Antimicrobial nanofibers

NanoMicrobiol NanoBiotechnol, 2023 (2), 202325

DOI:

Review

Antimicrobial Nanofibers: Structure, Mechanism of Action and Applications Against Multidrug Resistance Bacteria

Sogol Shirzad 1*

1 Gerash Paramedical School, Gerash, Iran
* Correspondence: sshirzad@gerums.ac.ir

Abstract

Despite the availability of a variety of antibiotics and other antimicrobial tools, microbial infections are still a major cause of infectious disease and mortality. Furthermore, due to the emergence of multidrug-resistant bacterial strains and biofilm-associated infections, the need to develop significant antimicrobial tools has increased. Today, antimicrobial nanofibers are of great importance due to the antibiotic resistance of many pathogens. In general, the unique feature that shows the use of nano materials to be very special and efficient is the high surface to volume ratio in this category of materials, which increases the interaction with other materials. Antimicrobial properties can be brought to nanofibers by incorporation of antimicrobial nanoparticles in the fiber. Antimicrobial nanoparticles are mostly metal nanoparticles. Silver, titanium dioxide, zinc dioxide, and copper oxide are important examples of these materials. These nanoparticles can be used in the production of nanofibers which employed in the tissue engineering scaffolds, drug delivery systems, wound dressings, production of sensors, and production of filters. In addition to the use of metallic or even non-metallic antimicrobial materials for the production of nanofibers, a group of chemicals, natural or a combination of both, such as collagen, elastin, chitosan and PVC are also used as polymers. Antimicrobial nanofibers, like other nano-antimicrobial compounds, act by interfering with cell function depending on our purpose. In the following, we will have a comprehensive look at the structure, function, effect of nanofibers on drug-resistant bacteria and their antimicrobial applications.

Keyword: Antibiotics, Drug resistance; Electrospinning; Silver nanoparticles; Zinc oxide nanoparticles

1 مقدمه

آلودگی های سطحی باکتریایی، چسبندگی، پایداری و کلونیزه شدن سطوح توسط باکتری ها به طور گسترده به عنوان یک عامل مضر برای سلامت و جامعه شناخته می شوند . بیماری‌های عفونی مرتبط با بیوفیلم ها بیش از 80 درصد عفونت‌های میکروبی در انسان را تشکیل می‌دهند که منجر به افزایش بیماری ها می گردند. طبق مطالعات، ثابت شده است که حمله به بیوفیلم های بالغ با آنتی بیوتیک های معمولی کارایی ندارد. زیرا برای نفوذ به غلاف پلی ساکارید خارج سلولی پوشاننده بیوفیلم ها دوزهای دارویی بسیار بالاتر از حد معمول مورد نیاز است. علاوه بر این، دوزهای بالا اغلب توسط ارگانیسم میزبان تحمل نمی شود، در حالی که دوزهای پایین تر نیز ناکارآمد هستند. علاوه بر این، استفاده از آنتی بیوتیک های معمولی خطر بزرگی برای مقاومت باکتری های زنده دارد. امروزه نانوتکنولوژی بستری مناسب برای تنظیم خواص فیزیکی وشیمیایی مواد متعدد برای تولید مواد ضد میکروبی موثر فراهم کرده است. نانومواد به‌ عنوان گروه‌های ضدباکتری فعال از نظر استراتژیک سودمند هستند زیرا نسبت سطح به حجم بالایی برای اثرگذاری بیشتر دارند و می تواند به عنوان جایگزینی برای آنتی بیوتیک ها برای کنترل عفونت های باکتریایی عمل کند (1-3). نانو فیبر ها یکی از جذاب ترین گروه های نانومتریال هستند که دارای 2بعد با اندازه نانو و یک بعد در اندازه بزرگ تر می باشند . نانوفیبر ها دارای ویژگی هایی از قبیل سطح بزرگ ، تخلخل های قابل تنظیم ، امکان انتخاب طیف گسترده ای از مواد و عملکرد های مکانیکی برتر هستند . این ویژگی‌ها نانوفیبر را به گزینه‌ای ایده‌آل تبدیل می‌کند تا در طیف گسترده ای از کاربردهای زیست پزشکی از جمله تولید داربست های مهندسی بافت (پوست، غضروف، استخوان، رگ خونی)، پانسمان برای بهبود زخم ، دستگاه های زیست پزشکی ، حسگرهای زیستی و سیستم های دارورسانی استفاده گردند. در راستای تولید نانوفیبر ها چندین تکنیک مانند ریسندگی مذاب، رسوب بخار شیمیایی، فناوری زینتر، ریسندگی محلول و الکتروریسی وجود دارد که در میان این تکنیک ها، روش الکتروریسی به عنوان مقرون به صرفه ترین روش در تولید نانوفیبر ها شناخته شده است (4, 5). الکتروریسی یک تکنیک مبتنی بر ولتاژ است که در آن یک قطره مایع برای ایجاد یک جت ، باردار می‌شود و سپس برای ایجاد الیاف ، کشیده و طویل میگردد. در ارتباط با فرآیند الکتروریسی ، مایع در حین الکتروریسی از یک اسپینر خارج می شود و به دلیل کشش سطحی یک قطره آویزان تولید می شود. هنگامی که یک قطره باردار ایجاد می شود، دافعه الکترواستاتیکی بین بارهای سطحی با همان بار الکتریکی، آن را به شکل مخروطی به نام مخروط تیلور تغییر شکل می دهد که یک جت باردار از آن آزاد می شود. یک میدان الکتریکی می تواند مسیر جت را هنگام شارژ شدن جت کنترل کند. همانطور که جت در هوا پرواز می کند، حلال تبخیر می شود و یک فیبر پلیمری باردار باقی می ماند (6).

