Nanoparticules cœur-coquille Au@Ag biogéniques synthétisées par extrait de Rumex hymenosepalus pour applications antimicrobiennes

Section expérimentale

Matériaux

Racines Rumex hymenosepalus acquises localement. Précurseurs HAuCl₄ et AgNO₃ (pureté 99 %) de Sigma-Aldrich. Bouillon Brain Heart Infusion (BHI) et Bouillon Dextrose Pomme de terre (PDB) pour essais microorganismes de Sigma-Aldrich. Éthanol (99 %) Fermont, eau ultrapure (milli-Q) pour expériences.

Extrait de Rumex hymenosepalus

150 g racine coupée en tranches, déshydratée, macérée dans 1000 mL mélange éthanol/eau 70/30 V/V. Macération température ambiante, récipient verre hermétique, protégé lumière. Absorbance surveillée 21 jours jusqu'à stabilité. Filtration successive : papier Whatman 8 µm et 2 µm, puis filtre acrodisc 0,22 µm. Éthanol éliminé par rotavaporation, extrait aqueux concentré congelé -80 °C pour lyophilisation (Labconco, FreeZone 1L). Poudres stockées contenants stériles, protégées lumière, température ambiante.

Synthèse des AuNPs

Solution aqueuse Rumex 10 mg/mL à partir extrait lyophilisé. 16 mL solution Rumex + 32 mL eau ultrapure, agitation 1000 tr/min, ajout lent 16 mL HAuCl₄ (0,01 M). Réaction 1 h éclairage laboratoire, température ambiante. Intensité résonance plasmon de surface (λ_SPR = 540 nm) évaluée UV-Vis dans le temps ; sans changement = synthèse complète. Produit centrifugé 12 000 tr/min, surnageant remplacé eau ultrapure, sonication 1 h pour redisperser. Procédure répétée 3 fois : eau 2 fois, éthanol dernière. Dispersion éthanolique centrifugée, précipités séchés four convection 40 °C. Dispersion aqueuse AuNPs 2300 µg/mL préparée.

Synthèse des Au@AgNPs

2 mL dispersion aqueuse AuNPs (2300 µg/mL), 0,8 mL AgNO₃ (0,1 M), 0,8 mL solution Rumex (10 mg/mL) dans tube culture stérile. Mélange soniqué 3 h bain ultrasons (Branson, Modèle 2510). Centrifugation 12 000 tr/min 1 h, solides redispersés eau ultrapure par sonication pour concentration 1000 µg/mL.

Synthèse des AgNPs

16 mL solution extrait (10 mg/mL) + 64 mL eau ultrapure + 8 mL AgNO₃ 0,1 M. Réaction 1 h éclairage laboratoire, 25 °C. Résonance plasmon (λ_SPR^Ag = 440 nm) monitorée UV-Vis dans le temps. Produit centrifugé 12 000 tr/min, surnageant remplacé eau ultrapure, sonication 1 h. Procédure répétée 3 fois : eau 2 fois, éthanol dernière. Dispersion éthanolique centrifugée, précipités séchés 40 °C. Poussière AgNPs redispersée eau ultrapure par sonication → dispersion colloïdale 2000 µg/mL.

Caractérisations

Spectres absorption UV-Vis sur spectromètre PerkinElmer Lambda 45 double faisceau. Fente 0,5 nm, vitesse 480 nm/min, gamme 200-900 nm. 50 µL échantillon NPs, 5 µL extrait, volume final 3 mL cellules quartz, eau ultrapure solvant.

Potentiel zêta (ζ) AuNPs, AgNPs, Au@AgNPs mesuré Zetasizer-Nano ZS (Malvern, UK). Chaque échantillon température ambiante (25 °C) triplicata, fonction concentration 1, 10, 50, 100 µg/mL.

