摘要
虽然银离子和银纳米颗粒（AgNPs）都具有完美的抗菌活性，但一般认为AgNPs的活性强于银离子。在本研究中，我们对银离子和两种AgNPs对四种细菌菌株的活性、动力学和效果进行了比较分析。银离子、AgNPs（I）和AgNPs（II）对大肠杆菌的最低抑制浓度（MIC）分别为0.5、1和2 mg/mL，对铜绿假单胞菌分别为1、2和8 mg/mL，对金黄色葡萄球菌分别为1、2和4 mg/mL，对表皮葡萄球菌分别为1、2和2 mg/mL。实验结果表明，银离子的抗菌活性强于AgNPs（I）和AgNPs（II）。抗菌动态曲线显示，所有银离子、AgNPs（I）和AgNPs（II）均以浓度依赖方式延长了四种细菌的生长延迟期。此外，透射电子显微镜（TEM）观察显示，经2 mg/mL银离子和AgNPs处理的大部分细菌细胞在5小时内被破坏。透射电子显微镜（TEM）观察表明，所有银离子、AgNPs（I）和AgNPs（II）均能在细菌细胞中诱导严重损伤。细菌的鞭毛受损甚至被消除，这将导致运动障碍。在细胞表面观察到许多孔洞或间隙，这将导致细胞质和大分子泄漏，最终导致细胞死亡。我们的结果表明，银离子对细菌细胞具有与AgNPs相似的作用模式和稍好的抗菌活性。
1. 引言
银离子及其相关化合物已知可作为广谱抗菌剂和防腐保护材料。这种抗菌活性自古以来就已被认识，银离子已广泛应用于防腐保护、医疗领域（如牙科治疗、导管插入和烧伤伤口愈合）以控制病原菌。此外，已知多种银的化学形式具有良好的抗菌性，如银纳米颗粒（AgNPs）、磺胺嘧啶银、携带银的新型复合材料。AgNPs尤其具有强抗菌性能，已成为抗菌领域的重要研究方向。许多科学家认为AgNPs的抗菌活性大于银离子。例如，有报道指出AgNPs和银离子的有效抗菌浓度分别在纳摩尔和微摩尔范围内。
令人惊讶的是，我们的研究发现银离子具有良好的抗菌活性，有时甚至优于AgNPs。虽然已有一些关于银离子或AgNPs抗菌效果的研究，但其作用机制、最低抑制浓度（MIC）和抗菌动力学尚未确定。为了阐明银离子和AgNPs的抗菌活性、动力学和效果，并比较银离子与AgNPs之间的抗菌效果，选择了四种细菌菌株（大肠杆菌ATCC 8739、铜绿假单胞菌ATCC 9027、金黄色葡萄球菌ATCC 6538和表皮葡萄球菌ATCC 12228）作为环境中细菌的研究对象进行测试。基于毒饵技术评价了银离子和两种不同类型AgNPs的抗菌性能，测定了抗菌动态曲线，并通过透射电子显微镜（TEM）观察了细胞。
2. 材料与方法
2.1. 化学试剂、微生物、培养基及培养
硝酸银（AgNO3）购自上海精细化工材料研究所（中国上海）。AgNO3悬浮于去离子水中，银离子浓度通过ICP-质谱仪（Agilent 1260-7700e）测定。然后制备银离子的标准溶液。AgNPs（I）AGS-WMB1000C和AgNPs（II）AGS-WM 2000溶液购自上海沪正纳米科技有限公司（中国上海）。AgNPs（I）和（II）的平均直径分别为5 nm和20 nm。AgNPs（I）和（II）的含量密度分别为1000和2000 mg/mL。先前文章中已显示AgNPs（I）的TEM观察尺寸和形态，AgNPs（II）的显示在图1中。
图1. AgNPs（II）的尺寸和形态TEM观察（A）及EDX分析（B）。
细菌菌株大肠杆菌ATCC 8739、铜绿假单胞菌ATCC 9027、金黄色葡萄球菌ATCC 6538和表皮葡萄球菌ATCC 12228购自美国典型培养物保藏中心（ATCC），并在本实验室保存。Mueller-Hinton（MH）培养基和Mueller-Hinton琼脂（MHA）培养基用于四种细菌菌株在37°C下的好氧培养，与我们先前工作中使用的相同。所有溶剂和试剂均为分析纯。
2.2. 银离子、AgNPs（I）和AgNPs（II）对四种细菌菌株的抗菌活性
抗菌活性通过毒饵技术测定，描述于我们先前的研究中并稍作修改。银离子、AgNPs（I）和AgNPs（II）的实验银浓度（mg/mL）均为0（对照）、0.125、0.25、0.5、1、2、4和8。每个平板中大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌细胞的数量约为10⁶菌落形成单位（CFU）。平板在37°C培养箱中培养2天。培养2天后测定银离子、AgNPs（I）和AgNPs（II）对大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的MIC。进行了两次独立实验，每次设三个重复。
2.3. 银离子、AgNPs（I）和AgNPs（II）对四种细菌菌株的抗菌动力学
银离子、AgNPs（I）和AgNPs（II）对大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的抗菌动力学基于我们先前研究中描述的方法测定并稍作修改。本研究中使用的银离子、AgNPs（I）和AgNPs（II）的实验银浓度（mg/mL）均为0、0.0625、0.125、0.25、0.5、1、2、4和8。培养物（分别包括大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌）以10⁶ CFU/mL的细胞浓度接种到96孔板中。然后，每个实验组在自动生长曲线分析系统（Bioscreen C）中于37°C、150 rpm振荡培养。基于自动生长曲线分析系统测定的OD600吸光度绘制抗菌动态曲线。实验进行三个重复。
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