過Au-S鍵鍵合到金納米棒上，可以使去除CTAB的金納米棒保持穩(wěn)定[5,21]。由圖1B觀察到金納米棒經過mPEG5000-SH分子修飾后的金納米棒基本保持原有的形貌，紫外可見吸收光譜數據顯示金納米棒在與mPEG5000-SH鍵合反應后，其橫向和縱向表面等離子體共振吸收峰發(fā)生輕微藍移，這是由于金納米棒周圍的溶液環(huán)境發(fā)生變化引起折射系數改變[22]，但mPEG5000-SH對金納米棒的修飾后并沒有改變金納米棒特有的光學性質。雖然有文獻報道PEG在金納米棒表面不能完全替代CTAB分子[23]，但是本研究中5 000分子量的PEG有一個10 nm的水合長度，這比CTAB的雙分子層長[24]，聚合物的刷子構像可以在未取代的CTAB外面形成一個交聯層，這樣就減少了正電的CTAB潛在的非特異性蛋白吸附，不但增強了金納米棒的生物相容性，還可以在高離子強度的環(huán)境中穩(wěn)定納米棒[25]。為了進一步證實PEG對金納米棒的成功修飾，通過測試金納米棒修飾前后的ζ電位，發(fā)現修飾后的金納米棒的表面電荷由原來的+40.3 mV降低到+19.6 mV，也就是說金納米棒表面的大部分的帶有正電荷的CTAB分子被無電荷PEG取代，屏蔽了一部分正電荷，使得金納米棒的表面電荷降低。經過PEG修飾的金納米棒溶液可以保持兩周以上的穩(wěn)定存在，并且其特有的光學性質也保持不變。

2.2 PEG-GNR的光熱轉換效應

為了進一步證實PEG表面修飾后的金納米棒具有良好的光熱轉化性能，我們研究了不同濃度的PEG-GNR溶液的光熱轉換效應。圖2A和B分別為1 mL不同濃度的PEG-GNR溶液(9.63、4.82、3.21、2.41 μg·mL-1)在輸出功率為1 W和2 W，照射面積為0.385 cm2，波長為808 nm的近紅外激光照射下溶液溫度與照射時間的關系曲線。如圖2所示，各濃度的PEG-GNR溶液在近紅外激光照射下立即產生熱效應，表現為溶液溫度逐步升高；溫度的升高大致可分為3個階段，首先是快速升高，然后逐漸變緩，最后保持不變。值得注意的是，溶液溫度的變化幅度是隨著PEG-GNR溶液的濃度和激光照射功率的增大而增大的。當激光器的輸出功率為2 W，金納米棒的濃度高于4.82 μg·mL-1時，溶液照射后的最高溫度可達到60℃以上。由此看來，通過改變PEG-GNR溶液的濃度、激光照射功率或者激光照射時間，可以控制金納米棒的光熱轉換速度及升溫幅度，促使局部過高熱，從而達到所需的理想有效的殺菌和抑菌效果。

2.3 PEG-GNR體外細胞毒性

利用MTT法我們評估了PEG-GNR的體外細胞毒性，分別測試了不同體積用量的PEG-GNR和CTAB-GNR溶液對小鼠胚胎成纖維細胞NIH/3T3細胞的相對存活率的影響。由圖3可知，在PEG-GNR各體積用量下，細胞的存活率都基本維持在90%以上，即使當用量為30 μL時，NIH/3T3細胞仍然具有很高的細胞存活率。而相對應的未經PEG修飾的CTAB穩(wěn)定的金納米棒，它對NIH/3T3細胞具有較高的毒性，細胞存活率很低。這一結論說明，經過PEG對金納米棒表面的修飾，能夠大大改善金納米棒的細胞毒性，有利于金納米棒的進一步生物利用。

圖2 PEG-GNR在近紅外激光輸出功率為(A)1 W和(B)2 W時的光熱轉換效應曲線Fig.2Photothermal conversional effect curve of PEG-GNR under the radiation of NIR laser with the output power(A)1 W and(B)2 W

圖3 PEG-GNR和CTAB-GNR對細胞的體外細胞毒性Fig.3In vitro cytotoxicity of PEG-GNR and CTAB-GNR against NIH/3T3 cells