DLS pour AuNPs, AgNPs, Au@AgNPs mesuré Zetasizer-Nano ZS (Malvern, UK) laser He-Ne 633 nm. Même protocole concentration. Indice polydispersité (PDI) par DLS via logiciel Malvern : PDI = (σ/D̄)², D diamètre moyen, σ écart-type D. PDI ≤ 0,10 = hautement monodisperses.

Gap optique E_g calculé pour AgNPs, AuNPs, Ag@AuNPs par équation Tauc : α = c/(hν) (hν - E_g)^(1/n), α coefficient absorption (α = 2,303 A/d, A absorbance, d largeur cellule), E_g gap énergie optique, hν énergie photon. Indice n = 2 transitions directes bande à bande autorisées. Dépend type transition : 1/2, 2, 3/2, 3 = transitions directes autorisées, indirectes autorisées, directes interdites, indirectes interdites.

Échantillons AgNPs, AuNPs, Ag@AuNPs, Rh analysés par absorption infrarouge FTIR (PerkinElmer Spectrum Two). Paramètres : résolution 4 cm⁻¹, 16 scans, gamme 4000-900 cm⁻¹.

Spectroscopie photoélectrons X sur PerkinElmer PHI 5100, source duale Mg/Al, 300 W, 15 kV. Ligne émission Mg Kα 1253,6 eV pour AgNPs, AuNPs, Ag@AuNPs, Rh. Conditions vide 2 × 10⁻⁹ Torr. Données analysées logiciel Multipak. Pour XPS, dispersions NPs et solution extrait déposées sur lamelles propres : 30 µL échantillon, séchage complet, répété ≥5 fois jusqu'à film mince, puis caractérisation XPS.

HAADF-STEM : mode puissant microscopie électronique, informations complémentaires structure nanomatériau. HAADF-STEM corrigé aberrations : résolution atomique positions atomes natures chimiques différentes. Sensibilité chimique et haute résolution spatiale. Image incohérente dominante, contribution négligeable contraste diffraction. Contraste numéro atomique (Z) permet détails structuraux nanostructures avec grande précision.

Analyse STEM : microscope JEOL-JEMARM200 200 kV, correcteur CEOS lentille condenseur. Images Z-Contrast STEM enregistrées simultanément modes BF et HAADF. Ouverture lentille condenseur 40 microns (32-36 mrad angle convergence), taille spot 9 pA.

Analyse MET : goutte (10 µL) suspension Au@AgNPs sur grille carbone 300 mailles épaisse, séchée température ambiante, chambre vide 24 h.

NPs analysées MET Jeol 2010F (1,9 Å résolution) 200 kV. Analyse EDS spectromètre QUANTAX 200-TEM (Bruker) détecteur XFlash 4010. HRTEM : micrographies grossissement >100 000X. Espacements interplanaires plans cristallins par analyse micrographie numérique (Gatan 3.0). Préparation similaire STEM.

Données collectées diffractomètre Bruker D8 QUEST, miroirs multicouches monochromateur, tube Cu Kα Microfocus scellé (λ = 1,54178 Å). Images collectées T = 300 K via ω/φ-scans, traitées pour diffractogrammes Intensité vs 2Theta. Logiciel High Score Plus traitement données brutes, base données diffraction poudre ICSD pour analyses identification phases search-match.

Essai d'activité antibactérienne

Microorganismes testés : Escherichia coli (ATCC 25922), Staphylococcus aureus (ATCC 5538P), levure Candida albicans isolée urine infectée patient adulte infection urinaire (selon Déclaration Helsinki). Bouillons BHI et PDB pour inoculum bactéries et levure. Cultures incubées 37 °C overnight. Concentration UFC/mL déterminée par densité optique UV-Vis : 540 nm bactéries, 600 nm levure. Suspensions 4 × 10⁸, 7,8 × 10⁸, 2,5 × 10⁶ UFC/mL pour E. coli, S. aureus, C. albicans. Activité antimicrobienne testée plaques 96 puits, milieu liquide + NPs + microorganisme 37 °C. Tests triplicats. Absorbance lecteur multimode Synergy HTX Biotek, logiciel Gen 5. Courbes croissance microbiennes logiciel Origin Lab 8.0. Étape 1 : 70 µL bouillon frais (BHI ou PDB) + NPs concentration requise ajoutés puits. Étape 2 : 30 µL suspension microorganisme ajoutée, homogénéisée. Volume final 100 µL/puits. Après ensemencement, plaques lues spectrophotomètre. Plaques 37 °C 24 h, agitation circulaire avant chaque lecture période 15 min. Taux croissance déterminé par mesure densité optique (OD) longueurs d'onde mentionnées.