در جدول زیر به برخی پارامتر ها برای کاندید شدن تولید نانوفیبر ها با روش الکتروریسی مانند وزن ملکولی، دما، گران روی و … اشاره شده است. برای مثال غلظت بالای محلول و وزن ملکولی بیشتر، منجر به ایجاد ابعاد بزرگتر در تشکیل نانوفیبر ها می شود یا با افزایش بیش از حد دما ابعاد نانوفیبر کاهش میابد (5).

Table1 پارامترهای موثر در تولید نانوفیبر

همانطور که قبلا هم اشاره شد، از کاربردهای پزشکی الکتروریسی در تولید نانو فیبر ها میتوان به تولید داربست های مهندسی بافت، سیستم های دارورسانی، پانسمان زخم، حسگرهای زیستی و تولید فیلتر های اشاره کرد که در ادامه به بررسی انها می پردازیم. همچین باید گفت همه این نانوفیبر ها باید آنتی میکروبیال باشند چون با سیستم بدن موجودات زنده در ارتباط هستند (4, 6, 7).

2 نانوفیبرهای ضدمیکروبی

امروزه نانوالیاف با فعالیت ضد میکروبی به دلیل مقاومت آنتی بیوتیکی گسترده از اهمیت بالایی برخوردار هستند. یکی از مهم ترین عملکردهای نانوفیبرها جلوگیری از رشد یا عفونت باکتریایی است. به این خاطردر چند سال گذشته، حجم زیادی ازفعالیت های مربوط به نانوتکنولوژی به ساخت نانوفیبرهای ضد میکروبی با ترکیب آنتی بیوتیک ها یا بیوسیدهای مختلف اختصاص یافته است (1, 2).

روش های ساخت نانوفیبرهای ضد میکروبی را می توان به دو دسته طبقه بندی کرد. روش اول توسط یک فرایند  با الکتروریسی محلول ها یا سوسپانسیون های پیش ساز که عموماً از پلیمرها و عوامل ضد میکروبی تشکیل شده اند،است .روش دوم شامل دو مرحله است: تولید نانوفیبرهای پلیمری الکتروریسی اولیه و سپس دست ورزی با مواد ضد میکروبی. برای اتصال عوامل ضد میکروبی بر روی سطوح نانوفیبرهای الکتروریسی شده ازروش های مختلف شیمیایی و فیزیکی استفاده می شود (8).

