Antimicrobial chitosan nanofibers

NanoMicrobiol NanoBiotechnol, 2022 (1), 202214

DOI: 10.52547/nanomicrob.2022.1.4

Review

Silver and zinc enriched chitosan nanofibers as an antimicrobial wound dressing

Zahra Asvar 1* and Esmaeel Mirzaee1

1 Department of Medical Nanotechnology, School of Advanced Medical Sciences and Technologies, Shiraz university of Medical Sciences, Shiraz, Iran
* Correspondence: z_asvar@yahoo.com

Abstract

Forty percent of the world’s 50 million annual deaths are due to infectious diseases caused by microorganisms, and the resistance of these pathogens to antibiotics has become a serious health problem. Wound dressing provides a protective barrier against the external factors and can accelerate the wound healing process. In recent years, the production of antibacterial wound dressings using nanofibers along with nanoparticles with antimicrobial properties for controlling infectious wounds has received much attention. Although various metal nanoparticles and metal oxides have been used for many applications so far, their use in biological systems is challenging due to their accumulation in the biological system. Excessive release or overexposure to these nanoparticles can also bring some devastating effects such as skin disease, allergies, cancer, prolonged wound healing, and prolonged tissue regeneration. Imbedding of nanoparticles in a nanofiber structure can solve these problems. In addition to antimicrobial properties, nanoparticles can increase the contact surface and porosity of the polymer substrate of the nanofibers. Wound healing and antibacterial properties of chitosan would make it a desirable choice for fabrication of antimicrobial wound dressings. Also, due to their strong antibacterial effect, silver and zinc nanoparticles are the best candidates to functionalize the chitosan fibers. Current paper has a review over the application of silver and zinc nanoparticles for the fabrication of antimicrobial wound dressing based on the chitosan nanofibers.

Keywords: Ag nanoparticles; Chitosan; Electrospinning; Nanofibers; ZnO nanoparticles

1 مقدمه

پوست گسترده­ترین و خارجی­ترین اندام انسان است که مانعی بین محیط داخل بدن و محیط اطراف در برابر ورود عوامل بیماری­زا و از دست دادن آب فراهم می­کند و وظایفی مهم مانند تنظیم دما، سنتز ویتامین D و غیره دارد (1, 2). بنابراین هرگونه آسیب جزیی یا گسترده به این ارگان پوششی می­تواند موجب نقص در هموستازی و در نتیجه عملکرد اندام­های حیاتی گردد. از همین رو ضروری است که کلیه­ی آسیب­های وارده به ساختار پوست در اسرع وقت و با یک پانسمان مناسب پوشش داده شود (3). تخمین زده می­شود که سالانه تقریباً 313 میلیون نفر در سراسر جهان از زخم­های ناشی از جراحی رنج می­برند و 76 میلیون نفر تحت زخم­های ناشی از عوارض دیابت، چاقی، بیماری­های قلبی عروقی و غیره قرار می­گیرند (2). همچنین 40 درصد از 50 میلیون مرگ و میر سالانه در جهان به دلیل بیماری­های عفونی ناشی از میکروارگانیسم­ها مانند Escherichia coli، Pseudomonas aeruginosa ،Klebsiella pneumonia، Staphylococcus aureus است که مقاومت این عوامل بیماری­زا در برابر آنتی بیوتیک­ها تبدیل به یک مشکل جدی بهداشتی شده است (4).

زخم به عنوان یک اختلال در یکپارچگی پوشش اپیتلیال و بافت مخاطی پوست تعریف می­شود. با توجه به مدت زمان و ماهیت روند بهبودی، زخم­ها به دو دسته­ی حاد و مزمن طبقه بندی می­شوند. زخم حاد در اثر آسیب مکانیکی ناشی از عوامل خارجی به وجود می­آید که منجر به سایش بافت یا پارگی پوست می­شود و پروسه­ی بهبودی آن 12-8 هفته به طول می­انجامد (5). در مقابل، زخم­های مزمن که شایع­ترین نوع آن­ها زخم­های دیابتی هستند، مراحل عادی بهبودی زخم را طی نکرده و به­راحتی ترمیم نمی­شوند (5, 6). زخم­های مزمن زمانی اتفاق می­افتند که مکانیزم­های بهبودی طبیعی زخم در بدن به نحوی مهار یا مختل شوند و یا بافت­های آسیب دیده در معرض عوامل مضر محیطی قرار گیرند (7).

ترمیم زخم پاسخی اجباری به انواع محرک‌ها است که بر پوست یا هر عضوی تأثیر می‌گذارند. فرایند ترمیم زخم شامل چهار مرحله­ی هموستاز، التهاب، تکثیر و بازسازی است (8). ابتدا از سلول­های اطراف محل آسیب عوامل پیام­رسانی ترشح می­شوند که موجب کشاندن پلاکت­ها به سمت موضع زخم می­شوند. با اتصال پلاکت­ها به اندوتلیوم آسیب­دیده فرآیند هموستاز و انعقاد فعال شده، پلاکت­ها و فیبرین یک پلاک برای جلوگیری از خونریزی تشکیل می­دهند (9). طی 48 ساعت پس از آسیب و در صورت توقف خونریزی، مرحله­ی التهاب آغاز می­گردد که می­تواند سبب تسریع فرآیند بهبودی گردد. در این مرحله نوتروفیل­ها به عنوان اولین سلول­های جذب شده در محل ضایعه در از بین بردن عوامل خارجی و بافت آسیب­دیده نقش دارند. سپس مونوسیت­ها به ماکروفاژها تمایز پیدا کرده و از بافت­های اطراف به فضای خارج عروقی مهاجرت می­کنند (10). همچنین فیبروبلاست­ها در محل ظاهر شده و شروع به تولید رشته­هایی فیبری از جنس بافت پیوندی می­کنند که علاوه بر تامین استحکام کششی، بستری مناسب را جهت چسبیدن، رشد و تکثیر سلول­ها فراهم می­کنند (11). در مرحله تکثیر، سیتوکین­های ضد التهابی و فاکتورهای رشد مختلف ترشح شده توسط ماکروفاژهای M₂، تکثیر سلولی، رگ­زایی و تشکیل بافت گرانوله را تحریک می­کنند. در ادامه، سلول­های اپیتلیال شروع به پر کردن فضای خالی در منطقه زیر ضایعه می­کنند که نهایتا منجر به پر شدن محل ضایعه و بهبودی زخم می­شود. در مرحله­ی آخراز 2 تا 3 هفته پس از آسیب اولیه، بافت گرانوله به بافت اسکار بالغ تبدیل شده و مواد ماتریکس خارج سلولی مانند پروتئین­های فیبری، کلاژن، پلی­ساکاریدها، فیبرونکتین، گلیکوزآمینوگلیکان­ها و پروتئوگلیکان­ها بازسازی می­شوند (12, 13). از این رو ترمیم زخم که توالی پویا و پیچیده­ای است نیازمند محیطی مناسب است.

به طور کلی روش­های درمان زخم را می‌توان به دو نوع عمده طبقه بندی کرد: روش­­های سنتی (گاز، پنبه و بانداژ) که فقط زخم را از محیط خارجی جدا می­کنند و دارای معایب متعددی همچون ایجاد خشکی سریع در بستر زخم، نشت اگزودا و عفونت زخم، واکنش التهابی بدن به الیاف پنبه و نیز آسیب رساندن به بافت گرانوله در هنگام برداشتن پانسمان هستند (7, 14). از روش­های پیشرفته که محیط ترمیم زخم را مرطوب نگه می­دارند می­توان روش برداشتن بافت آسیب دیده یا عفونی (Debridement) ، درمان با استفاده از پلاسمای غنی از پلاکت (Platelet-rich plasma treatment) ، درمان با ایجاد خلاء منفی (Negative pressure wound therapy) ، سلول درمانی (Cell therapy) و استفاده از پوشش زخم (Wound dressing/healing) را نام برد (15).