Courbes croissance analysées par modèle Gompertz

Modèle croissance Gompertz bien décrit croissance populations microorganismes. Permet comprendre deux paramètres critiques : phase adaptative (phase de latence) et taux croissance population. Étudier comportement phase latence traitements inhibiteurs pertinent : informations réponses adaptatives microorganisme au traitement, indications développement résistance au traitement évalué.

Modèle Gompertz modifié décrit par Zwietering et al. et adapté par Li et al. et autres :

$$y = A\exp \left\{ { - \exp \left[ {\frac{\mu e}{A}\left( {\lambda - t} \right) + 1} \right]} \right\}$$

où A nombre cellules exprimé OD₅₄₀ (S. aureus, E. coli) et OD₆₀₀ (C. albicans), μ taux croissance phase exponentielle, e exponentielle e¹, λ phase latence. Ajustement cinétique croissance logiciel Origin 9.1 pour analyser effets sur S. aureus, E. coli, C. albicans des trois agents AuNPs, AgNPs, Au@AgNPs.

Effet des nanoparticules sur croissance E. coli, S. aureus, C. albicans

E. coli et S. aureus inoculés milieu BHI, C. albicans milieu PD. Cultures incubées overnight 36 °C. Ajustement absorbance 1, 0,7, 1 respectivement (λ = 540 nm). AuNPs, AgNPs, Au@AgNPs concentration 50 µg/mL. Plaque 96 microwells, cultures exposées NPs ratio 7:3, volume final 200 µL/microwell. Témoins : eau stérilisée mêmes conditions ; milieux frais et solutions NPs sans microorganismes. E. coli, S. aureus, C. albicans exposés AuNPs, AgNPs, Au@AgNPs respectivement. Incubation 36 °C, échantillons chaque microorganisme traitement/témoin à 1, 7, 13, 19 h. Échantillons dilués série 1:10 solution saline, étalés surface gélose Müeller-Hinton. Incubation 36 °C 24 h. UFC/mL calculés comptage direct.

Détermination concentration bactéricide minimale (CBM)

S. aureus, E. coli, C. albicans inoculés chacun bouillon Müeller-Hinton incubé overnight 36 °C, ajustés 0,5 McFarland Néphélomètre. Pour détermination CMI (concentration inhibitrice minimale), test microdilution : plaque 96 puits. 160 µL culture ajustée chaque microorganisme versés 5 puits. Solutions AuNPs, AgNPs, Au@AgNPs 1000 µg/mL préparées. Dilutions 750, 500, 250 µg/mL. Eau stérilisée = 0 µg/mL NPs. 40 µL chaque solution ajoutés 160 µL cultures ajustées. Concentrations finales : 200, 150, 100, 50, 0 µg/mL chaque NP testé. Microplaques incubées 36 °C 24 h. Échantillon chaque puits ensemencé surface Müeller-Hinton mêmes conditions. Après incubation, observation signaux croissance. Concentration sans signaux croissance = valeur CBM.

Résultats et discussions

Caractérisation

Figure 1a : spectres absorption UV-Vis nanomatériaux synthétisés. Absorbances normalisées pour résonance plasmon de surface localisée (LSPR) maximum correspondant chaque système NPs.