آنتی بیوتیک ها به طور کلی سه هدف باکتریایی را تحت تأثیر قرار می دهد: سنتز دیواره سلولی، ماشین ترجمه و تکثیرDNA .مکانیسم‌های مقاومت باکتریایی عبارتند ازتولید آنزیم‌هایی که آنتی‌بیوتیک را تغییر می‌دهند یا تجزیه می‌کنند مانند -لاکتامازها و آمینوگلیکوزیدها و یا اصلاح اجزای سلولی مانند دیواره سلولی و در نهایت ایجاد  پمپ‌های خروجی که مقاومت چند دارویی را در برابر چندین دارو ایجاد می‌کنند. از آنجایی که نحوه عملکرد نانوذرات عمدتاً از طریق تماس مستقیم با دیواره سلولی باکتری است، بدون نیاز به نفوذ به سلول‌ها، تاثیرات خود را اعمال می کنند (3).

3 مکانیسم های اثر ترکیبات ضدمیکروبی نانو

سه مسیر اصلی اثرگذاری این مواد وجود دارد: (1) اختلال در پتانسیل و یکپارچگی غشاء و (2) تولید گونه های اکسیژن فعال (ROS) و (3) آزاد سازی یون های فلزی اکسید کننده از نانوذرات فلزی. آسیب غشایی زمانی با تغییر پتانسیل غشاء، دپلاریزاسیون غشا و از دست دادن یکپارچگی منجر به عدم تعادل حمل و نقل، وقفه در انتقال انرژی، لیز سلولی و در نهایت مرگ سلولی می شود. ROS ها از طریق استرس اکسیداتیو شدید باعث آسیب به تمام ماکرومولکول های سلولی می شود که منجر به پراکسیداسیون لیپیدی، تغییر پروتئین ها، مهار آنزیم ها و آسیب RNA و DNA می شود. در غلظت های بالا، ROS منجر به مرگ سلولی و در غلظت های پایین باعث آسیب شدید DNA و جهش می شود. اثرات دیگر ترکیبات ضدمیکروبی نانو شامل مهار مستقیم آنزیم های ضروری خاص، القای گونه های فعال نیتروژن (NRS) و القای مرگ برنامه ریزی شده سلولی است (3).

4 نانوفیبر های ضد میکروبی مبتنی بر ذرات فلزی

فلزات و اکسیدهای فلزی به طور گسترده ای برای فعالیت های ضد میکروبی مورد مطالعه قرار گرفته اند .اکثر نانوذرات اکسید فلزی از طریق تولید گونه‌های اکسیژن فعال (ROS) خاصیت ضدمیکروبی از خود نشان می‌دهند، اگرچه برخی به دلیل ساختار فیزیکی و آزادسازی یون‌های فلزی مؤثر هستند (3). علاوه بر آن این نانوفیبرهای فلزی به دلیل نسبت سطح به حجم بالا، سمیت کم، پایداری، عملکرد طولانی مدت و توانایی ضد میکروبی مورد استفاده قرار می گیرند. انواع متفاوت نانوفیبرهای فلزی، از جمله مس، روی، تیتانیوم، منیزیم، طلا و نقره، اثرات ضد میکروبی در برابر باکتری‌ها، ویروس‌ها و سایر میکروارگانیسم‌های یوکاریوتی نشان می‌دهند. برای مثال نانوفیبر اکسید روی (ZnO) و دی‌اکسید تیتانیوم (TiO₂) با جذب نور فرابنفش فعالیت ضدباکتریایی از خود نشان می‌دهند. این نانوفیبرهای فلزی با در زمینه ی مهندسی بافت، دستگاه های زیست پزشکی، و تصفیه آب به کار می روند (2, 9).