پوشش زخم سدی محافظتی در برابر نفوذ عوامل خارجی فراهم می­آورد که می­تواند فرآیند ترمیم زخم را تسریع نماید. یک پوشش زخم ایده­آل باید دارای این خصوصیات باشد: تسهیل انتشار گاز­ها و مواد غذایی، حفظ رطوب در سطح زخم، حذف سریع ترشحات زخم، ممانعت از ورود عوامل بیماری­زا و همچنین تحویل کنترل شده­ی عوامل درمانی (16). غیرسمی و غیرآلرژیک بودن، عدم چسبندگی به زخم و دارا بودن قابلیت جداسازی بدون ایجاد آسیب به بافت در حال ترمیم نیز ازجمله مهم­ترین خصوصیات ساختاری یک پوشش زخم ایده­آل به شمار می­آیند (17).

امروزه توانایی ساخت پوشش­های زخم در فرم­های گاز استریل، فیلم، هیدروژل، پوست فاقد سلول شده (Decellularized skin)، هیدروکلوئید، فوم و نانوفیبر وجود دارد (18). نانوفیبر­ها به دلیل شباهت به ماتریکس سه بعدی خارج سلولی پوست، ساختار متخلخل با منافذ کوچک که باعث تسهیل تبادل گازها و مواد مغذی، انتقال عوامل پیام­رسان، تخلیه مایعات مترشحه از آن و در عین حال مانع از دست رفتن قطرات آب می­شوند، انتخاب ایده­آلی برای پانسمان زخم هستند (2, 19). در عین حال ساختار درهم پیچیده­ی شبکه­ی نانوفیبر­ی و اندازه­ی حفرات آن اجازه­ی رسیدن میکروارگانیسم­ها به سطح زخم را نمی­دهد. درنتیجه احتمال ایجاد طیف گسترده­ای از عفونت­های باکتریایی، قارچی و ویروسی تا حد قابل توجهی کاهش خواهد یافت (20, 21). همچنین ایجاد سطح واکنش­پذیری بالای این داربست­ها برای بارگذاری و تحویل دارو، مولکول­های زیستی و نانوذرات مساعد است که این ویژگی­ها، نانوفیبرها را به گزینه­ی مناسبی جهت استفاده در انواع پوشش­های زخم تبدیل می­کند (19, 22).

روش های متعددی برای تولید نانوفیبر­ها پیشنهاد شده­ است که اصلی­ترین آن­ها عبارتند از کشیدن (Drawing) ، خود آرایی (Self-assembly) ، جدایی فاز (Phase separation) ، استفاده از الگو (Template synthesis) و الکتروریسی (Electrospinning) (23).

الکتروریسی روشی برای تولید فیبر در مقیاس نانو و با استفاده از نیروی الکترواستاتیک است که از اوایل دهه­ی 1930 شناخته شد، اما تا دهه­ی 1990، زمانی که ثابت شد تعداد زیادی از پلیمر­های آلی قابلیت الکتروریسی با اندازه­های نانومتری را دارند، مورد توجه قرار نگرفته بود (24). به­طور عمده امروزه نانوفیبرها از طریق تکنیک الکتروریسی تولید می­شوند که روشی ساده، مقرون به صرفه، تکرارپذیر و با تنوع بالا در انتخاب مواد اولیه و کنترل روی محصول نهایی با تقلید عالی از ماتریکس خارج سلولی است (25). در واقع ماتریکس­های نانوفیبری الکترواسپان به دلیل جذب ترشحات اضافی از روی زخم، امکان تبادل گاز­های تنفسی و بخار آب، فراهم نمودن محیطی مرطوب بر روی زخم، ممانعت از ورود باکتری­ها و قارچ­ها به زخم، بهبود زخم را تسریع می‌نمایند. این امر موجب شده تا در سال‌های اخیر جهت استفاده به عنوان پوشش­های زخم و پانسمان مورد توجه ویژه­ای قرار گرفته­اند. فراهم بودن امکان تولید این دسته از پانسمان­ها در مقیاس صنعتی می­تواند دلیل دیگری برای توجه ویژه به این روش در تولید نانوفیبر­ها باشد. فراهم بودن امکان تولید این دسته از پانسمان­ها در مقیاس صنعتی می­تواند دلیل دیگری برای توجه ویژه به این روش در تولید نانوفیبر­ها باشد (26).

نانوفیبرهای الکتروریس دارای کاربردهای فراوانی در شاخه­های مختلف الکترونیک، فیلترهای تصفیه، کاتالیزورهای بر پایه نانوفیبر، سنسورهای مبتنی بر نانوفیبر و همچنین حوزه­ی زیست پزشکی هستند. عمده کاربردهای نانوفیبرهای الکتروریس در حوزه­ی زیست پزشکی در چهار شاخه­ی اصلی دارورسانی، انتقال ژن، مهندسی بافت و پوشش­های زخم دسته­بندی می­شود (27).

2 فناوری الکتروریسی

در طی فرایند الکتروریسی ولتاژ اعمال شده به سیال پلیمری باعث نفوذ بارهای الکتریکی به درون سیال می­شود. با رسیدن این بارها به یک مقدار بحرانی، یک قطره از محلول پلیمری که به وسیله­ی کشش سطحی خود در نوک سوزن نگه داشته شده است به سمت الکترود مقابل کشیده می­شود. در اثر پرواز این باریکه­ی پلیمری (Polymeric jet) مابین نازل و جمع­کننده، حلال موجود در جت پلیمری تبخیر شده­ و نانوفیبر­های حاصل بر روی سطح جمع­کننده تشکیل می­شوند (28).  به­طور کلی پارامترهای موثر بر الکتروریسی را به سه دسته  تقسم بندی می­کنند که هر کدام از آن­ها به صورت جداگانه و یا به صورت متقابل با یکدیگر بر روی فرآیند الکتروریسی و تولید فیبرهای الکتروریس تاثیر می­گذارند. این پارامترها را می‌توان به سه دسته طبقه بندی کرد. اول پارامترهای وابسته به محلول، اصلی­ترین عوامل این پارامترها عبارتند از ویسکوزیته­ی­ محلول، غلظت محلول، رسانایی الکتریکی محلول، کشش سطحی محلول، ممان دوقطبی محلول، فراریت محلول و وزن مولکولی پلیمر. دوم پارامترهای وابسته به محیط، از جمله مهمترین این پارامترها می­توان به دما، رطوبت و اتمسفر محیط اشاره کرد. ونهایتا سومین پارامتر، پارامترهای وابسته به دستگاه هستند که عبارتند از ولتاژ میدان، نرخ تغذیه، فاصله­ی بین نازل تا جمع­کننده و نوع جمع­کننده.

جهت کاربرد پانسمان زخم، علاوه بر ساختار نانوفیبرها، نوع مواد سازنده این ساختارها نیز از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. این مواد پلیمری می­توانند از جنس پلیمرهای طبیعی، پلیمرهای سنتزی و یا ترکیبی از هردو نوع باشند (29). تا به امروز طیف گسترده­ای از پلیمرهای طبیعی در تولید پانسمان‌های نانوفیبری الکتروریس مورد استفاده قرار گرفته­اند. از جمله شناخته­شده­ترین پلیمرهای مورد استفاده در پانسمان زخم  می­توان به آلژینات، ژلاتین، سلولز، کلاژن، کراتین، فیبروین ابریشم­، اسید هیالورونیک و کیتوزان اشاره کرد. پلیمرهای طبیعی به دلیل دارا بودن جایگاه­های اتصال به سلول بر روی زنجیره­ی خود، ویژگی­های ایده­آل زیستی مانند تقویت اتصال، رشد و تکثیر سلول­ها و نیز سمیت پایین را ارائه می­دهند. همچنین شباهت ساختاری این پلیمرها به ماتریکس خارج سلولی طبیعی پوست موجب تسریع روند بهبود زخم می­شود (29, 30).