Spectre absorption Au@AgNPs Fig. 1a : bande unique centrée 474 nm, entre LSPR AgNPs (445 nm) et AuNPs (544 nm). Absence pic absorption type or sur Au@AgNPs suggère structure cœur@coquille par synthèse séquentielle. Impossible détecter bande absorption associée or noyau. Certains auteurs : pour systèmes cœur@coquille, spectres absorption composés deux bandes associées chaque métal pour épaisseurs coquille 3-4 nm. Absorption métal noyau disparaît pour épaisseurs supérieures, bande unique absorption dont maximum dépend rapport épaisseur/taille noyau particule bimétallique.

Samal et al. ont synthétisé NPs cœur@coquille (Au@Ag) contrôlant tailles noyaux et ajoutant différentes épaisseurs coquilles. Notre résultat UV-Vis Au@AgNPs coïncide avec rapport Samal pour noyaux or 32 nm et épaisseur argent >15 nm : spectres caractérisés par bande unique absorption (~450 nm), suppression plasmons surface or observée.

Fig. 1a : absorption centrée 280 nm (région bleue) = molécules extrait Rumex hymenosepalus agent réducteur. Fichier supplémentaire 1 : Figure S1 = spectre absorption solution aqueuse Rumex hymenosepalus. Bande caractéristique 278 nm = transitions électroniques anneaux aromatiques conjugués groupes carbonyl composés polyphénoliques. Cette bande dans spectres UV-Vis NPs indique produits finaux contiennent molécules extrait restantes. Rivero-Cruz et al. : quatre stilbénoïdes, deux flavan-3-ols, trois anthraquinones isolés R. hymenosepalus ; Rodríguez-León et al. : étude RMN détermine molécules importantes : glycoside stilbène, épicatéchine gallate, épigallocatéchine gallate (EGCG). Ces molécules participent comme agents réducteurs : déprotonation groupements -OH anneaux phénoliques → groupes =CO. Molécules polyphénoliques oxydées, électrons libérés transférés vers Ag⁺ et Au³⁺ pour former Au⁰ et Ag⁰.

Figure 1b : potentiels zêta AuNPs, AgNPs, Au@AgNPs concentrations 1, 10, 50, 100 µg/mL. NPs dispersées eau ultrapure, mesure triplicata 25 °C. Généralement, potentiels zêta plus négatifs que -30 mV, atteignant -40 mV à 100 µg/mL pour AuNPs et Au@AgNPs, -38 mV AgNPs. Valeurs hautement négatives = interactions répulsives entre NPs empêchant agrégation, stabilité long terme colloïdes métalliques. Corrélation UV-Vis et zêta : valeurs négatives dues complexation molécules polyphénoliques extrait sur surface NPs.

Pour applications biologiques, population NPs tailles monodisperses précieuse. Fig. 1c,d : valeurs DLS diamètre moyen et PDI AuNPs, AgNPs, Au@AgNPs concentrations 1, 10, 50, 100 µg/mL. Diamètre moyen Au@AgNPs ~250 nm constant vs concentration ; monométalliques ~122 et 135 nm pour AuNPs et AgNPs. PDI ~0,3 monométalliques, 0,2 Au@AgNPs. Tailles ne variant pas avec concentration = bonne stabilité, polydispersité modérée (0,3 ≥ PDI ≥ 0,2).

Gap optique tracé Tauc calculé (Fichier supplémentaire 1 : Figure S2). Bande conduction semi-conducteurs E_g < 3 eV (référence : germanium E_g < 0,7 eV, silicium E_g = 1,1 eV). Notre cas : gap Au@AgNPs, AuNPs, AgNPs = 1,93 eV, 2,03 eV, 2,33 eV. Matériaux considérés semi-conducteurs, caractéristique due effets confinement quantique augmentant gap énergie, utilisables capteurs, batteries, dispositifs optoélectroniques.