4.1 نانو فیبرهای نقره

در بین نانو فیبرهای فلزی، نانو فیبرهای حاوی نقره موثرترین عوامل ضد میکروبی هستند .ساده ترین روش برای تشکیل آنها معمولاً با احیا نیترات نقره در محلول پلیمری با الکتروریسی است. پلیمر های مورد استفاده عموما از جنس chitosan،PVC ،PAN ،Nylon ، Gelatinهستند به منظور جلوگیری از استفاده از عوامل کاهنده خطرناک، روش‌های “سنتز سبز” توسط پلی ساکارید ها، عصاره گیاهی مورد استفاده قرار گرفته است (10). ادغام نقره باعث تولید نانوفیبرهایی با ابعاد کاهش یافته و کارایی بیشتر می شود. نانوفیبرهای نقره از طریق دیواره‌های سلولی به سلول‌های باکتریایی وارد می‌شوند، در غشای باکتری تجمع می‌یابند و با پروتئین‌های غشاء و DNA واکنش می دهند. این اعمال موجب اختلال در متابولیسم و تقسیم سلولی و مرگ نهایی باکتری ها می شود (11). برای مثال نانوذرات نقره با افزایش نفوذپذیری غشاء و غیرفعال کردن زنجیره تنفسی باعث ایجاد “حفره” در دیواره سلولی E. coli، به عنوان نماینده باکتری های گرم منفی، می شوند. همچنین به علت میل ترکیبی بالای Ag با گوگرد و نیتروژن، ساختار پروتئین با اتصال نانوذرات Ag به گروه‌های تیول و آمینو مهار و مختل می شود. از سوی دیگر نانوذرات Ag می تواند اثر خود را از طریق ایجاد ROS القا کنند (3, 12).

4.2 نانوفیبرهای اکسید روی

نشان داده شد که نانوذرات اکسید روی رشد سویه‌های استافیلوکوکوس اورئوس و استافیلوکوکوس اپیدرمیدیس مقاوم به انتی بیوتیک ها را مهار می‌کنند. رنگ سفید، خاصیت مسدود کنندگی اشعه ماوراء بنفش، و توانایی آنها در جلوگیری از تشکیل بیوفیلم، آنها را برای صنایع پارچه  و شیشه به عنوان مواد پوششی در تجهیزات پزشکی مناسب می سازد. اتصال به غشاها، مختل کردن پتانسیل غشا و یکپارچگی آنها، و القای تولید ROS  و ایجاد جهش‌ از مکانیسم های اثر این دسته مواد است (3, 13).

4.3 نانوفیبرهای تیتانیوم دی اکسید

دی اکسید تیتانیوم (TiO₂) اکسید فلز دیگری است که دارای فعالیت های ضد میکروبی بر باکتری های گرم مثبت و گرم منفی است طبق گزارشات جدید کارایی آن در برابر گونه های مختلف ویروسی و انگل ها نشان داده شده است. اثرگذاری آنها، ناشی از نور مرئی یا UV، با ایجاد ROS ها است. ROS به غشاء، DNA و بسیاری از ماکرومولکول ها و عملکرد سلول باکتری آسیب می رساند (14).

5 نانوفیبر های غیر فلزی

نانوفیبر های غیر فلزی نیز میتوانند خواص ضد میکروبی از خود نشان دهند برای مثال نانوفیبرهای مبتنی بر نانومواد کربن یکپارچگی سلولی باکتریایی E. coli  تحت تاثیر قرار داده و منجر به آسیب غیرقابل برگشت سلولی و مرگ سلولی می‌شوند(15). گرافن و مشتقات آن (به عنوان مثال، اکسید گرافن) نیز در مقابل باکتری های گرم مثبت و گرم منفی فعالیت ضد میکروبی نشان داده اند.گرافن در ترکیب با نانوالیاف PVA به عنوان یک ماده ضد باکتری استفاده می شود که می تواند برای بهبود زخم مفید باشد(16). نانوالیافالکتروریسی شده ضد میکروبی مشتق از آنتی بیوتیک درتولید مواد غذایی، مهندسی بافت و زمینه های دارویی به کار می روند. نانوالیاف الکتروریسی شده Pleurocidin به همراه PVA اثر مهاری بالاتری در برابر اشریشیاکلی نسبت به فرم آزاد Pleurocidin دارند. آنتی بیوتیک دیگری به نام سیپروفلوکساسین به همراه پلیمرهای پلی اورتان/دکستران پانسمان زخم ها به کار می روند (17).

Table2  نانوفیبر های انتی بیوتیکی(2)

6 نانوفیبرهای آلی

Poly-ɛ-lysine یک هموپپتید کاتیونی L-lysine است که در برابر باکتری های گرم مثبت و گرم منفی و گاها اسپور انها موثر است (18). نانوفیبرهای بنزوئیک اسید، فنل و استرهای p-هیدروکسی بنزوات از دیگر نانوفیبرهای آلی ضد میکروبی هستند. این دسته مواد به دلیل فعالیت های باکتری کش، قارچ کش و جلبک کش آن مورد استفاده قرار می گیرند. تاکنون اثر انها علیه باسیلوس ماکروئیدها، سودوموناس آئروژینوزا و دونالیلا ترتیولکتا آزمایش شده است (19).

