石墨烯氧化物降低银纳米颗粒涂层细胞毒性：Ag–GO 纳米复合材料的增强抗菌性能与生物相容性

摘要

银纳米颗粒 (AgNP) 涂层表面被视为传统抗生素的有前景替代品。然而其高表面活性在生物医学应用中引发安全担忧。本文报道将石墨烯氧化物 (GO) 整合进 AgNP 涂层，显著降低对人成纤维细胞、内皮细胞和鸡胚尿囊膜的细胞毒性，同时增强对沙门氏菌的抗菌活性。Ag–GO 复合材料展现出更强的细菌抑制和显著降低的炎症因子释放，表明其作为医疗应用更安全的纳米平台。

引言

掺入纳米材料（特别是银纳米颗粒）的抗菌表面正成为传统抗生素和化学消毒剂的有效替代品。然而赋予抗菌效力的特性也导致潜在细胞毒性和免疫原性，限制临床转化。降低毒性的关键策略是将纳米颗粒牢固固定于基底，限制其释放同时保留抗菌功能。超声沉积技术已被证明对涂层和形成稳定纳米复合材料（如 GO 上的 AgNPs）有效。GO 丰富的含氧官能团促进与金属离子的强静电或共价键合，增强附着力并减少颗粒析出。本研究假设聚氨酯箔涂覆 Ag–GO 复合材料相比仅 AgNP 涂层毒性更低，且不损害抗菌功效。

结果

AgNPs 与 GO 形成稳定纳米复合材料

透射电镜 (TEM) 显示球形 AgNPs (~55 nm) 紧密附着于 GO 片层 (图 1a–e)。Zeta 电位显示 Ag–GO 胶体 24 小时后稳定 (−15.68 mV 至 −27.7 mV)，而单独 AgNPs 保持不稳定 (−31.11 mV)。动态光散射 (DLS) 指示复合材料 Z-平均尺寸 1157 nm，介于 AgNPs (93 nm) 和 GO (1485 nm) 之间，确认成功杂化 (图 1b、d、f)。拉曼光谱确认 GO 特征 D 峰 (1347 cm⁻¹) 和 G 峰 (1578 cm⁻¹)，I_D/I_G 比 1.34，表明高度无序但官能化结构 (图 2a)。傅里叶变换红外光谱 (FT-IR) 进一步验证羟基、羧基、环氧基存在 (图 2b)。

对沙门氏菌的抗菌功效

37 °C 培养 24 小时后，所有纳米平台——AgNP、GO、Ag–GO——均较未涂层箔减少细菌生长。Ag–GO 复合材料抑制最显著，PrestoBlue 定量显示菌落形成单位减少 >90% (图 3c)。扫描电镜 (SEM) 显示 Ag–GO 表面细菌菌落稀少且膜破坏，确认物理接触介导杀菌 (图 3b)。

人类细胞细胞毒性降低

人成纤维细胞和 HUVECs 直接在各纳米平台培养 24 小时。活性测定显示 AgNP 单独涂层细胞活力下降 40–50%，而 GO 和 Ag–GO 表面活力与未涂层对照相当 (图 4e、f)。形态学评估显示 AgNP 涂层诱导明显细胞聚集，而 GO 和 Ag–GO 促进正常铺展和形态 (图 4a–d)。这些发现凸显 GO 在复合材料中的保护作用。

尿囊膜相容性

纳米平台与鸡胚尿囊膜直接接触 48 小时显示：AgNP 单独涂层导致毛细血管消失和表面粗糙，而 GO 和 Ag–GO 维持类似对照的平滑血管化形态 (图 5b)。这种类体内模型佐证了体外观察到的内皮细胞毒性降低。

炎症因子释放调节

成纤维细胞上清液抗体芯片分析显示：AgNP 和 Ag–GO 涂层显著抑制 IL-8 分泌，GO 单独无效 (图 6a)。所有纳米平台均降低 IL-6 释放，GO/Ag–GO 增加 TNF-β 产生，提示平衡炎症反应。其他细胞因子无变化，表明复合材料免疫原性低。

讨论

数据证实将 GO 整合进 AgNP 涂层不仅增强杀菌，还减轻人类细胞和脊椎动物模型中的细胞毒性和炎症反应。GO 基质中 AgNPs 的稳定性提高可能限制离子释放和颗粒脱落，从而减少细胞摄取和氧化应激。此外，较大复合尺寸 (≈1150 nm) 降低内吞速率，进一步降低毒性。重要的是复合材料不引发显著细胞因子风暴，维持中性免疫学特征，这对临床转化至关重要。

这些发现与 GO 稳定金属纳米颗粒、减少析出同时保留甚至增强抗菌效力的先前报道一致。本工作将此概念扩展至真实聚合物基底 (聚氨酯箔)，并在多种细胞类型和类体内模型中验证生物相容性。

结论

Ag–GO 纳米复合材料在抗沙门氏菌抗菌功效和降低成纤维细胞、HUVECs、尿囊膜细胞毒性方面均优于单独 AgNP 和 GO 涂层。复合材料平衡的细胞因子特征进一步支持其用于生物医学器件，如伤口敷料和植入涂层。未来工作将探索长期稳定性、释放动力学和体内感染模型以推进临床应用。

材料与方法

纳米平台制备与表征

聚氨酯箔 (15×15 mm, 0.05 mm) 浸渍涂覆于 AgNPs (100 mg L⁻¹)、GO (200 mg L⁻¹) 或 Ag–GO (200 mg L⁻¹) 水悬浮液中，超声制备 (20 kHz, 60% 效率, 30 °C)。涂覆样品去离子水冲洗，无菌条件干燥。TEM、拉曼、FT-IR、Zeta 电位、DLS 测量确认各制剂形貌和稳定性 (详见补充材料)。