Pour établir présence composés organiques NPs, caractérisation XPS et FTIR. Figure 2a : spectres survey extrait plante et NPs. Tous systèmes NPs présentent signaux caractéristiques carbone (C 1s, 284,6 eV) et oxygène (O 1s, 532,2 eV) extrait Rumex hymenosepalus. Confirme molécules organiques extrait présentes dans nanomatériaux. Spectres XPS haute résolution pour états oxydation argent et or (Fichier supplémentaire 1 : Figure S3). AgNPs : signaux 373,76 eV et 367,76 eV (ΔBE = 6,0 eV) lignes spectrales 3d3/2 et 3d5/2 → Ag⁰ (argent métallique). AuNPs : pic 4f5/2 coupling spin-orbital 87,65 eV ; 4f7/2 à 83,98 eV. Ratio intensités (I4f7/2 > I4f5/2), position, séparation (ΔBE = 3,67 eV) confirment ions or (Au³⁺) réduits complètement or métallique Au⁰. Au@AgNPs : spectres haute résolution argent et or (Fichier supplémentaire 1 : Figure S3C, S3-D) même comportement homologues monométalliques → argent et or zéro-valents présentation cœur@coquille.

FTIR Fig. 2e : 3296 cm⁻¹ groupes hydroxyle, 2974 cm⁻¹ (C-H) liaison anneau aromatique, 1689 cm⁻¹ étirement carbonyl (C=O), 1689-1400 cm⁻¹ liaison carboxylate (C-O) et étirement C-C, 1212 cm⁻¹ étirement phénol C-O conjugué AuNPs, 1049 cm⁻¹ mode étirement C-O groupe ester catéchine, 799 cm⁻¹ pliage hors plan phénol, C-H pliage 964,4 et 829,39 cm⁻¹ caractéristique resvératrol décalés extrait Rh à 1031 et 867 cm⁻¹, AuNPs, AgNPs, Au@AgNPs décalés aussi → complexation molécules polyphénoliques extrait Rh avec NPs.

Figure 3a : micrographie STEM champ clair représentative Au@AgNPs bas grossissement (barre 100 nm). NPs sans agglomération, géométrie quasi-sphérique. Même région champ sombre (HAADF) Fig. 3b : structure cœur@coquille observable, noyau Au plus intense que coquille Ag, différence numéro atomique. Figures 3c,d : micrographies STEM grossissement supérieur (barre 20 nm) groupe NPs système cœur@coquille champ clair et sombre. Noyau Au brillant, coquille Ag légèrement contrastée. Épaisseur coquille Ag varie 3-5 nm. Fichier supplémentaire 1 : Figure S4 = galerie images individuelles uniformité coquille Ag.

Figures 4a,c,e : micrographies MET représentatives systèmes NPs AuNPs, AgNPs, Au@AgNPs. Morphologie sphérique, bien séparées. Explication : molécules extrait sur surfaces NPs agissant comme espaceurs. Figures 4b,d,f : histogrammes distribution taille MET, 500 NPs collectées 15-20 micrographies chaque nanomatériau. Distribution gaussienne taille moyenne 24 ± 4 nm (AuNPs), 13 ± 3 nm (AgNPs), 36 ± 11 nm (Au@AgNPs). Discrepance valeurs DLS vs MET : conditions micro-environnementales autour NPs ; DLS diamètre système incluant métal, revêtement hydraté, solvant ; MET système sec mesure métal seulement ; molécules complexation NPs (agents réducteurs, stabilisants) = dispersants induisant erreurs mesure taille, décalage vers valeurs supérieures.

Figure 5 : micrographies HAADF-STEM Au@AgNPs. NP unique Fig. 5a : noyau or, couverture argent parfaitement délimitée, numéro atomique (Z) change interface Au@Ag, variations intensité quantifiables HAADF-STEM.

Région carré rouge amplifiée HRTEM portion coquille (Fig. 5b), périphérie NPs analysée (carré discontinué) logiciel Digital Micrograph 3.0 (Gatan). Transformée Fourier Rapide (FFT) zone sélectionnée (Fig. 5c). Transformée Fourier Rapide Inverse : distances interplanaires 2,3 Å, 2,0 Å, 1,4 Å (Fig. 5d). Assignées plans cristallins (111), (200), (220) argent cubique à faces centrées (fcc) selon base ICSD FIZ Karlsruhe-Leibniz ou logiciel Jems (V 4-5430, JEMS-SAAS, Suisse). Analyse structure cristalline HRTEM similaire NPs monométalliques (Fichier supplémentaire 1 : Figures S5 AuNPs, S6 AgNPs) : structure fcc dans les deux cas.