نانوذرات Chitosan  دارای فعالیت ضد باکتریایی، ضد ویروسی و ضد قارچی وسیعی هستند. نانوذرات Chitosan نانوذراتی هستند که از N-deacetylation کیتین پلیمر N-acetylglucosamine که معمولاً در اسکلت بیرونی حشرات یافت می‌شوند، به دست می‌آیند.

نحوه عملکرد ضد باکتریایی Chitosan  به سبب برهمکنش لیپوپلی ساکاریدها با Chitosan است که منجر به بی ثباتی و لیز غشای سلولی شده که منجر به مرگ سلولی می شود (19).

7 رهاسازی مواد ضدمیکروبی از نانوفیبرها

یکی از مهمترین مواردی که در ساخت نانوفیبرهای ضدمیکروبی حائز اهمیت است،سرعت رهاسازی مواد ضدمیکروبی است. نوع و ترکیب پلیمر و ساختار نانوالیاف می تواند بر سرعت رهاسازی تاثیر بگذارد.برای مثال الیاف PEVA نسبت به الیاف PLA یا ترکیبات PEVA/PLA در آزادسازی هیدروکلراید تتراسایکلین پایدار تر هستند.برای رهاسازی، افزودن یک پلیمر محلول در آب به محلول الکتروریسی اثرات زیادی بر رهاسازی داروی ضدمیکروبی دارد.در یک محیط آبی، داروهای جذب شده باید ابتدا از ساختارهای نانو به ماتریکس پلیمر وارد شده و سپس به مایع بیرونی رها شوند. این فرآیند به طور قابل توجهی سرعت انتشار را کاهش داده تا دارو به مدت دو هفته یا بیشتر پایدار ماند (2).

8 کاربردهای نانوفیبرهای ضدمیکروبی

8.1 داربست های مهندسی بافت

میلیون ها بیمار وجود دارند که از نارسایی اندام در مرحله نهایی رنج می برند یا  یک اندام یا بافت را از دست داده اند. همواره برخی از محدودیت ها در پیوند بافت وجود دارد . امروزه برای رفع این مشکلات مهندسی بافت به ارمغان می آورد . یک راه جایگزین خوب برای پیوند ، استفاده از داربست مهندسی بافت  است که محیطی سه بعدی را برای چسبندگی سلول فراهم می کند و فضایی مشابه با فضای بدن برای  تکثیر و آرایش خاص سلول ها در بافت ایجاد میکند. می توان از نانوفیبرهایی که به شکل سنتزی یا طبیعی یا تلفیقی از هر دو حالت تولید شده اند در مهندسی بافت برای پوست ، رگ های خونی ، استخوان ها ، غضروف و… استفاده نموند. از نانوفیبر های سنتزی به پلی لاکتید، چیتین و چیتوسان، نانوفیبر های طبیعی مانند کلاژن و الاستین و نانوفیبر های تلفیقی مانند ترکیبی از رباط و تاندون ها می توان اشاره کرد (4). سه عنصر کلیدی برای مهندسی بافت از جمله سلول ها، داربست ها و فاکتور های رشدی مورد نیاز است (4).

8.2 سیستم های دارورسانی

با توجه به ویژگی ها و خواص منحصر به فرد نانوفیبرهای متخلخل از جمله بارگذاری بالای دارو، راندمان کپسوله شدن، افزایش شاخص درمانی، تحویل موضعی، کاهش عوارض جانبی دارو و توانایی تعدیل آزادسازی دارو توسط مهندسی از آنها برای دارورسانی استفاده می گردد. ادغام دارو با نانوفیبر را می توان به راحتی در نانوالیاف الکتروریسی شده با تکنیک های مختلفی مانند جذب فیزیکی، تثبیت شیمیایی، اختلاط، الکتروریسی کواکسیال و الکتروریسی امولسیونی انجام داد (4). در جدول زیر لیستی از نانوفیبر های مورد استفاده در دارورسانی ذکر شده است.

