Nanotechnology has become one of the most promising technologies applied in all areas of science. Metal nanoparticles produced by nanotechnology have received global attention due to their extensive applications in the biomedical and physiochemical fields. Recently, synthesizing metal nanoparticles using microorganisms and plants has been extensively studied and has been recognized as a green and efficient way for further exploiting microorganisms as convenient nanofactories. Here, we explore and detail the potential uses of various biological sources for nanoparticle synthesis and the application of those nanoparticles. Furthermore, we highlight recent milestones achieved for the biogenic synthesis of nanoparticles by controlling critical parameters, including the choice of biological source, incubation period, pH, and temperature.

The application of nanotechnology for the treatment of cancer is mostly based on early tumor detection and diagnosis by nanodevices capable of selective targeting and delivery of chemotherapeutic drugs to the specific tumor site. Due to the remarkable properties of gold nanoparticles, they have long been considered as a potential tool for diagnosis of various cancers and for drug delivery applications. These properties include high surface area to volume ratio, surface plasmon resonance, surface chemistry and multi-functionalization, facile synthesis, and stable nature. Moreover, the non-toxic and non-immunogenic nature of gold nanoparticles and the high permeability and retention effect provide additional benefits by enabling easy penetration and accumulation of drugs at the tumor sites. Various innovative approaches with gold nanoparticles are under development. In this review, we provide an overview of recent progress made in the application of gold nanoparticles in the treatment of cancer by tumor detection, drug delivery, imaging, photothermal and photodynamic therapy and their current limitations in terms of bioavailability and the fate of the nanoparticles.

Background and Objective. Antimicrobial resistance is now a major challenge to clinicians for treating patients. Hence, this short term study was undertaken to detect the incidence of multidrug-resistant (MDR), extensively drug-resistant (XDR), and pandrug-resistant (PDR) bacterial isolates in a tertiary care hospital. Material and Methods. The clinical samples were cultured and bacterial strains were identified in the department of microbiology. The antibiotic susceptibility profile of different bacterial isolates was studied to detect MDR, XDR, and PDR bacteria. Results. The antibiotic susceptibility profile of 1060 bacterial strains was studied. 393 (37.1%) bacterial strains were MDR, 146 (13.8%) strains were XDR, and no PDR was isolated. All (100%) Gram negative bacterial strains were sensitive to colistin whereas all (100%) Gram positive bacterial strains were sensitive to vancomycin. Conclusion. Close monitoring of MDR, XDR, or even PDR must be done by all clinical microbiology laboratories to implement effective measures to reduce the menace of antimicrobial resistance.

Biogenic synthesis of silver (AgNPs) and gold nanoparticles (AuNPs) using aqueous extract of Euphrasia officinalis has been reported. Stable AgNPs and AuNPs were formed on adding aqueous solutions of silver nitrate and chloroauric acid with E. officinalis leaf extract, in 19 min and 2 min, respectively. The synthesis method used in present study was simple, reliable, rapid, cost effective and ecofriendly. The synthesized nanoparticles were characterized with field emission transmission electron microscopy (FE-TEM), elemental mapping, selected area diffraction pattern (SAED), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), X-ray diffractometer (XRD), particle size distribution, zeta potential and Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR). The UV–Vis spectrum confirmed the synthesis of nanoparticles as the absorption band was observed at 450 nm for AgNPs and at 558 nm for AuNPs. The TEM images revealed quasi-spherical shape of AgNPs and AuNPs. The size of nanoparticles was determined to be 40.37 ± 1.8 nm for AgNPs and 49.72 ± 1.2 nm for AuNPs. The zeta potential value demonstrated the negative surface charge and stable nature of nanoparticles. Crystalline nature of the nanoparticles in the face-centred cubic (fcc) structure was confirmed by the peaks in the XRD pattern and SAED pattern. FTIR results showed the functional groups involved in reduction of silver and gold ions to metal nanoparticles. For biomedical application, the nanoparticles have been explored for anticancer, antibacterial and biofilm inhibition activities. It was observed that AgNPs exert anticancer activity against human lung cancer (A549) and human cervical cancer (HeLa) cell lines. On the other hand, AuNPs were able to inhibit only human cervical cancer cells. Furthermore, the AgNPs were active against clinically isolated human pathogens like Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Vibrio parahaemolyticus. Additionally, AgNPs also showed biofilm inhibition activity against S. aureus and P. aeruginosa.