Analyse chimique EDS présence deux métaux groupe Au@AgNPs observé MET (Fig. 6a) proportions poids atomique 77 % Ag (coquille), 23 % Au (noyaux) (Fig. 6b). NP unique bimétallique (Fig. 6c) : ~80 % Ag, 20 % Au (Fig. 6d). Estimation pourcentage atomique or/argent NPs cœur@coquille : approximation géométrie quasi-sphérique. Diamètre moyen AuNPs MET (D̄_Au = 24 nm) volume noyau (V_Au) ; diamètre moyen Au@AgNPs (D̄_Au@Ag = 36 nm) volume cœur@coquille (V_Au@Ag). Volume coquille V_Ag = V_Au@Ag - V_Au. Contenu atomique total Au/Ag calculé structure fcc (4 atomes/maille) deux métaux, paramètres maille Au 4,0783 Å, Ag 4,0862 Å. Estimation atomique : 70 % Ag (coquille), 30 % Au (noyau), diffère 10 % mesure EDS. Figure 7 : estimation théorique contenu argent/or vs épaisseur coquille, taille noyau constante (D̄_Au = 24 nm). Pour Au@AgNPs diamètre >30,2 nm, contenu atomique argent dépasse or. Matériel supplémentaire : description détaillée calcul pourcentages atomiques. Estimations similaires autres diamètres noyau Au et variant diamètre Au@AgNPs (Fichier supplémentaire 1 : Figure S7A-B).

Figure 8 : diagrammes XRD AuNPs, AgNPs, Au@AgNPs bimétalliques. Tous produits structure cristalline fcc comme caractérisation microscopie électronique. Pics Au@AgNPs angles diffraction 2θ : 38,25° ; 44,4° ; 64,9° ; 77,85° ; 81,25°. Pics diffraction AgNPs et AuNPs mêmes positions ±0,5° : Au et Ag constantes maille très proches, diagrammes diffraction fcc quasi identiques. Pics Fig. 8 assignés plans (111), (200), (220), (311), (222) or et argent fcc par JCPDS : 4-0783 et 4-0784.

Activité antimicrobienne

Matériaux monométalliques (AgNPs, AuNPs) et bimétalliques (Au@AgNPs) testés 4 concentrations : 1, 10, 50, 100 µg/mL. Microorganismes : levure Candida albicans, Gram+ S. aureus, Gram- E. coli. Courbes cinétiques croissance 24 h Fig. 9.

Candida albicans

AuNPs : pas d'effet cinétique croissance jusqu'à 10 h (Fig. 9a), variation dose-dépendante absorbance 24 h. 50 µg/mL ou plus : pente négative raide 10 h → réduction 45 % à 24 h, suggérant effet antifongique. Attribuable capacité AuNPs interagir protéines levure (H⁺-ATPase), affectant pompe protons, atrophiant incorporation nutriments → mort. Fig. 9b,c : AgNPs et Au@AgNPs inhibent croissance C. albicans dès 10 µg/mL. CMI₅₀ estimée courbe dose-réponse (Fichier supplémentaire 1 : Figure S8). CMI₅₀ = concentration NPs produisant diminution 50 % absorbance vs témoin (levure sans traitement). AgNPs et Au@AgNPs : CMI₅₀ = 2,21 et 2,37 µg/mL. Selon EDS (Fig. 9b), teneur argent Au@AgNPs = 64,85 % masse. Concentration argent Au@AgNPs pour CMI₅₀ = 1,53 µg/mL, 30 % inférieure cas AgNPs. Padmos et al. : AgNPs propriétés antibactériennes importantes, cytotoxiques cellules mammifères, effet réduit NPs bimétalliques surtout or noyau.