Table3 نانوفیبرهای مورد استفاده در دارو رسانی

8.3 پانسمان زخم

مهمترین وظیفه پوست محافظت از اندام های داخلی، ماهیچه ها و استخوان ها است که ممکن است در اثر سوختگی، بریدگی یا بیماری تحت تاثیر قرار گیرند. فرآیند بهبود زخم بلافاصله زمانی که پوست تحت تاثیر قرار می گیرد شروع می شود. وجود باکتری باعث کاهش اثربخشی بهبود زخم و افزایش احتمال بروز عفونت و تبخیر می شود. عدم وجود ارگانیسم های گرم مثبت مانند استافیلوکوکوس اورئوس و استرپتوکوک پیوژنز به طور تصاعدی سرعت بهبود زخم را افزایش می دهد. بنابراین، پانسمان زخم ها به جلوگیری از عفونت و حفظ محیطی مناسب برای بهبود زخم ها کمک می کند. تقلید از ترکیب، ساختار، مکانیسم و سیگنال دهی سلولی توسط نانوفیبرها ضروری است.

از نانوفیبرهای مورد استفاده در پانسمان زخم برای ترمیم سریع تر زخم ، بازسازی پوست ، درمان زخم دیابت قرار میگیرند همچنین نانوالیاف رطوبت بیشتری را در ساختار خود نگه می دارد و سطح زخم را در طول فرآیند بهبود خیس نگه می دارد. این امر از چسبیدن نانوالیاف به سطح زخم جلوگیری می کند. ترکیبات نانوفیبری مثل کلاژن، ترکیب کلاژن و PCL، لامینین، ژلاتین، کیتین و فیبرین از ECM پوست در پانسمان زخم تقلید میکنند (4).

با بررسی پانسمان های زخم که  اخیرا از نانوالیاف نقره ، اکسید اهن و اکسید تیتانیوم ساخته شده، میتوان به قابلیت این دسته نانوفیبر های سنتزی در جلوگیری از نفوذ و رشد باکتری هایی از قبیل E.Coli ، S.aereus و P.aeruginosa اشاره کرد (20).

Table 4   باکتری های تحت تاثیر نانوفیبرهای ضدمیکروبی در پانسمان زخم

8.4 حسگرها

حسگرهای زیستی و سیستم مانیتورینگ سلامت فناوری نانوالیاف برای تثبیت و سنجش، بهبود خواص کاتالیزوری الکترودها، توانایی استثنایی برای افزایش حساسیت مطلوب، اختصاصیت و شتاب سرعت واکنش، استفاده می‌شوند.

حسگرهای زیستی مبتنی بر نانوالیاف پتانسیل زیادی را برای کاربردهایی در زمینه تشخیص بیماری ها و آزمایشات مراقبت های بهداشتی نشان می دهند. نانوالیاف برای شناسایی طیف وسیعی از آنالیت‌ها از جمله گلوکز، اوره، کلسترول و microRNA استفاده شده‌اند (4).