In the present study, the strain Brevibacterium frigoritolerans DC2 was explored for the efficient and extracellular synthesis of silver nanoparticles. These biosynthesized silver nanoparticles were characterized by ultraviolet-visible spectrophotometry, which detected the formation of silver nanoparticles in the reaction mixture and showed a maximum absorbance at 420 nm. In addition, field emission transmission electron microscopy revealed the spherical shape of the nanoparticles. The dynamic light scattering results indicated the average particle size of the product was 97 nm with a 0.191 polydispersity index. Furthermore, the product was analyzed by energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction, and elemental mapping, which displayed the presence of elemental silver in the product. Moreover, on a medical platform, the product was checked against pathogenic microorganisms including Vibrio parahaemolyticus, Salmonella enterica, Bacillus anthracis, Bacillus cereus, Escherichia coli, and Candida albicans. The nanoparticles demonstrated antimicrobial activity against all of these pathogenic microorganisms. Additionally, the silver nanoparticles were evaluated for their combined effects with the commercial antibiotics lincomycin, oleandomycin, vancomycin, novobiocin, penicillin G, and rifampicin against these pathogenic microorganisms. These results indicated that the combination of antibiotics with biosynthesized silver nanoparticles enhanced the antimicrobial effects of antibiotics. Therefore, the current study is a demonstration of an efficient biological synthesis of silver nanoparticles by B. frigoritolerans DC2 and its effect on the enhancement of the antimicrobial efficacy of well-known commercial antibiotics.

Green synthesis of gold and silver nanoparticles from Cannabis sativa (industrial hemp) and their capacity for biofilm inhibition Priyanka Singh,1 Santosh Pandit,2 Jørgen Garnæs,3 Sanja Tunjic,2 Venkata RSS Mokkapati,2 Abida Sultan,1 Anders Thygesen,4 Aiga Mackevica,5 Ramona Valentina Mateiu,6 Anders Egede Daugaard,7 Anders Baun,5 Ivan Mijakovic1,2 1The Novo Nordisk Foundation Center for Biosustainability, Technical University of Denmark, Lyngby, Denmark; 2Systems and Synthetic Biology Division, Department of Biology and Biological Engineering, Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden; 3Danish Institute of Fundamental Metrology, Lyngby, Denmark; 4Center for Bioprocess Engineering, Department of Chemical and Biochemical Engineering, Technical University of Denmark, Lyngby, Denmark; 5Department of Environmental Engineering, Technical University of Denmark, Lyngby, Denmark; 6Department of Chemical and Biochemical Engineering, Technical University of Denmark, Lyngby, Denmark; 7Danish Polymer Centre, Department of Chemical and Biochemical Engineering, Technical University of Denmark, Lyngby, Denmark Background: Cannabis sativa (hemp) is a source of various biologically active compounds, for instance, cannabinoids, terpenes and phenolic compounds, which exhibit antibacterial, antifungal, anti-inflammatory and anticancer properties. With the purpose of expanding the auxiliary application of C. sativa in the field of bio-nanotechnology, we explored the plant for green and efficient synthesis of gold nanoparticles (AuNPs) and silver nanoparticles (AgNPs).Methods and results: The nanoparticles were synthesized by utilizing an aqueous extract of C. sativa stem separated into two different fractions (cortex and core [xylem part]) without any additional reducing, stabilizing and capping agents. In the synthesis of AuNPs using the cortex enriched in bast fibers, fiber-AuNPs (F-AuNPs) were achieved. When using the core part of the stem, which is enriched with phenolic compounds such as alkaloids and cannabinoids, core-AuNPs (C-AuNPs) and core-AgNPs (C-AgNPs) were formed. Synthesized nanoparticles were characterized by UV–visible analysis, transmission electron microscopy, atomic force microscopy, dynamic light scattering, Fourier transform infrared, and matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight. In addition, the stable nature of nanoparticles has been shown by thermogravimetric analysis and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Finally, the AgNPs were explored for the inhibition of Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli biofilms.Conclusion: The synthesized nanoparticles were crystalline with an average diameter between 12 and 18 nm for F-AuNPs and C-AuNPs and in the range of 20–40 nm for C-AgNPs. ICP-MS analysis revealed concentrations of synthesized nanoparticles as 0.7, 4.5 and 3.6 mg/mL for F-AuNPs, C-AuNPs and C-AgNPs, respectively. Fourier transform infrared spectroscopy revealed the presence of flavonoids, cannabinoids, terpenes and phenols on the nanoparticle surface, which could be responsible for reducing the salts to nanoparticles and further stabilizing them. In addition, the stable nature of synthesized nanoparticles has been shown by thermogravimetric analysis and ICP-MS. Finally, the AgNPs were explored for the inhibition of P. aeruginosa and E. coli biofilms. The nanoparticles exhibited minimum inhibitory concentration values of 6.25 and 5 µg/mL and minimum bactericidal concentration values of 12.5 and 25 µg/mL against P. aeruginosa and E. coli, respectively. Keywords: Cannabis sativa, hemp, gold nanoparticles, silver nanoparticles, biofilm, nanotechnology, medicinal plant, ICP-MS, nanoparticle concentration, biomedical application, pathogenic strains