2.4 近紅外光照對細菌的抑制作用

為了考察PEG-GNR在近紅外激光照射后對細菌生長的抑制作用，本研究選取大腸埃希氏菌和銅綠假單胞菌為革蘭氏陰性菌測試模型，金黃色葡萄球菌和蠟狀芽孢桿菌為革蘭氏陽性菌測試模型，詳細研究了PEG-GNR溶液對這4種菌的抑菌效果。實驗中設置了空白對照組(Control)，金納米棒無激光照射組(PEG-GNR group)，激光輸出功率為1 W的金納米棒激光照射組(1 W NIR group)和輸出功率為2 W的金納米棒激光照射組(2 W NIR group)4個實驗測試組。考慮到細菌對PEG-GNR的吸附或者胞吞需要一定時間，在激光照射前對細菌和PEGGNR溶液進行了預先共培養(yǎng)2 h，確保細菌細胞對PEG-GNR的有效吸收和吸附。圖4是不同測試菌與PEG-GNR溶液(9.63 μg·mL-1)共培養(yǎng)2 h后，激光照射5 min后再培養(yǎng)18 h的菌液OD600nm吸光值對比圖。如圖4所示，與空白對照組相比，金納米棒無激光照射組OD600nm吸光值僅僅略微減小，表明PEG修飾的金納米棒本身在無激光照射的情況下對各類細菌僅有微弱的抑制生長作用，但并未達到完全抑菌的效果。然而另一方面，金納米棒激光照射組卻表現出對所有測試菌株都具有較好的抑制生長效果。圖4中，兩組激光照射組(1 W和2 W)無論是對革蘭氏陰性測試菌還是革蘭氏陽性測試菌均表現出極顯著的抑菌效果，激光照射后再培養(yǎng)18 h，溶液OD600nm的吸光值仍然幾乎為零，也就是說測試菌與金納米棒共培養(yǎng)后經過1 W(或以上)激光照射后幾乎不再生長。根據圖4的結果，當PEG-GNR溶液濃度為9.63 μg·mL-1時，輸出功率為1 W的激光照射5 min即可達到理想的抑菌效果。

2.5 PEG-GNR溶液濃度對抑菌效果的影響

圖5A和B為激光照射輸出功率分別為1 W和2 W時，不同濃度的PEG-GNR溶液對各種測試細菌的抑制生長的情況。由圖可見，隨著濃度的增加PEG-GNR抑菌作用更加明顯。表1中總結了2種照射功率下PEG-GNR對測試菌的最低抑制濃度(MIC，μg·mL-1)。結果表明，PEG-GNR溶液濃度和激光照射功率對細菌的抑菌效果都起著決定性的作用。

表1 近紅外激光照射下PEG-GNR對不同菌的最低抑制濃度(MIC)Table 1Minimum inhabitation concentration(MIC) of the PEG-GNR to the different bacterium under the radiation of NIR laser

2.6 細菌壞死實驗檢測

我們對PEG-GNR介導的近紅外光熱殺菌機理進行了簡單的初步探索。這里使用了活死細菌染色試劑盒(LIVE/DEAD BacLight kit)對各組細菌樣品進行染色處理，經過染色后的死菌和活菌會在熒光顯微鏡下分別呈現紅色及綠色，便于我們觀察PEGGNR介導的近紅外光熱殺菌的情況。圖6中，A圖是空白對照組，B圖是大腸埃希氏菌與PEG-GNR溶液混合后，未經過預培養(yǎng)直接用激光照射(1 W)5 min后得到的細菌樣品的熒光顯微鏡圖片，圖中呈現的細菌基本都為綠色，沒有出現死亡的現象；C圖是菌液和PEG-GNR溶液共培養(yǎng)了2 h后但沒有使用激光照射的細菌樣品的熒光顯微鏡圖片，同樣細菌仍然基本呈現綠色，證實了PEG-GNR本身對細菌并沒有殺菌作用，這與圖4中所呈現的抑菌效果的結果是相符合的；D圖菌液和熒光顯微鏡溶液共培養(yǎng)了2 h后用激光照射(1 W)5 min后的細菌樣品的圖片，可以觀察到所有的細菌都呈現紅色死亡狀態(tài)，利用透射電子顯微鏡可以觀察到細菌與PEG-GNR共培養(yǎng)2 h后，細菌的細胞膜表面幾乎完全被PEG-GNR吸附(圖7)。因此，我們認為PEGGNR介導的近紅外光熱殺菌的一個必要條件是細菌對PEG-GNR的有效吸附，只有當細菌吸附或吸收了PEG-GNR后，PEG-GNR通過近紅外光的介導在細菌內部產生高能量的熱量，才能使細胞致死。

圖6 細胞壞死情況熒光顯微鏡圖片Fig.6FM images of the E.coli stained with the LIVE/ DEAD BacLight kit:

圖7 細菌與PEG-GNR共培養(yǎng)2 h后細菌的電鏡照片Fig.7TEM image of E.coli incubated with PEG-GNR for 2 h

3 結論

采用種子生長法，制備了LSPR為785 nm的金納米棒，并對其表面進行了PEG修飾。研究表明，表面修飾PEG的金納米棒對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌在近紅外照射下均有較好的抑菌效果，并且抑菌效果與金納米棒的濃度和照射功率有著密切的關系；細菌壞死實驗證實細菌對PEG-GNR有效吸收是近紅外光熱殺菌的關鍵因素。因此，表面修飾聚乙二醇的金納米棒介導的近紅外光熱法能夠有效的抑制細菌生長。由于抑菌機理與傳統的抗生素有著顯著的區(qū)別，近紅外光熱抑菌法的進一步研究與發(fā)展可能會為細菌耐藥性問題提供新的解決思路。