8.5 تولید فیلترهای ضد میکروبی

ویروس کرونا در 5 سال اخیر مشکلات تنفسی زیادی برای افراد مبتلا  و یا افراد با بیماری های زمینه ای به همراه داشته است . استنشاق ریز قطرات بیش از 5 میکرومتر از دهان و ذرات معلق در هوا زیر 5 میکرومتر، میتواند منجر به ابتلا به بیماری گردد. با توجه به گسترش سریع این بیماری ، فاصله گذاری اجتماعی و استفاده از ماسک صورت و ماسک تنفسی یکی از بهترین و ساده ترین روش های جلوگیری از ابتلا به این بیماری شناخته شد. با توجه به این موضوع، نیاز مبرمی به تولید مواد فیلتراسیون بسیار کارآمد وجود داشت .استفاده از نانوفیبر ها به علت ویژگی های منحصر به فرد آنها که قبلا ذکر شده برای تولید مواد فیلتراسیون بسیار کارآمد می باشد. نانوالیاف الکتروریسی معمولاً روی یک بستر، معمولاً یک پارچه غیر بافته ، رسوب می‌کنند. هنگامی که یک بستر بهینه انتخاب شد، الیاف الکتروریسی شده را می توان برای افزایش کارایی فیلتر و در عین حال کاهش مقاومت تنفسی طراحی کرد. در میان انواع مختلف پلیمرهای مورد استفاده در فیلتراسیون، پلی اکریلونیتریل (PAN) به دلیل خواص مکانیکی خوب و آبگریزی و همچنین پایداری حرارتی و شیمیایی آن، یک کاندید مناسب برای تولید فیلترها می باشد. ترکیباتی مانند نقره (Ag)، دی اکسید تیتانیوم (TiO₂)، پالادیوم (Pd)، اکسید روی (ZnO) و یا مس (Cu) دارای خواص ضد میکروبی خوبی را در برابر انواع زیادی از میکروارگانیسم‌ها مانند باکتری‌ها، قارچ‌ها و ویروس‌ها هستند، و می‌توان آنها را در مواد الکتروریسی شده به شکل نانوکامپوزیت‌ها گنجاند. با تولید نانوالیاف TiO2/PAN، ZnO/PAN و Ag/PAN را روی بسترهای پلی اتیلن ترفتالات (PET) برای استفاده به عنوان فیلترهای هوا مخصوصا ZnO/PAN در ارتباط با نانوفیبرهای انقلابی در تولید ماسک ها ایجاد شده است (7). علاوه بر موارد ذکر شده ، از برخی ترکیبات گیاهی نیز برای سنتز نانوفیبرهای ضدمیکروبی با عمکرد فیلتری استفاده میشود . برای مثال Allium sativum Allicin یک ترکیب گیاهی با خواص پروتئولیتیکی است که از تکثیر ویروس ها جلوگیری می کند. Vitex trifolia Casticin نیز ترکیب دیگری است که اثرات ضدالتهابی بر ریه ها اعمال می کند (21).

نتیجه گیری

مطالب ذکر شده تنها قسمت کوچکی از کاربردهای نانوفیبرهای ضدمیکروبی هستند.با توجه به ویژگی های بینهایت منحصر به فرد نانوفیبر ها میتوان از آنها در طیف گسترده ای از تجهیزات و اقلامات پزشکی چه در جهت تشخیص و چه در جهت درمان بیماری ها استفاده نمود.همانطور که اشاره شد ، این مواد با نسبت سطح به حجم بالا، ساختار متخلخل و توانایی حمل ترکیبات ضدمیکروبی جایگزین خوبی برای اتی بیوتیک ها می باشند. نانوالیاف پلیمری با خواص ضد میکروبی در بسیاری از زمینه ها از جمله پانسمان زخم، بازسازی بافت، دارورسانی، فیلتر هوا و آب و ماسک ها و حسگرهای زیستی به کار می روند.علیرغم یافته‌های عمده در ارتباط با نانوفیبرهای الکتروریسی شده ضد میکروبی، در حال حاضر نیاز به ارزیابی فعالیت ضد میکروبی در برابر تعداد بیشتری از میکروارگانیسم‌ها وجود دارد، زیرا بیشتر مطالعات به دو باکتری مدل، یعنی اشریشیا کلی و استافیلوکوکوس اورئوس محدود شده‌اند و اطلاعات کمی در رابطه با قارچ ها، ویروس ها و سایر باکتری های بیماری زا وجود دارد.از طرف دیگراستفاده از نانوالیاف برای اهداف پزشکی و بیولوژیکی مفید است ، اما باید اثر حلال‌های باقی‌مانده مورد استفاده در فرآیند الکتروریسی که می‌توانند خواص سمی داشته باشند ، مورد بررسی قرار گیرند. زیرا حلال های رایج می توانند در مدت طولانی آزاد شوند و منجر به آسیب به ذرات فعال بیولوژیکی موجود در فیبر یا اثرات مضر بر موجودات زنده در تماس با نانوالیاف داشته باشند.