The study highlights the synthesis of gold nanoparticles and silver nanoparticles by fresh leaves of Panax ginseng, an herbal medicinal plant. The reduction of auric chloride and silver nitrate led to the formation of gold and silver nanoparticles within 3 and 45 min, at 80°C, respectively. The developed methodology was rapid, facile, ecofriendly and the utmost significant is quite economical, which did not require subsequent processing for reduction or stabilization of nanoparticles. The nanoparticles were further characterized by Ultraviolet-visible spectroscopy (UV-vis) which showed the relevant peak for gold and silver nanoparticles at 578 and 420 nm, correspondingly. Field-emission transmission electron microscopy (FE-TEM) displayed the spherical shape of monodispersed nanoparticles. FE-TEM revealed that the gold nanoparticles were 10-20 nm and silver nanoparticles were 5–15 nm. The energy dispersive X-ray (EDX) and elemental mapping results indicated the maximum distribution of gold and silver elements in the respective nanoproducts, which further corresponds the purity. Further, the X-ray diffraction (XRD) results confirm the crystalline nature of synthesized nanoparticles. The biosynthesized AgNPs served as an efficient antimicrobial agent at 3 μg concentration against many pathogenic strains for instance, Escherichia coli, Salmonella enterica, Vibrio parahaemolyticus, Staphylococcus aureus, Bacillus anthracis and Bacillus cereus. In addition, AgNPs showed complete inhibition of biofilm formation by S. aureus and Pseudomonas aeruginosa at 4 μg/ml concentration. Moreover, the AuNPs and AgNPs found as a potent anticoagulant agent. Thus, the study claims the rapid synthesis of gold and silver nanoparticles by fresh P. ginseng leaf extract and its biological applications.

Silver nanoparticles (AgNPs) are known to have bacteriostatic and bactericidal effects. The present study highlights the extracellular synthesis of AgNPs and its antibacterial properties. The AgNPs were synthesized using Pseudomonas sp. THG-LS1.4 strain which had been isolated from soil. The AgNPs were characterized by field emission-transmission electron microscopy (FE-TEM), X-ray diffraction (XRD), Fourier transform-infrared (FT-IR) spectroscopy, and particle size distribution (DLS). The AgNPs displayed maximum absorbance at 412 nm and were irregular in shape ranging from 10 to 40 nm. The XRD spectroscopy results demonstrated the crystalline nature of nanoparticles. The AgNPs showed antimicrobial activity against Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Candida tropicalis, Vibrio parahaemolyticus, Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa. Furthermore, the AgNPs were also evaluated for their increased antibacterial activities with various antibiotics against Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and Salmonella enterica. Additionally, AgNPs showd biofilm inhibition activity. The biosynthesized AgNPs were found to be a potent agent against tested pathogens. More importantly, we highlight the applications of AgNPs as an antimicrobial agent.

Many bacteria have the capability to form a three-dimensional, strongly adherent network called ‘biofilm’. Biofilms provide adherence, resourcing nutrients and offer protection to bacterial cells. They are involved in pathogenesis, disease progression and resistance to almost all classical antibiotics. The need for new antimicrobial therapies has led to exploring applications of gold and silver nanoparticles against bacterial biofilms. These nanoparticles and their respective ions exert antimicrobial action by damaging the biofilm structure, biofilm components and hampering bacterial metabolism via various mechanisms. While exerting the antimicrobial activity, these nanoparticles approach the biofilm, penetrate it, migrate internally and interact with key components of biofilm such as polysaccharides, proteins, nucleic acids and lipids via electrostatic, hydrophobic, hydrogen-bonding, Van der Waals and ionic interactions. Few bacterial biofilms also show resistance to these nanoparticles through similar interactions. The nature of these interactions and overall antimicrobial effect depend on the physicochemical properties of biofilm and nanoparticles. Hence, study of these interactions and participating molecular players is of prime importance, with which one can modulate properties of nanoparticles to get maximal antibacterial effects against a wide spectrum of bacterial pathogens. This article provides a comprehensive review of research specifically directed to understand the molecular interactions of gold and silver nanoparticles with various bacterial biofilms.

Infectious diseases pose one of the greatest health challenges in the medical world. Though numerous antimicrobial drugs are commercially available, they often lack effectiveness against recently developed multidrug resistant (MDR) microorganisms. This results in high antibiotic dose administration and a need to develop new antibiotics, which in turn requires time, money, and labor investments. Recently, biogenic metallic nanoparticles have proven their effectiveness against MDR microorganisms, individually and in synergy with the current/conventional antibiotics. Importantly, biogenic nanoparticles are easy to produce, facile, biocompatible, and environmentally friendly in nature. In addition, biogenic nanoparticles are surrounded by capping layers, which provide them with biocompatibility and long-term stability. Moreover, these capping layers provide an active surface for interaction with biological components, facilitated by free active surface functional groups. These groups are available for modification, such as conjugation with antimicrobial drugs, genes, and peptides, in order to enhance their efficacy and delivery. This review summarizes the conventional antibiotic treatments and highlights the benefits of using nanoparticles in combating infectious diseases.