3 کیتوزان

کیتوزان (Chitosan, CS) یک پلی­ساکارید خطی با منشا طبیعی و محتوای نیتروژن بالاست که از واحدهای ساختاری ان-استیل‌گلوکزامین (N-Acetylglucosamine) و دی-گلوکزآمین (D-glucosamine) تشکیل شده است. وزن مولکولی آن به­طور معمول 300 تا 1000 کیلودالتون است که وابسته به منبعی است که کیتوزان از آن به ­دست آمده است. کیتوزان در طبیعت به مقدار بسیارکم و فقط در برخی قارچ­ها یافت می­شود، کیتوزان مورد استفاده در صنعت و کاربردهای تحقیقاتی از کیتین و پس از انجام فرآیند­های شیمیایی یا آنزیمی بر روی سخت­پوستان به­دست می­آید. در واقع این پلیمر طی فرایند هیدرولیز در یک محلول قلیایی در دمای140-80 درجه­ی سانتی گراد و طی مدت زمان ده ساعت، از داستیله شدن کیتین به دست می­آید (31). در طی این فرایند ساختار استیل از تعدادی از گروه­های استامید موجود در زنجیره پلیمری حذف می­شود. به این فرآیند که منجر به ایجاد دو مونومر (N-acetyl-D-glucosamine) و (D-glucosamine) در ساختمان پلیمر کیتین می‌شود استیل­زدایی می­گویند. در صورتیکه درجه­ی استیل­زدایی بیش از 50 درصد باشد، کوپلیمر حاصل را کیتوزان می­نامند (32).

خصوصیات فیزیکوشیمیایی کیتوزان رابطه­ی تنگاتنگی با وزن مولکولی و درجه­ی استیل­زدایی آن دارد. گروه­های عاملی که در ساختار این پلیمر حضور دارند (هیدروکسیل، آمین و کربوکسیل) این پلیمر را به یک پلیمر حساس به pH تبدیل کرده است، بدین معنا که در pH­های زیر pH فیزیولوژیک، گروه­های عاملی آمین سطح کیتوزان پروتونه شده و ساختارهای پایه­ی کیتوزان به بیوپلیمرهای کاتیونی با چگالی بار بالا تبدیل می­شوند. این ویژگی­های منحصر به فرد ساختاری موجب شده است که کیتوزان خواص ساختاری، مکانیکی و زیستی مطلوبی را نشان دهد. از جمله مهم­ترین این خصوصیات می­توان به آبدوستی بالا، عدم ایمنی­زایی، آنتی­باکتریال بودن، زیست­سازگاری بالا، زیست­تخریب­پذیری سریع و لخته­کنندگی خون اشاره کرد (33). علاوه بر ویژگی ضد­قارچی و آنتی­باکتریال کیتوزان، تقویت‌ چسبندگی، رشد سلولی و نیز نفوذپذیری بالا نسبت به اکسیژن، این پلیمر را به گزینه­ی مطلوبی جهت کاربرد­های پزشکی تبدیل کرده است. یکی از منحصر ­به­فردترین خواص کیتوزان این است که این پلیمر به تدریج دپلیمریزه می­شود و گروه­های (N-acetyl-D glucosamine) از ساختار آن آزاد می­شوند. این گروه­ها می­توانند موجب شروع تکثیر فیبروبلاست­ها، جلوگیری از رسوب بیش از اندازه کلاژن و همچنین افزایش سطح سنتز هیالورونیک اسید در محل زخم گردند. درنهایت کلیه­ی موارد مذکور می­توانند موجب تسریع بهبودی زخم و پیشگیری از تشکیل بافت اسکار شوند (34). از این­رو نانوفیبرهای بر پایه‌ی کیتوزان همواره به عنوان گزینه­ای ایده­آل جهت استفاده در کاربردهای پزشکی و تولید پانسمان زخم در نظر گرفته می­شوند.

قابلیت الکتروریسی کیتوزان عمدتاً به دلیل ماهیت پلی­کاتیونی آن در محلول، ساختار شیمیایی سخت D-گلوکز آمین و برهمکنش­های خاص بین مولکولی و درون مولکولی این پلیمر محدود است. تشکیل پیوندهای هیدروژنی قوی مانع از حرکت آزاد بخش­های زنجیر­ی پلیمری در معرض میدان الکتریکی شده و منجر به شکستن جت پلیمری در طول فرآیند می­شود. علاوه بر این انتظار می‌رود که نیروی دافعه­ی میان گروه‌های یونی روی زنجیره­ مانع درهم‌تنیدگی‌های کافی برای تشکیل فیبر پیوسته و ایجاد نانوذرات به جای نانوالیاف ‌شود (35, 36). از طرفی ماهیت پلی­الکترولیتی کیتوزان باعث افزایش کشش سطحی محلول و در نتیجه نیاز یه ولتاژ بالا برای تولید نانوفیبر از آن می­شود. نانوفیبر­های تولیدی نیز به علت حضور مقادیر بالای بار­های مثبت به شکل مارپیچ­های بسیار منقبض درمی­آیند (37).

موفق‌ترین و ساده‌ترین روش به منظور بهبود الکتروریسی کیتوزان، ترکیب آن با فاز دوم پلیمر سنتزی یا طبیعی است. این عامل هم‌ریسی معمولاً پلیمری است که به راحتی الکتروریسی می‌شود، مانند پلی­اتیلن اکسید (Poly(ethylene oxide), PEO)، پلی­وینیل­ الکل (Poly(vinyl alchohol), PVA)، پلی­لاکتید اسید (Polylactic Acid, PLA)، پلی­آکریل آمید(Polyacrylamid, PAM) یا کوپلیمرهای آنها، فیبروئین ابریشم و کلاژن، که همگی زیست­سازگار و زیست­تخریب­پذیر هستند و کاربرد نهایی نانوالیاف کیتوزان را محدود نمی­کنند (35).

یکی از پلیمر­های سنتزی پرکاربرد در زمینه­ی پزشکی پلی­اتیلن اکسید است که پلیمری زیست سازگار، غیر­سمی و خنثی است. این پلیمر سنتزی می­تواند با کیتوزان تعامل داشته باشد تا ظرفیت حمل بار مخلوط­ الکتروریسی را بهبود بخشد. موفقیت الکتروریسی CS-PEO نتیجه­ی ایجاد پیوندهای هیدروژنی بین گروه­های اتر در PEO و گروه­های هیدروکسیل و آمین در CS است (35). PEO همچنین ویسکوزیته­ی محلول­های بسیار غلیظ CS را کاهش داده و هنگام مخلوط شدن با آن یک ترکیب پلیمری غیر­کوالانسی و یکنواخت ایجاد می­کند (38).

4 زخم­پوش­هاي ضدباکتریایی

در سال­هاي اخير توليد زخم­پوش­هاي ضدباکتري با استفاده از نانوالیاف طبیعی و سنتزی به همراه نانوذراتی همچون طلا، نقره، اکسید روی، اکسید مس، اکسید تیتانیوم و اکسید آهن براي کنترل زخم­هاي عفوني مورد توجه زیادی قرار گرفته است. برای جلوگیری از عفونت­های باکتریایی، یک ماده ضد­باکتری مناسب با کمترین اثرات مخرب و خواص ضد­باکتری پایدار برای طیفی وسیع از باکتری­ها، گزینه ایده آلی خواهد بود.

نانوذرات نقره از شناخته­شده‌ترین و پرکاربردترین نانوذرات دارای خاصیت ضد­میکروبی هستند. پانسمان­های مبتنی بر نانوذرات نقره حتی در صورت استفاده طولانی مدت آبسه ایجاد نمی­کنند. هنگام ترکیب شدن این نانوذرات با کلاژن فعالیت ضد باکتریایی قوی ایجاد می­شود. از طرفی این نانوذرات دارای ویژگی ضدباکتریایی عالی برای طیف گسترده­ای از باکتری­ها از جمله سویه­های مقاوم در برابر آنتی­بیوتیک هستند. این خصوصیات نانوذرات نقره را به یک جزء مناسب برای پانسمان زخم تبدیل می­کند (39, 42). در شرایط درون­تنی، محیط اسیدی اکسیداسیون نانوذرات نقره به یون­های نقره را تسهیل می­کند. یون­های نقره تولید شده مسئول فعالیت ضد میکروبی با آسیب رساندن به دیواره­ی سلولی، DNA و زنجیره­ی تنفسی هستند که با این کار باعث مهار تولید آدنوزین تری­فسفات، تولید گونه­های فعال اکسیژن، ایجاد اختلال در تقسیم سلولی و در نهایت مرگ سلول باکتریایی می­شود (43).