منابع

1. 1. Maliszewska I, Czapka T. Electrospun polymer nanofibers with antimicrobial activity. Polymers. 2022;14(9):1661.
   2. Gao Y, Bach Truong Y, Zhu Y, Louis Kyratzis I. Electrospun antibacterial nanofibers: Production, activity, and in vivo applications. Journal of Applied Polymer Science. 2014;131(18).
   3. Beyth N, Houri-Haddad Y, Domb A, Khan W, Hazan R. Alternative antimicrobial approach: nano-antimicrobial materials. Evidence-based complementary and alternative medicine. 2015;2015.
   4. Rasouli R, Barhoum A, Bechelany M, Dufresne A. Nanofibers for biomedical and healthcare applications. Macromolecular bioscience. 2019;19(2):1800256.
   5. Hamdan N, Yamin A, Hamid SA, Khodir WKWA, Guarino V. Functionalized antimicrobial nanofibers: Design criteria and recent advances. Journal of functional biomaterials. 2021;12(4):59.
   6. Gul A, Gallus I, Tegginamath A, Maryska J, Yalcinkaya F. Electrospun antibacterial nanomaterials for wound dressings applications. Membranes. 2021;11(12):908.
   7. Pardo-Figuerez M, Chiva-Flor A, Figueroa-Lopez K, Prieto C, Lagaron JM. Antimicrobial nanofiber based filters for high filtration efficiency respirators. Nanomaterials. 2021;11(4):900.
   8. Moritz M, Geszke-Moritz M. The newest achievements in synthesis, immobilization and practical applications of antibacterial nanoparticles. Chemical Engineering Journal. 2013;228:596-613.
   9. Song K, Wu Q, Qi Y, Kärki T. Electrospun nanofibers with antimicrobial properties. Electrospun nanofibers. 2017:551-69.
   10. Hu B, Wang S-B, Wang K, Zhang M, Yu S-H. Microwave-assisted rapid facile “green” synthesis of uniform silver nanoparticles: self-assembly into multilayered films and their optical properties. J Phys Chem C. 2008;112(30):11169-74.
   11. Melaiye A, Sun Z, Hindi K, Milsted A, Ely D, Reneker DH, et al. Silver (I)− imidazole cyclophane gem-diol complexes encapsulated by electrospun tecophilic nanofibers: Formation of nanosilver particles and antimicrobial activity. Journal of the American Chemical Society. 2005;127(7):2285-91.
   12. Choi O, Deng KK, Kim N-J, Ross Jr L, Surampalli RY, Hu Z. The inhibitory effects of silver nanoparticles, silver ions, and silver chloride colloids on microbial growth. Water research. 2008;42(12):3066-74.
   13. Applerot G, Lellouche J, Perkas N, Nitzan Y, Gedanken A, Banin E. ZnO nanoparticle-coated surfaces inhibit bacterial biofilm formation and increase antibiotic susceptibility. Rsc Advances. 2012;2(6):2314-21.
   14. Blecher K, Nasir A, Friedman A. The growing role of nanotechnology in combating infectious disease. Virulence. 2011;2(5):395-401.
   15. Schiffman JD, Elimelech M. Antibacterial activity of electrospun polymer mats with incorporated narrow diameter single-walled carbon nanotubes. ACS applied materials & interfaces. 2011;3(2):462-8.
   16. Lu B, Li T, Zhao H, Li X, Gao C, Zhang S, et al. Graphene-based composite materials beneficial to wound healing. Nanoscale. 2012;4(9):2978-82.
   17. Wang X, Yue T, Lee T-c. Development of Pleurocidin-poly (vinyl alcohol) electrospun antimicrobial nanofibers to retain antimicrobial activity in food system application. Food control. 2015;54:150-7.
   18. Hiraki J. Basic and applied studies on ε-polylysine. Journal of Antibacterial and Antifungal agents. 1995;23:349-54.
   19. Rabea EI, Badawy ME-T, Stevens CV, Smagghe G, Steurbaut W. Chitosan as antimicrobial agent: applications and mode of action. Biomacromolecules. 2003;4(6):1457-65.
   20. Serrano-Aroca Á, Cano-Vicent A, i Serra RS, El-Tanani M, Aljabali A, Tambuwala MM, et al. Scaffolds in the microbial resistant era: Fabrication, materials, properties and tissue engineering applications. Materials Today Bio. 2022:100412.
   21. Balachandar V, Mahalaxmi I, Kaavya J, Vivekanandhan G, Ajithkumar S, Arul N, et al. COVID-19: emerging protective measures. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2020;24(6):3422-5.