Escherichia coli

Fig. 9d : AuNPs pas inhibition significative (<15 %) ni effet cinétique croissance E. coli. AgNPs (Fig. 9e) faibles concentrations : phase latence inchangée, mais diminution marquée ratio croissance (décrément pente). 50 µg/mL : phase latence jusqu'à 16 h, viabilité max 20 % à 24 h. 100 µg/mL : pas détachement apparent phase croissance. Au@AgNPs (Fig. 9f) : deux premières concentrations pas changement phase croissance, mais décalage phase jusqu'à 2 h vs témoin. Phase latence jusqu'à 21 h pour 50 µg/mL ; pas comportement croissance explicite 100 µg/mL.

Staphylococcus aureus

Analyse comparative phase latence regrowth après 12 h pour Au (Fig. 9g), Ag (Fig. 9h), Au@AgNPs (Fig. 9i) cas S. aureus 50 µg/mL. Concentration max 100 µg/mL : pas croissance bactérie. Changements pente vs témoin pour Au, Ag, Au@AgNPs à 1 et 10 µg/mL.

Interaction AuNPs bactéries Gram+ : surface chargée → interaction électrostatique déstabilisant membrane. Résultats similaires mais concentrations NPs plus élevées rapportés AuNPs synthétisés extrait fruit Ananas comosus et protéine algue bleu-vert Spirulina platensis. Yang et al. : CMI > 500 µg/mL S. aureus (CMCC(B)26003), nos AuNPs inhibition 10× moins concentration ; synergie critique molécules polyphénols revêtement/stabilisant surface NPs. ROS générées intensité croissante par AuNPs, polyphénols (extraits plantes), AgNPs ; AuNPs synergie resvératrol et EGCG favorisent réponse antibactérienne S. aureus mécanisme le plus faisable. Penders et al. : 250 et 500 µg/mL AuNPs agents antibactériens S. aureus augmentent temps latence croissance et effet antibactérien.

Inhibition causée par AgNPs accumulation/diffusion bactéries liée charges surface NPs favorisant interactions électrostatiques avec membrane → pénétration/dommages accrus. Mécanisme similaire décrit interactions biofilms E. coli et AgNPs.

Au@AgNPs : résultats comparables autres groupes ; épaisseur coquille liée inhibition croissance microorganismes. NPs cœur-coquille faible cytotoxicité testées cellules NIH-3T3 fibroblastes (cellules mammifères normales). Faible proportion argent coquille Au@AgNPs résultats similaires AgNPs ; noyau or potentialise effet antibactérien, minimise cytotoxicité.

Courbes croissance analysées par modèle Gompertz modifié

Pour savoir comment ratios croissance (µ) et phase latence (λ) modifiés quantitativement, courbes croissance microorganismes exposés différentes concentrations nanomatériaux (Fig. 10) ajustées modèle Gompertz (Éq. 2).

Fig. 10a : tous nanomatériaux produisent diminution taux réplication populations S. aureus quand concentration NPs augmente. Effet sensibilité légèrement supérieure AuNPs. 50 µg/mL : ratio croissance 30 % vs témoin ; 100 µg/mL : tous matériaux inhibent croissance population S. aureus. Comportement phase adaptative S. aureus traitements Fig. 10b : pas différences significatives matériau ; 50 µg/mL : phase latence augmentée ~5× vs phase adaptative S. aureus. En général, nanomatériaux évalués S. aureus réduisent taux réplication et reportent phase adaptative dose-dépendamment jusqu'à inhibition 100 µg/mL.