اکسید روی (ZnO) یک عامل ضد باکتریایی غیرآلی است که برای التیام زخم‌ها به ‌ویژه بهبود زخم‌های مزمن و سوختگی کاربرد زیادی دارد. استفاده موضعی روی برای کاهش التهاب، بهبود اپیتلیال شدن مجدد و کاهش رشد باکتری در زخم­ها گزارش شده است. روی، به عنوان کوفاکتور متالوپروتئیناز، همچنین نقش حیاتی در بازسازی ماتریکس خارج سلولی ایفا می­کند. اثر ترمیم زخم نانوذرات اکسید روی بر اساس اندازه و غلظت نانوذرات است. نانوذرات اکسید روی به دلیل اندازه­ی کوچک و نسبت سطح به حجم بالا، فعالیت ضد باکتریایی بسیار بیشتری دارد. علاوه بر این به عنوان یک تنظیم کننده برای مهاجرت کراتینوسیت و اتوفاگوسیتوز عمل می­­کند که برای ترمیم طبیعی زخم بسیار مهم هستند (44). زمانی که یون‌های روی آزاد شده از نانوذرات با مایعات بیولوژیکی برخورد می‌کنند، تحت هیدراتاسیون سریع قرار و اکسید روی هیدراته تشکیل می­شود که یک عامل باکتری‌کش قوی است (45).

خواص نانو­ذرات به شدت به اندازه، شکل و مورفولوژی آن­ها بستگی دارد. از این­رو ساخت کنترل شده­ی نانوذرات، فناوری نانو را به یکی از امیدوارکننده­ترین و محبوب­ترین زمینه­های تحقیقات علمی امروز تبدیل کرده است که پیشرفت آن مستلزم توانایی تهیه­ی نانومواد به صورت قابل تکرار و کنترل شده است. از جمله روش­هاي متداول و پر­کاربرد جهت سنتز نانوذرات با امکان کنترل اندازه، ساختار کريستالي و يکنواختي آن­ها مي­توان به روش­هاي شيميايی مانند سل-ژل، رسوب دهی شیمیایی، روش هیدروترمال، پیرولیز و احیای شیمیایی اشاره کرد (46, 47).

احیای شیمیایی روش سنتز پایین به بالا است که برای سنتز نانوذرات فلزی کاربرد زیادی دارد. این روش آسان، مقرون به صرفه و کارآمد است و می­توان با بهینه سازی عوامل تجربی، به عنوان مثال نسبت مولی تثبیت کننده یا عامل احیا کننده به نمک فلزی پیش­ساز، پراکندگی سایز و اندازه­ی نانوذرات را کنترل کرد (48, 49).

اگرچه تاکنون از نانوذرات مختلف فلزی و اکسید فلزی برای کاربردهای زیادی استفاده شده است، اما به دلیل تجمع آن­­ها در سیستم بیولوژیکی و لزوم جداسازی نهایی، استفاده از آن­ها در سیستم­های بیولوژیکی با چالش همراه است (50). همچنین آزاد سازی بیش از حد یا قرار گرفتن زیاد در معرض این نانوذرات می­تواند اثرات مخربی مانند بیماری پوستی آرگیریا، آلرژی و سرطان ایجاد کند و مدت زمان ترمیم زخم و بازسازی بافت را طولانی نماید (51). با قرار دادن این نانوذرات در ساختار­های نانوالیاف می­توان این مشکل را حل کرد و علاوه بر استفاده از خاصیت آنتی­باکتریال نانوذرات، موجب افزایش سطح تماس و تخلخل بستر پلیمری حاصل شد. در این صورت یون­های آزاد شده از نانوذرات در معرض سلول­های میکروارگانیسم قرار گرفته و اثر ضد­میکروبی خود را اعمال می­کنند، هرچند امکان رها شدن نانوذره از ساختار نانوفیبر و ورود آن به سلول باکتری نیز وجود دارد (52).

از این رو می­توان نتیجه گرفت که کامپوزیت­های نانوالیاف الکتروریس کیتوزان به همراه نانوذرات نقره و کیتوزان به همراه نانوذرات روی به دلیل پتانسیل ضد­میکروبی و بهبود رسوب کلاژن در ناحیه­ی زخم، می توانند نامزدهای امیدوار کننده­ای برای کاربردهای ترمیم زخم باشند. در ادامه مروری بر مطالعات صورت گرفته در این حیطه خواهیم داشت.

5 نانوذرات فلزی و اکسید فلزی

همان­طور که گفته شد نانوذرات فلزی و اکسید فلزی دارای خاصیت آنتی­باکتریایی قوی در برابر باکتری­های گرم مثبت و گرم منفی می­باشند. در ادامه به بررسی برخی پژوهش­های انجام شده در این زمینه می­پردازیم.

5.1 نانوذرات نقره

نانوذرات نقره محبوب­ترین نانوذراتی هستند که به عنوان عوامل ضد­میکروبی استفاده می­شوند. این نانوذرات و ترکیباتی که بر اساس آن ساخته می­شوند دارای خاصیت ضدباکتری بسیار قوی در برابر اکثر گونه­های باکتری، حتی در غلظت­های کم مورد استفاده می­باشند. از طرفی پلیمر کیتوزان به دلیل ویژگی منحصر به فرد کاتیونی-پلی الکترولیت و توانایی تشکیل ژل می­تواند یون­های فلزی را از طریق جاذبه­ی الکترواستاتیکی جذب کند. بر این اساس آن و همکارانش در سال 2009 موفق به الکتروریسی محلول‌های CS/PEO حاوی کلوئیدهای نقره و با استفاده از احیای شیمیایی درجای (in situ) یون‌های نقره شدند. طیف­سنجی اشعه ایکس نشان داد که وجود پیوند Ag-O در الیاف کامپوزیتی منجر به ترکیب تنگاتنگ بین نقره و کیتوزان شده است. ارزیابی فعالیت­های ضد­میکروبی غشاهای نانوفیبری علیه باکتری E. coli نیز نشان داد که حضور نانوذرات نقره در الیاف به طور قابل توجهی منجر به غیرفعال شدن باکتری­ها می­شوند (53). در پژوهشی دیگر داربست نانوفیبری پلی وینیلیدین فلوراید حاوی نانوذرات نقره تهیه شد و فعالیت ضد باکتریایی آن در برابر باکتری­های
  S. aureusو K. pneumoniae مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که داربست­های حاوی نانوذرات نقره فعالیت ضد باکتریایی بیشتری در مقایسه با نانوفیبر­ها از خود نشان دادند (54).

اخیراً الکتروریسی چند نازله به عنوان یک روش عالی برای ساخت مواد هیبریدی با خواص بهبود یافته، با بهره­وری از خواص هر یک از پلیمرها به صورت جداگانه معرفی شده است. از پژوهش­های انجام شده درد این زمینه میتوان به ساخت داربستی از نانوالیاف هیبریدی و دووجهی از جنس پلیمر­های پلی­اورتان وPEO اشاره کرد. برای این منظور نمک نیترات نقره در محلول PEO با وزن مولکولی بالا احیا شده و متعاقباً بسته به زمان احیا، نانوذرات بر روی سطح نانوالیاف PEO تشکیل شدند. در واقع پلیمر PEO هم به عنوان عامل کاهنده و هم به عنوان بستری برای تشکیل AgNPs مورد استفاده قرار گرفت. این پانسمان فعالیت ضد باکتریایی قوی را در برابر E. coli و کاربرد­های ترمیم زخم از خود نشان داد (55).

