Magnetic nanoparticles with antibacterial properties: Synthesis, characterization and biological applications

Abstract

V reakci na eskalující globální hrozbu rezistence bakterií vůči antibiotikům jsou nezbytné inovativní strategie na bázi nonotechnologií. Tato dizertační práce se zaměřuje na povrchově upravené magnetické nanočástice s vysokou antibakteriální aktivitou s cílem účinně bojovat proti rezistenci vůči antibiotikům. Konkrétně byly syntetizovány uniformní 16-nm Fe3O4 nanočástice teplotním rozkladem Fe(III) oleátu za stabilizace kyselinou olejovou ve vysokovroucím organickém rozpouštědle. Připraveny byly rovněž 8-nm částice γ-Fe2O3 koprecipitací Fe2+ a Fe3+ solí v zásaditém porostředí. Pro aplikace antibakteriálních částic v biologických médiích bylo zapotřebí, aby byly dobře dispergovatelné ve vodě. Proto byly magnetické částice obsahující hydrofobní povlak kyseliny olejové upraveny silikou v reverzní mikroemulzi voda v oleji. Následovala modifikace (3-merkaptopropyl)trimethoxysilanem a úprava stříbrnými nanoklastry, což vedlo ke vzniku Fe3O4@SiO2-Ag nanočástic. Kromě toho byly holé Fe3O4 částice pokryty Sipomerem PAM-200 obsahujícím fosfátové a methakrylátové skupiny usnadňující připojení k oxidu železa a umožňující (ko)polymerizaci s 2- (dimethylamino)ethyl-methakrylátem a/nebo 2-tert-butylaminoethyl-methakrylátem. Aby byly γ-Fe2O3 nanočástice antimikrobiální, byly modifikovány biokompatibilním dextranem...

In response to the escalating global threat of antibiotic resistance, innovative strategies are imperative. This thesis focuses on surface-engineered magnetic nanoparticles (MNPs) with potent antibacterial properties, aiming to combat antibiotic resistance effectively. Specifically, uniform 16-nm Fe3O4 nanoparticles were synthesized via oleic acid-stabilized thermal decomposition of Fe(III) oleate in a high-boiling organic solvent. Optionally, 8-nm γ-Fe2O3 particles were obtained by coprecipitation of Fe2+ and Fe3+ salts in a basic medium. For the application of antibacterial MNPs in biological media, water-dispersible nanoparticles were required. Hence, original magnetic particles containing hydrophobic oleic acid (OA) coating were modified with silica using a water-in-oil reverse microemulsion. Subsequent modification with (3-mercaptopropyl)trimethoxysilane and decoration with silver nanoclusters yielded Fe3O4@SiO2-Ag nanoparticles. Additionally, neat Fe3O4 particles were coated with Sipomer PAM-200 containing both phosphate and methacrylic groups, facilitating attachment to the iron oxide and enabling (co)polymerization with 2-(dimethylamino)ethyl methacrylate and/or 2- tert-butylaminoethyl methacrylate. Furthermore, γ-Fe2O3 nanoparticles were rendered antimicrobial through modification with...