[1]Coenye T,Vandamme P.Environ.Microbiol.,2003,5(9):719-729

[2]Nikoobakht B,El-Sayed M A.Chem.Mater.,2003,15(10): 1957-1962

[3]SONG Wen-Zhi(宋文植),JIANG Ya-Ping(姜雅萍),JI Xiao-Hui(紀小會),et al.Chem.J.Chinese Universities(高等學校化學學報),2012,33(9):1886-1888

[4]Jo W,Freedman K,Yi D K,et al.Biofabrication,2011,3(1): 15002

[5]Niidome T,Akiyama Y,Yamagata M,et al.J.Biomater.Sci., Polym.Ed.,2009,20(9):1203-1215

[6]Letfullin R R,Joenathan C,George T F,et al.Nanomedicine, 2006,1(4):473-480

[7]QU Xiao-Chao(屈曉超),LIANG Jia-Ming(梁佳明),YAO Cui -Ping(姚翠萍),et al.Chin.J.Lasers(中國激光),2008,34 (11):1459-1465

[8]ZHENG Ming-Shan(鄭明彬),ZHENG Cui-Fang(鄭翠芳), GONG Ping(龔萍),et al.Prog.Biochem.Biophys.,2013,40 (10):971-976

[9]ZHANG Da(張達),ZHOU Fei-Fan(周非凡),XING Da(邢達). Chin.Sci.Bull.(科學通報),2013,58(7):586-592

[10]WU Song(吳松),XIAO Shao-Wen(肖紹文),LU Gui-Hua(盧桂花),et al.Chin.J.New Clin.Med.(中國臨床新醫(yī)學), 2013,6(6):531-534

[11]Kim J W,Shashkov E V,Galanzha E I,et al.Laser.Surg. Med.,2007,39(7):622-634

[12]Cho E C,Au L,Zhang Q,et al.Small,2010,6(4):517-522

[13]Huang W,Tsai P,Chen Y.Nanomedicine,2007,2(6):777-787

[14]Guo R,Zhang L,Qian H,et al.Langmuir,2010,26(8):5428-5434

[15]Cai W,Gao T,Hong H,et al.Nanotechnol.Sci.Appl.,2008, 3(1):17-22

[16]Ferrari M.Nat.Rev.Cancer,2005,5(3):161-171

[17]Nikoobakht B,El-Sayed M A.Chem.Mater.,2003,15(10): 1957-1962

[18]Alkilany A M,Murphy C J.J.Nanopart.Res.,2010,12(7): 2313-2333

[19]Nativo P,Prior I A,Brust M.ACS Nano,2008,2(8):1639-1644

[20]Takahashi H,Niidome Y,Niidome T,et al.Langmuir,2006, 22(1):2-5

[21]Niidome T,Yamagata M,Okamoto Y,et al.J.Controlled Release,2006,114(3):343-347

[22]Cai Z Y,Liu Y J,Lu X M,et al.J.Phys.Chem C,2013, 117(18):9440-9445

[23]Niidome T,Ohga A,Akiyama Y,et al.Bioorg.Med.Chem., 2010,18(12):4453-4458

[24]Dickerson,Erin B,Dreaden,et al.Cancer Lett.,2008,269 (1):57-66

[25]Moghimi S M,Hunter A C.Trends Biotechnol.,2000,18 (10):412-420

Near-IR Photothermal Antibacterial Effects of Polyethylene Glycol(PEG)Modified Gold Nanorods

FENG Xiao-YanCHEN Ying＊LIU Yu-PengWANG Chun-PengCHU Fu-Xiang
(Institute of Chemical Industry of Forestry Products,CAF China;Key Laboratory of Biomass Energy and Material, Jiangsu Province China;National Engineering Laboratory for Biomass Chemical Utilization China; Key and Open Laboratory on Forest Chemical Engineering,SFA,Nanjing 210042,China)

Gold nanorods(GNR)with longitudinal surface plasma resonance(LSPR)absorption at 785 nm were synthesized by seed-mediated growth method and their surface was modified with polyethylene glycol(PEG) macromolecular(PEG-GNR).The photothermal conversion effect and cytotoxicity of PEG-GNR were investigated. Different bacteria,including gram-positive bacterium Staphylococcus aureus and Bacillus cereus,gram-negative bacterium Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa were used to analyze the influences of concentration of PEG-GNR and laser output power on the inhibition effects.The results show that the PEG-GNR has good antibacterial properties for both Gram positive and negative bacterium under the radiation of near-IR laser.The concentration of PEG-GNR and laser output power determined antibacterial effects of the PEG-GNR.The preliminary investigation on the antibacterial mechanism was explored by studying of bacteria apoptosis status with fluorescence microscope and transmission electronic microscope,suggesting that the effective absorption of the PEG-GNR by the cells is one of the key factors in the process of photothermal antibiosis.

gold nanorod;PEG modified;photothermal antibacterial effect

TQ131.2

A

1001-4861(2015)02-0215-07

10.11862/CJIC.2015.059

2014-04-21。收修改稿日期：2014-12-02。

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項資金(No.CAFINT2010K04)，國家自然科學基金(No.31100427)和江蘇省自然科學基金(No.BK20131071)資助項目。

＊通訊聯系人。E-mail：yingchencaf@gmail.com