این نانوذره همچنین برای کاربرد تصفیه­ی آب و هوا نیز مورد استفاده گرفته است. برای این هدف سنتز درجای نانوذره در پلیمر نایلون و به وسیله­ی احیاکننده­ی سدیم بروهیدرید و نمک نقره انجام شد و خواص ضد باکتریایی نانوالیاف در برابر باکتری E. coli و S. aureus مورد بررسی قرار گرفت که نتایج قابل قبولی را از خود نشان داد (56).

گروهی دیگر از پژوهشگران با استفاده از تکنیک الکتروریسی یک پانسمان زخم از جنس نانوالیاف CS/PEO حاوی AgNPs طراحی کردند. نانوذرات به طور مستقیم در محلول پلیمری با استفاده از روش احیای شیمیایی تولید شدند. نتایج آزمایش ضد باکتری بر روی میکروارگانیسم­های P. aeruginosa و (Methicillin-Resistant Staphylococcus Aureus, MRSA) نشان داد که این کامپوزیت می­تواند در درمان موضعی زخم­های عفونی موثر باشد (57).

در یک پژوهش که توسط لی صورت گرفت کیتوزان به عنوان عامل کاهنده و تثبیت کننده­ی نیترات نقره استفاده شد نانوالیاف حاصل مقاومت کششی بالا، سازگاری بسیار خوب و فعالیت ضد باکتریایی عالی در برابر باکتری های گرم مثبت و گرم منفی از خود نشان دادند (58).

همچنین گروهی از محققان در سال 2015 موفق به الکتروریسی نانوالیاف کیتوزان به ترتیب با PEO و نمک نیترات نقره، به عنوان پلیمر همریس (Coectrospinning) و پیش ساز نانوذرات نقره شدند. سپس از پلاسمای آرگون برای حکاکی سطحی و سنتز نانوذرات استفاده شد. بمباران سطحی پلاسما باعث ایجاد نانوذرات بر روی سطوح نانوالیاف کیتوزان از طریق اتصال این نانوذرات به گروه­های آمین موجود در کیتوزان شد. مطالعات انجام شده بر روی میکرو­ارگانیسم E. coli نشان داد که فعالیت ضدباکتریایی نانوالیاف حاوی نانوذرات نقره سنتز شده با پلاسما افزایش یافته است (61).

از پژوهش­های دیگری که بر روی این نانوذره در زمینه­ی نانوفیبر­های الکتروریس انجام شده می­توان به مطالعه­ی یانگ بر سنتز نانوالیاف پلی وینیل الکل حاوی نانوذرات نقره بر علیه میکروارگانیسم‌های S. aureus و E. coli (62) یا تلاش آکتورک در جهت همین سنتز و با استفاده از نشاسته به عنوان عامل احیاکننده اشاره کرد داد (63).

اخیرا نیز گروهی از پژوهشگران ترکیبی از نانوالیاف ضد باکتری، متشکل از استات سلولز، پلی­اتیلن­گلیکول و نانوذرات نقره را با روش الکتروریسی ساختند. این مطالعه یک روش آسان به منظور ترکیب نانوذرات نقره در بستر نانوالیاف با احیای درجای نمک نیترات نقره ارائه داد. پلی­اتیلن­گلیکول نه تنها به عنوان عامل احیا کننده برای کاهش نانوذرات عمل کرد، بلکه جذب آب از داربست نانوفیبری استات سلولز را تا 95 درصد افزایش داد. این خاصیت موجب افزایش توانایی جذب بیشتر ترشحات در ناحیه­ی زخم شد. همچنین داربست حاصل اثر ضد­باکتریایی رضایت بخشی را در برابر باکتری‌های E. coli و S. aureus نشان داد (69).

5.2 نانوذرات اکسید روی

ایمنی و سازگاری اکسیدروی با پوست انسان، آن را به افزودنی مناسب برای منسوجات و سطوحی که با بدن انسان در تماس هستند تبدیل کرده است. از این­رو در یک کار تحقیقاتی ارزیابی مورفولوژیکی، مکانیکی و ضد باکتریایی داربست­های نانوکامپوزیتی مبتنی بر نانوالیاف پلی­لاکتید با غلظت‌های مختلف نانوذرات اکسید روی به عنوان پانسمان زخم ضد میکروبی مورد بررسی قرار گرفت. این داربست با دو تکنیک متفاوت، یعنی الکتروریسی و ترکیبی از الکتروریسی محلول پلیمری با الکتروپاشی  نانوذرات ساخته شد. حضور نانوذرات چقرمگی داربست را افزایش داد و در غلظت بهینه (3 درصد وزنی) استحکام کششی و مدول یانگ بهبود یافت. همچنین غلظت نسبتاً کم نانوذرات باعث مهار رشد باکتری­های S. aureus و E. coli شد (59). در مطالعه­ای دیگر که در سال 2014 بر روی این نانوذره صورت گرفت، مطالعه­ی آگوستین و همکاران وی بود که اثر نانوذرات اکسید روی را بر قطر، مورفولوژی، فعالیت ضد باکتریایی و تکثیر سلولی پلی­کاپرولاکتون الکتروریس بررسی نمودند. این مطالعه نشان دهنده­ی افزایش پایداری مکانیکی، خواص ضد باکتریایی، تکثیر فیبروبلاست و بهبود فعالیت متابولیکی سلول­ها بود. این اولین گزارش در مورد توانایی یک ماده زیستی حاوی نانوذرات اکسید روی برای افزایش تکثیر سلولی بود (60).

گروهی دیگر از محققان در سال 2018 نانوذرات اکسید روی و استات روی را در نانوالیاف پلی‌کاپرولاکتون تعبیه کردند تا پانسمان‌های زخم نانوکامپوزیتی ضد باکتری بر علیه باکتری­های E. coli و S. aureus ایجاد کنند. اثر اشعه‌ی فرابنفش بر فعالیت ضد باکتریایی داربست­ها نیز در این پژوهش مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که این داربست­ها به طور همزمان با دو مکانیسم اصلی ضد باکتریایی از رشد سلول­های پلانکتونی و بیوفیلم باکتری جلوگیری می‌کنند: انتشار یون­های روی (عمدتا از نانوذرات استات روی) و فرآیندهای اکسیداتیو فوتوکاتالیستی که توسط نانوذرات اکسید روی اعمال می شود. خواص ضد باکتریایی نمونه­ها نیز با قرار گرفتن در معرض اشعه‌ی فرابنفش به طور قابل توجهی افزایش یافت (66).

از دیگر پژوهش­ها بر روی این نانوذره می­توان به عامل‌دار کردن سطح غشای داربست نانوفیبری پلی­آکریلونیتریل با نانوذرات نقره-اکسید روی اشاره کرد. این کار با سه روش شیمیایی رفلاکس، ترکیب و هیدروترمال انجام شد. نانوکامپوزیت­های حاصل نسبت به همتایان تک جزیی خود خواص ضد باکتریایی عالی در برابر باکتری های E. coli و میکروکوکوس لوتئوس (Micrococcus luteus) نشان دادند. بنابراین این مطالعه رویکردی ساده و مقرون به صرفه را برای توسعه غشای عملکردی ضد باکتریایی نشان داد که کاربردهای بالقوه زیادی در صنایع تصفیه آب و هوا، ماسک، نساجی و بسته­بندی دارد (68).

باقری و همکارانش در سال 2021 با استفاده از تکنیک الکتروریسی نانوفیرهایی از جنس پلیمر­های کیتوزان و PEO را به همراه نانوذرات نقره و روی جهت کاربرد پانسمان زخم سنتز کردند که دارای اثر آنتی اکسیدانی و فعالیت ضدباکتریایی بالایی در برابر E. coli، S. aureus و P. aeruginosa بود. این نانوکامپوزیت بر اساس نتایج سلولی هیچ سمیتی بر روی سلول­های فیبروبلاست نداشت. همچنین سازگاری خونی مناسب و مهاجرت و تکثیر سلولی قابل توجهی را در حاشیه­ی زخم نشان داد (70).

