(Phys.org) -- Onderzoekers van de Rice University hebben een langdurige controverse beslecht over het mechanisme waarmee zilveren nanodeeltjes, het meest gebruikte nanomateriaal ter wereld, bacteriën doden.

Hun werk komt met een Nietzsche-achtige waarschuwing:gebruik genoeg. Als je ze niet doodt, je maakt ze sterker.

Wetenschappers weten al lang dat zilverionen, die uit nanodeeltjes vloeien wanneer ze worden geoxideerd, zijn dodelijk voor bacteriën. Zilvernanodeeltjes worden bijna overal gebruikt, ook in cosmetica, sokken, voedselcontainers, wasmiddelen, sprays en een breed scala aan andere producten om de verspreiding van ziektekiemen tegen te gaan.

Maar wetenschappers vermoeden ook dat zilveren nanodeeltjes zelf giftig kunnen zijn voor bacteriën, vooral de kleinste van ongeveer 3 nanometer. Niet zo, volgens het Rice-team dat deze maand zijn resultaten rapporteerde in het tijdschrift American Chemical Society Nano-letters .

In feite, wanneer de mogelijkheid van ionisatie wordt weggenomen van zilver, de nanodeeltjes zijn praktisch goedaardig in aanwezigheid van microben, zei Pedro Alvarez, George R. Brown Professor en voorzitter van Rice's Civil and Environmental Engineering Department.

"Je zou verbaasd zijn hoe vaak mensen dingen op de markt brengen zonder een volledig mechanisch begrip van hun functie, " zei Allvarez, die het lot van nanodeeltjes in het milieu en hun potentiële toxiciteit bestudeert, vooral voor de mens. "Het voorvoegsel 'nano' kan een tweesnijdend zwaard zijn. Het kan je helpen een product te verkopen, en in andere gevallen kan het zorgen oproepen over mogelijke onbedoelde gevolgen."

Hij zei dat het duidelijke antwoord op de tien jaar oude vraag is dat de onoplosbare zilveren nanodeeltjes geen cellen doden door direct contact. Maar oplosbare ionen, wanneer geactiveerd via oxidatie in de buurt van bacteriën, doe het werk netjes.

Om dat uit te zoeken, de onderzoekers moesten de deeltjes van hun krachten ontdoen. "Onze oorspronkelijke verwachting was dat hoe kleiner een deeltje is, hoe groter de toxiciteit, " zei Zongming Xiu, een postdoctoraal onderzoeker van Rice en hoofdauteur van het artikel. Xiu ging nanodeeltjes testen, zowel in de handel verkrijgbaar als op maat gesynthetiseerd van 3 tot 11 nanometer, om te zien of er een verband was tussen grootte en toxiciteit.

"We konden geen consistente resultaten behalen, " zei hij. "Het was erg frustrerend en echt raar."

Xiu besloot de toxiciteit van nanodeeltjes te testen in een anaërobe omgeving - dat wil zeggen, verzegeld in een kamer zonder blootstelling aan zuurstof -- om het vrijkomen van de zilverionen te regelen. Hij ontdekte dat de gefilterde deeltjes veel minder giftig waren voor microben dan zilverionen.

Werken met het lab van Rice chemicus Vicki Colvin, het team synthetiseerde vervolgens zilveren nanodeeltjes in de anaërobe kamer om elke kans op oxidatie te elimineren. "We hebben de deeltjes gevonden, zelfs tot een concentratie van 195 delen per miljoen, waren nog steeds niet giftig voor bacteriën, " zei Xiu. "Maar voor het ionische zilver, een concentratie van ongeveer 15 delen per miljard zou alle aanwezige bacteriën doden. Dat vertelde ons dat het deeltje 7 is, 665 keer minder giftig dan de zilverionen, wat wijst op een verwaarloosbare toxiciteit."

"Het punt van dat experiment, "Alvarez zei, "was om aan te tonen dat veel mensen gegevens verzamelden die werden vertroebeld door het vrijkomen van ionen, wat gebeurde tijdens de blootstelling waarvan ze zich misschien niet bewust waren."

Alvarez suggereerde dat de anaërobe methode van het team kan worden gebruikt om vele andere soorten metalen nanodeeltjes op toxiciteit te testen en kan helpen de antibacteriële eigenschappen van zilverdeeltjes te verfijnen. In hun testen, de Rice-onderzoekers vonden ook bewijs van hormesis; E. coli werd gestimuleerd door zilverionen toen ze doses tegenkwamen die te klein waren om ze te doden.

"Uiteindelijk, we willen de snelheid van (ionen)afgifte regelen om de gewenste concentraties te verkrijgen die gewoon hun werk doen, "Zei Alvarez. "Je wilt de omgeving niet overdrijven en overladen met giftige ionen terwijl je zilver uitput, wat een edel metaal is, een waardevolle hulpbron – en een wat duur desinfectiemiddel. Maar je wilt niet onderschieten, of."

Hij zei dat de bevinding het debat over de grootte zou moeten verschuiven, vorm en coating van zilveren nanodeeltjes. "Natuurlijk zijn ze belangrijk, "Alvarez zei, "maar slechts indirect, voor zover deze variabelen de oplossnelheid van de ionen beïnvloeden. De belangrijkste determinant van toxiciteit zijn de zilverionen. De focus moet dus liggen op massa-overdrachtsprocessen en mechanismen voor gecontroleerde afgifte."

"Deze bevindingen suggereren dat de antibacteriële toepassing van zilveren nanodeeltjes zou kunnen worden verbeterd en dat de milieueffecten kunnen worden verzacht door de ionafgiftesnelheid te moduleren, bijvoorbeeld, door responsieve polymeercoatings, ' zei Xiu.