Fig. 10c : AuNPs n'affectent pas ratio croissance µ E. coli. AgNPs : diminution µ, minimum 19 % témoin (µ E. coli sans traitement) 50 µg/mL. Au@AgNPs : inhibent complètement croissance E. coli 100 µg/mL. Analyse comportement phase latence E. coli exposés différents matériaux Fig. 10d : contrairement Fig. 10b, chaque matériau réponse caractéristique. AuNPs : pas modification phase adaptative E. coli ; AgNPs et Au@AgNPs : effet dose-dépendant phase latence, Au@AgNPs se distinguant. AuNPs pas effet appréciable E. coli ; Au@AgNPs inhibent réplication et reportent indéfiniment phase latence E. coli. Intéressant : effet non atteint AgNPs bien que teneur argent nette supérieure Au@AgNPs. Suggère présentation cœur@coquille métaux produit synergie favorisant activité antimicrobienne. Feng et al. : phénomène compensation électronique Au vers Ag structures cœur-coquille et alliage, dérivant cytotoxicité accrue NPs mais propriétés antibactériennes conservées = synergie Au-Ag assumée, différences observées monométalliques vs bimétalliques ; mais plus recherches nécessaires.

Figure 11 : résultats comptage direct colonies microorganismes exposés nanomatériaux. Comportement populations reproduit résultats cinétique croissance (Fig. 7a, e, i). Fig. 11a : population (log) diminue significativement seulement 19 h où AuNPs tuent 92 % C. albicans. NPs contenant argent (Fig. 11b,c) : déclin population plus prononcé. Au@AgNPs 50 µg/mL : inhibe presque entièrement S. aureus à 7 h (99,5 % bactéries tuées) bien que microorganisme réactive croissance plus tard. Détermination CBM impossible concentrations testées (Fichier supplémentaire 1 : Figure S9-11), concentrations supérieures requises. Cependant C. albicans : AgNPs CBM 50 µg/mL (Fichier supplémentaire 1 : Tableau S55).

Conclusions

Première fois : production NPs or et cœur@coquille (Au@Ag) rapportée avec extrait racine Rumex hymenosepalus comme agent réducteur. Méthode séquentielle deux étapes proposée pour Au@AgNPs : particules polydispersité modérée, coquille argent homogène. Détermination courbes croissance et paramètres modèle Gompertz indiquent effets différents nanomatériaux sur microorganismes évalués. Effets inhibiteurs AuNPs sur S. aureus atteints concentration 5× inférieure vs autres AuNPs synthétisés différemment. Révèle importance procédé synthèse et environnement surface NPs. D'autre part, AgNPs et Au@AgNPs produisent grande croissance phase latence (>12 h). Bactéries peuvent s'adapter et initier croissance concentrations sous-inhibitoires → risque génération résistance nanomatériaux. Souligne importance études cinétiques croissance période appropriée pour écarter croissance retardée. Intéressant : analyse Gompertz indique Au@AgNPs effet supérieur cinétique croissance microorganismes vs NPs monométalliques, attribuable effet synergique deux métaux structure cœur@coquille. Effets bactéricides seulement C. albicans exposé AgNPs. Plus expériences requises gammes concentrations supérieures (>200 µg/mL) pour déterminer CBM microorganismes étudiés.

Disponibilité des données et matériaux

Toutes données générées ou analysées pendant cette étude incluses dans article et fichier informations supplémentaires.

Abréviations

AuNPs :

Nanoparticules d'or

AgNPs :

Nanoparticules d'argent

Au@AgNPs :

Nanoparticules bimétalliques or-argent structure cœur@coquille

DLS :

Diffusion dynamique de la lumière

EDS :

Spectroscopie X à dispersion d'énergie

EGCG :

Épigallocatéchine gallate

FTIR :

Spectromètre infrarouge à transformée de Fourier

HAADF :

Images champ sombre annulaire haut angle

CBM :

Concentration bactéricide minimale

CMI :

Concentration inhibitrice minimale

Rh :

Rumex hymenosepalus extrait racine

MET :

Microscopie électronique à transmission

STEM :

Microscope électronique à transmission à balayage

UV-Vis :

Spectroscopie ultraviolet-visible

XPS :

Spectroscopie photoélectrons X

XRD :

Diffraction X