5.3 نانوذرات طلا

نانوذرات طلا به دلیل غیرسمی بودن، توانایی عاملدار کردن، سهولت تشخیص و فعالیت فتوترمال، در توسعه عوامل ضد باکتریایی بسیار ارزشمند هستند. اگرچه تولید ROS عامل اصلی مرگ سلولی برای اکثر آنتی­بیوتیک ها و مواد ضد­باکتری است، فعالیت ضد­میکروبی نانوذرات طلا هیچ مرتبط با ROS نیست. کوی و همکارانش ثابت کردند که فعالیت ضد میکروبی این نانوذرات به اتصال آن­ها به غشای باکتری و به دنبال آن کاهش سطح ATP و همچنین مهار اتصال tRNA به ریبوزوم مربوط می­شود (71).

یانگ و همکارانش در سال 2017 از یک مولکول کوچک آمینوپنی سیلانیک اسید با پوشش نانوذرات طلا بر روی نانوالیاف الکتروریس پلی­کاپرولاکتون جهت مهار باکتری­های مقاوم به چند دارو (Multiple Drug Resistance, MDR) استفاده کردند. نمونه حاصل در مواجهه با باکتری‌های MDR فعالیت ضد باکتریایی قابل توجهی از خود نشان داد.  این نانوساختار همچنین دارای سازگاری زیستی بالایی بود. بررسی­های درون­تنی نیز ­توانایی درمان عفونت زخم باکتری MDR با این نانوساختار را تایید کرد (65)

5.4 نانوذرات مس

نانوذرات مس به دلیل خواص بیولوژیکی، شیمیایی و فیزیکی منحصر به فرد، فعالیت­های ضد میکروبی و همچنین هزینه‌ی پایین آماده­سازی مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است. بر این اساس گروهی از محققان نانوالیاف هیبریدی از جنس کیتوزان، پلی­وینیل الکل و نانوهیدروکسی آپاتیت را با ترکیب نانوذرات نقره و مس برای پانسمان زخم تهیه کردند. نانوذرات بارگذاری شده روی نانوالیاف به روش درجا و با ایجاد پیوند شیمیایی هیدروکسیل با نانوالیاف ایجاد شدند. نتایج برون­تنی نشان داد که کامپوزیت حاصل نمونه­ی مناسبی برای کاربرد پانسمان زخم بوده زیرا دارای ناحیه بازدارندگی بسیار خوبی در برابر باکتری‌های گرم منفی و گرم مثبت بودند. این کامپوزیت همچنین دارای زیست سازگاری خوب و عدم سمیت سلولی بود (67).

5.5 نانوذرات آلومینا

در مطالعه­ای که در سال 2009 انجام شد نشان داده شد که این نانوذرات فقط در غلظت­های بسیار بالا دارای اثر بازدارندگی متوسط بر روی باکتری E. coli بوده است. در واقع این نانوذره دارای فعالیت مهار رادیکال­های آزاد است که به موجب آن مانع تخریب دیواره سلولی و اثرات ضدمیکروبی قوی می­شود (72). اگرچه در مطالعه­ای دیگر استفاده از این نانوذره در بستر نانوالیاف پلی وینیل پیرولیدون بر علیه دو سویه­ی باکتری E. coli و S. aureus رضایت­بخش بود. مدل برون­تنی ترمیم زخم سوختگی با استفاده از این نانوکامپوزیت نیز با تسهیل اپیتلیال‌سازی مجدد و همچنین سنتز کلاژن روند بهبود زخم را تسریع کرد (73).

5.6 نانوذرات آهن

از بین نانوذرات اکسید آهن، نانوذره­ی مگنتیت (Fe₃O₄) به دلیل خصوصیات منحصر به فردی همچون خواص نوری، الکتریکی، انتقال وابسته به اسپین، سمیت پایین و زیست­سازگاری بالا بیشتر مورد توجه پژوهشگران است. در پژوهشی که توسط نینگ و همکارانش صورت گرفت از نانوذرات مغناطیسی مگنتیت به منظور بهبود خواص مکانیکی و ضدمیکروبی نانوالیاف کامپوزیتی کیتوزان/ژلاتین جهت استفاده به عنوان پانسمان زخم استفاده شد. حضور این نانوذرات در نانوفیبر منجر به افزایش قابل توجه خواص مکانیکی شد به طوریکه غشای نانوالیاف حاوی یک درصد وزنی نانوذره به 155 درصد افزایش مدول یانگ، 128 درصد افزایش استحکام کششی و 100 درصد افزایش چقرمگی دست یافت. علاوه بر این، ناحیه­ی بازدارندگی برای S. aureus و E. coli به طور قابل توجهی گسترش یافت (74).

در پژوهشی دیگر نسبت‌های وزنی مختلف نانوکامپوزیت Fe₃O₄@Cs@Ag در پلیمر پلی‌وینیل‌پیرولیدون اضافه شده و از طریق فرآیند الکتروریسی نانوالیاف مغناطیسی با خاصیت ضدمیکروبی ساخته شدند. نتایج این مطالعه نشان داد که غشاهای نانوفیبری تولید شده در مقابل طیف وسیعیع از باکتری­های مورد آزمایش فعالیت ضد باکتریایی بسیار خوبی از خود نشان دادند (75).

5.7 نانوذرات تیتانیوم

تابش اشعه­ی ماورا­بنفش به نانوذرات دی­اکسید­تیتانیوم سبب تولید رادیکال­های هیدروکسیل، یون‌های سوپراکسید و تجزیه­ی ترکیبات آلی می­شود. از این­رو این نانوذرات در حضور اشعه‌ی فرابنفش می­توانند به عنوان یک نانوذره ضدمیکروبی عمل کنند. در پژوهشی داربست الکتروریسی شده پلی­آکریلونیتریل حاوی نانوذرات تیتانیا و با استفاده از عامل احیاکننده­ی پلی دوپامین هیدروکلراید سنتز شد. مشاهده شد که این نمونه قادر به مهار رشد باکتری­های E. coli و S. aureus تا 120 ساعت می­باشد (76).

در مطالعه­ای دیگر این نانوذرات در نانوفیبر­های الکتروریسی شده­ی پلی­لاکتیک اسید قرار داده شده و تحت تابش ماورا­بنفش قرار گرفتند. نتایج حاصل نشان دهنده­ی فعالیت ضدمیکروبی مطلوب این نانوکامپوزیت بر روی سویه­های S. aureus و E. coli بود (77).

تشکر و قدردانی

این مقاله تحت حمایت دانشگاه علوم پزشکی شیراز به نگارش درآمده است. و نویسندگان اعلام می‌دارند که در مطالب ارائه شده هیچ گونه سوگیری وجود ندارد.

منابع

1. Weiser TG, Haynes AB, Molina G, Lipsitz SR, Esquivel MM, Uribe-Leitz T, et al. Size and distribution of the global volume of surgery in 2012. Bull World Health Organ. 2016;94:201-209.

2. Dong Y, Zheng Y, Zhang K, Yao Y, Wang L, Li X, et al. Electrospun nanofibrous materials for wound healing. Adv Fiber Mater. 2020;2:212-27.

3. Dhivya S, Padma VV, Santhini E. Wound dressings–a review. BioMedicine. 2015;5:24-8.

4. Moustafa MT. Removal of pathogenic bacteria from wastewater using silver nanoparticles synthesized by two fungal species. Water Sci. 2017;31:164-76.

5. Dhivya S, Padma VV, Santhini E. Wound dressings – a review. Biomedicine (Taipei). 2015;5:22. DOI: 10.7603/s40681-015-0022-9.

6. Patrulea V, Ostafe V, Borchard G, Jordan O. Chitosan as a starting material for wound healing applications. Eur J Pharm Biopharm. 2015;97:417-26.

7. Gizaw M, Thompson J, Faglie A, Lee SY, Neuenschwander P, Chou SF. Electrospun Fibers as a Dressing Material for Drug and Biological Agent Delivery in Wound Healing Applications. Bioengineering (Basel). 2018;5. DOI:10.3390/bioengineering5010009.

8. Singer AJ, Clark RA. Cutaneous wound healing. N Engl J Med. 1999;341:738-46.

9. Hickman DA, Pawlowski CL, Sekhon UD, Marks J, Gupta AS. Biomaterials and advanced technologies for hemostatic management of bleeding. Adv Mater. 2018;30:1700859. DOI: 10.1002/adma.201700859

10. Eming SA, Krieg T, Davidson JM. Inflammation in wound repair: molecular and cellular mechanisms. J Invest Dermatol. 2007;127:514-25.

11. Midwood KS, Williams LV, Schwarzbauer JE. Tissue repair and the dynamics of the extracellular matrix. Int J Biochem Cell Biol. 2004;36:1031-7.

12. Caley MP, Martins VL, O’Toole EA. Metalloproteinases and wound healing. Adv Wound Care. 2015;4:225-34.

13. Rajendran NK, Kumar SSD, Houreld NN, Abrahamse H. A review on nanoparticle based treatment for wound healing. J Drug Deliv Sci Technol. 2018;44:421-30.

14. Tantiwatcharothai S, Prachayawarakorn J. Property improvement of antibacterial wound dressing from basil seed ( basilicum L.) mucilage-ZnO nanocomposite by borax crosslinking. Carbohydr Polym. 2020;227:115360. DOI: 10.1016/j.carbpol.2019.115360

15. Plichta JK, Radek KA. Sugar-coating wound repair: a review of FGF-10 and dermatan sulfate in wound healing and their potential application in burn wounds. J Burn Care Res. 2012;33:299-310.

16. Elsayed RE, Madkour TM, Azzam RA. Tailored-design of electrospun nanofiber cellulose acetate/poly (lactic acid) dressing mats loaded with a newly synthesized sulfonamide analog exhibiting superior wound healing. Int J Biol Macromol. 2020;164:1984-99.

17. Jayakumar R, Prabaharan M, Kumar PS, Nair S, Tamura H. Biomaterials based on chitin and chitosan in wound dressing applications. Biotechnol Adv. 2011;29:322-37.

18. Han G, Ceilley R. Chronic Wound Healing: A Review of Current Management and Treatments. Adv Ther. 2017;34:599-610.

19. Velnar T, Bailey T, Smrkolj V. The wound healing process: an overview of the cellular and molecular mechanisms. J Int Med Res. 2009;37:1528-42.

20. Liu X, Lin T, Fang J, Yao G, Zhao H, Dodson M, et al. In vivo wound healing and antibacterial performances of electrospun nanofibre membranes. J Biomed Mater Res A. 2010;94:499-508.

21. Huang Z-M, Zhang Y-Z, Kotaki M, Ramakrishna S. A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites. Compos Sci Technol. 2003;63:2223-53.

22. Rezvani Ghomi E, Khalili S, Nouri Khorasani S, Esmaeely Neisiany R, Ramakrishna S. Wound dressings: Current advances and future directions. J Appl Polym Sci. 2019;136:47738. DOI: 10.1002/app.47738

23. Vasita R, Katti DS. Nanofibers and their applications in tissue engineering. Int J Nanomedicine. 2006; 1(1): 15–30.

24. Li D, Xia Y. Electrospinning of nanofibers: reinventing the wheel? Adv Mater. 2004;16:1151-70.

25. Liu M, Duan X-P, Li Y-M, Yang D-P, Long Y-Z. Electrospun nanofibers for wound healing. Mater Sci Eng C. 2017;76:1413-23.

26. Chen S, Liu B, Carlson MA, Gombart AF, Reilly DA, Xie J. Recent advances in electrospun nanofibers for wound Nanomedicine. 2017;12:1335-52.

27. Ding B, Yu J. Electrospun nanofibers for energy and environmental applications: Springer; 2014.

28. Teo WE, Ramakrishna S. A review on electrospinning design and nanofibre assemblies. Nanotechnology. 2006;17:89-106

29. Boakye MA, Rijal NP, Adhikari U, Bhattarai N. Fabrication and characterization of electrospun PCL-MgO-keratin-based composite nanofibers for biomedical applications. Materials. 2015;8:4080-95.

30. Mogoşanu GD, Grumezescu AM. Natural and synthetic polymers for wounds and burns dressing. Int J Pharm. 2014;463:127-36.

31. Sugimoto M, Morimoto M, Sashiwa H, Saimoto H, Shigemasa Y. Preparation and characterization of water-soluble chitin and chitosan derivatives. Carbohydr Polym. 1998;36:49-59.

32. Hudson SM, Jenkins DW. Chitin and chitosan. Encyclopedia of polymer science and technology. 2002;1. DOI:10.1002/0471440264.pst052.

33. Thakur VK, Thakur MK. Recent advances in graft copolymerization and applications of chitosan: a review. ACS Sustain Chem Eng. 2014;2:2637-52.

34. Jayakumar R, Prabaharan M, Sudheesh Kumar PT, Nair SV, Tamura H. Biomaterials based on chitin and chitosan in wound dressing applications. Biotechnol Adv. 2011;29:322-37.

35. Pakravan M, Heuzey M-C, Ajji A. A fundamental study of chitosan/PEO electrospinning. Polymer. 2011;52:4813-24.

36. Li L, Hsieh Y-L. Chitosan bicomponent nanofibers and nanoporous fibers. Carbohydr Res. 2006;341:374-81.

37. El‐Tahlawy K, Hudson SM. Chitosan: Aspects of fiber spinnability. J Appl Polym Sci. 2006;100:1162-8.

38. Vondran JL, Sun W, Schauer CL. Crosslinked, electrospun chitosan–poly (ethylene oxide) nanofiber mats. J Appl Polym Sci. 2008;109:968-75.

39. Zhao X-G, Shi J-L, Hu B, Zhang L-X, Hua Z-L. In situ formation of silver nanoparticles inside pore channels of ordered mesoporous silica. Mater Lett. 2004;58:2152-6.

40. Ansari SA, Khan MM, Ansari MO, Lee J, Cho MH. Biogenic synthesis, photocatalytic, and photoelectrochemical performance of Ag–ZnO nanocomposite. J Phys Chem C. 2013;117:27023-30.

41. Ahmed R, Tariq M, Ali I, Asghar R, Khanam PN, Augustine R, et al. Novel electrospun chitosan/polyvinyl alcohol/zinc oxide nanofibrous mats with antibacterial and antioxidant properties for diabetic wound healing. Int J Biol Macromol. 2018;120:385-93.

42. Yildirimer L, Thanh NT, Loizidou M, Seifalian AM. Toxicology and clinical potential of Nano today. 2011;6:585-607.

43. Sondi I, Salopek-Sondi B. Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on E. coli as a model for Gram-negative bacteria. J Colloid Interface Sci. 2004;275:177-82.

44. Pati R, Mehta RK, Mohanty S, Padhi A, Sengupta M, Vaseeharan B, et al. Topical application of zinc oxide nanoparticles reduces bacterial skin infection in mice and exhibits antibacterial activity by inducing oxidative stress response and cell membrane disintegration in macrophages. Nanomedicine. 2014;10:1195-208.

45. Sirelkhatim A, Mahmud S, Seeni A, Kaus NHM, Ann LC, Bakhori SKM, et al. Review on zinc oxide nanoparticles: antibacterial activity and toxicity mechanism. Nanomicro Lett. 2015;7:219-42.

46. Shenhar R, Norsten TB, Rotello VM. Polymer‐mediated nanoparticle assembly: structural control and applications. Adv Mater. 2005;17:657-69.

47. Balzani V, Credi A, Venturi M. The Bottom‐Up Approach to Molecular‐Level Devices and Machines. Chem Eur J. 2002;8:5524-32.

48. Khan A, Rashid A, Younas R, Chong R. A chemical reduction approach to the synthesis of copper nanoparticles. Int Nano Lett. 2016;6:21-6.

49. Dang TMD, Le TTT, Fribourg-Blanc E, Dang MC. Synthesis and optical properties of copper nanoparticles prepared by a chemical reduction method. ANSN. 2011;2:015009. DOI: 10.1088/2043-6262/2/1/015009

50. Sánchez-López E, Gomes D, Esteruelas G, Bonilla L, Lopez-Machado AL, Galindo R, et al. Metal-based nanoparticles as antimicrobial agents: an overview. Nanomaterials. 2020;10:292. DOI: 10.3390/nano10020292

51. Jatoi AW, Ogasawara H, Kim IS, Ni Q-Q. Polyvinyl alcohol nanofiber based three phase wound dressings for sustained wound healing applications. Mater Lett. 2019;241:168-71.

52. Sekar AD, Kumar V, Muthukumar H, Gopinath P, Matheswaran M. Electrospinning of Fe-doped ZnO nanoparticles incorporated polyvinyl alcohol nanofibers for its antibacterial treatment and cytotoxic studies. Eur Polym J. 2019;118:27-35.

53. An J, Zhang H, Zhang J, Zhao Y, Yuan X. Preparation and antibacterial activity of electrospun chitosan/poly (ethylene oxide) membranes containing silver nanoparticles. Colloid Polym Sci. 2009;287:1425-34.

54. Yuan J, Geng J, Xing Z, Shen J, Kang IK, Byun H. Electrospinning of antibacterial poly (vinylidene fluoride) nanofibers containing silver nanoparticles. J Appl Polym Sci. 2010;116:668-72.

55. Tijing LD, Ruelo MTG, Amarjargal A, Pant HR, Park C-H, Kim CS. One-step fabrication of antibacterial (silver nanoparticles/poly (ethylene oxide))–Polyurethane bicomponent hybrid nanofibrous mat by dual-spinneret electrospinning. Mater Chem Phys. 2012;134:557-61.

56. Montazer M, Malekzadeh S. Electrospun antibacterial nylon nanofibers through in situ synthesis of nanosilver: preparation and characteristics. J Polym Res. 2012;19:1-6.

57. Lee SJ, Heo DN, Moon J-H, Ko W-K, Lee JB, Bae MS, et al. Electrospun chitosan nanofibers with controlled levels of silver nanoparticles. Preparation, characterization and antibacterial activity. Carbohydr Polym. 2014;111:530-7.

58. Wang X, Cheng F, Gao J, Wang L. Antibacterial wound dressing from chitosan/polyethylene oxide nanofibers mats embedded with silver nanoparticles. J Biomater Appl. 2015;29:1086-95.

59. Rodríguez-Tobías H, Morales G, Ledezma A, Romero J, Grande D. Novel antibacterial electrospun mats based on poly (d, l-lactide) nanofibers and zinc oxide nanoparticles. J Mater Sci. 2014;49:8373-85.

60. Augustine R, Malik HN, Singhal DK, Mukherjee A, Malakar D, Kalarikkal N, et al. Electrospun polycaprolactone/ZnO nanocomposite membranes as biomaterials with antibacterial and cell adhesion properties. J Polym Res. 2014;21:1-17.

61. Annur D, Wang Z-K, Liao J-D, Kuo C. Plasma-synthesized silver nanoparticles on electrospun chitosan nanofiber surfaces for antibacterial applications. Biomacromolecules. 2015;16:3248-55.

62. Zhang Z, Wu Y, Wang Z, Zou X, Zhao Y, Sun L. Fabrication of silver nanoparticles embedded into polyvinyl alcohol (Ag/PVA) composite nanofibrous films through electrospinning for antibacterial and surface-enhanced Raman scattering (SERS) activities. Mater Sci Eng C. 2016;69:462-9.

63. Aktürk A, Taygun ME, Güler FK, Goller G, Küçükbayrak S. Fabrication of antibacterial polyvinylalcohol nanocomposite mats with soluble starch coated silver nanoparticles. Colloids Surf A Physicochem Eng Asp. 2019;562:255-62.

64. Kohsari I, Shariatinia Z, Pourmortazavi SM. Antibacterial electrospun chitosan-polyethylene oxide nanocomposite mats containing ZIF-8 Int J Biol Macromol. 2016;91:778-88.

65. Yang X, Yang J, Wang L, Ran B, Jia Y, Zhang L, et al. Pharmaceutical intermediate-modified gold nanoparticles: against multidrug-resistant bacteria and wound-healing application via an electrospun scaffold. ACS nano. 2017;11:5737-45.

66. Prado-Prone G, Silva-Bermudez P, Almaguer-Flores A, García-Macedo JA, García VI, Rodil SE, et al. Enhanced antibacterial nanocomposite mats by coaxial electrospinning of polycaprolactone fibers loaded with Zn-based nanoparticles. Nanomed: Nanotechnol Biol Med. 2018;14:1695-706.

67. Kharaghani D, Khan MQ, Tamada Y, Ogasawara H, Inoue Y, Saito Y, et al. Fabrication of electrospun antibacterial PVA/Cs nanofibers loaded with CuNPs and AgNPs by an in-situ method. Polym Test. 2018;72:315-21.

68. Patel S, Konar M, Sahoo H, Hota G. Surface functionalization of electrospun PAN nanofibers with ZnO–Ag heterostructure nanoparticles: synthesis and antibacterial study. 2019;30:205704.

69. Majumder S, Matin MA, Sharif A, Arafat MT. Electrospinning of antibacterial cellulose acetate/polyethylene glycol fiber with in situ reduced silver particles. J Polym Res. 2020;27:1-13.

70. Bagheri M, Validi M, Gholipour A, Makvandi P, Sharifi E. Chitosan nanofiber biocomposites for potential wound healing applications: Antioxidant activity with synergic antibacterial effect. Bioeng Transl Med. 2021:e10254. DOI: 10.1002/btm2.10254

71. Cui Y, Zhao Y, Tian Y, Zhang W, Lü X, Jiang X. The molecular mechanism of action of bactericidal gold nanoparticles on Escherichia coli. Biomaterials. 2012;33:2327-33.

72. Mukherjee A, Sadiq IM, Prathna T, Chandrasekaran N. Antimicrobial activity of aluminium oxide nanoparticles for potential clinical applications. Science against microbial pathogens: communicating current research and technological advances. 2011;1:245-51.

73. Balakrishnan SB, Kuppu S, Thambusamy S. Biologically important alumina nanoparticles modified polyvinylpyrrolidone scaffolds in vitro characterizations and it is in vivo wound healing efficacy. J Mol Struct. 2021;1246:131195.

74. Cai N, Li C, Han C, Luo X, Shen L, Xue Y, et al. Tailoring mechanical and antibacterial properties of chitosan/gelatin nanofiber membranes with Fe3O4 nanoparticles for potential wound dressing application. Appl Surf Sci. 2016;369:492-500.

75. Yildiz A, Bayramol DV, Atav R, Ağirgan AÖ, Kurc MA, Ergünay U, et al. Synthesis and characterization of Fe₃O₄@ Cs@ Ag nanocomposite and its use in the production of magnetic and antibacterial nanofibrous membranes. Appl Surf Sci. 2020;521:146332. DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.146332

76. Wahab JA, Al Mamun S. Polyacrylonitrile nanofiber mats containing titania/AgNP composite nanoparticles for antibacterial applications. Mater Res Express. 2020;7:015416. DOI: 10.1088/2053-1591/ab6c26

77. Feng S, Zhang F, Ahmed S, Liu Y. Physico-mechanical and antibacterial properties of PLA/TiO2 composite materials synthesized via electrospinning and solution casting processes. Coatings. 2019;9:525. DOI: 10.3390/coatings9080525