A one-step simple synthesis of silver colloid nanoparticles with controllable sizes is presented. In this synthesis, reduction of [Ag(NH3)2]+ complex cation by four saccharides was performed. Four saccharides were used: two monosaccharides (glucose and galactose) and two disaccharides (maltose and lactose). The syntheses performed at various ammonia concentrations (0.005−0.20 mol L-1) and pH conditions (11.5−13.0) produced a wide range of particle sizes (25−450 nm) with narrow size distributions, especially at the lowest ammonia concentrations. The average size, size distribution, morphology, and structure of particles were determined by dynamic light scattering (DLS), transmission electron microscopy (TEM), and UV/Visible absorption spectrophotometry. The influence of the saccharide structure (monosacharides versus disaccharides) on the size of silver particles is briefly discussed. The reduction of [Ag(NH3)2]+ by maltose produced silver particles with a narrow size distribution with an average size of 25 nm, which showed high antimicrobial and bactericidal activity against Gram-positive and Gram-negative bacteria, including highly multiresistant strains such as methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Antibacterial activity of silver nanoparticles was found to be dependent on the size of silver particles. A very low concentration of silver (as low as 1.69 μg/mL Ag) gave antibacterial performance.

In this first systematic study, we describe the influence of various surfactants and polymers on aggregation stability and antibacterial activity of silver nanoparticles (NPs) prepared by a modified Tollens process. The surfactant/polymer stabilizing effect was monitored using the newly established method based on a titration of the aqueous dispersion of the silver NPs by aqueous solution of poly(diallyldimethylammonium) chloride (PDDA). The aggregation process was evaluated by the dynamic light scattering (DLS) and UV/vis spectra measurements and finally confirmed by TEM. Among all of the investigated modifiers, two surfactants (sodium dodecyl sulfate-SDS and polyoxyethylenesorbitane monooleate-Tween 80) and one polymer (polyvinylpyrrolidone-PVP 360) exhibit superior stabilization of the silver NP dispersions against the process of aggregation. The differences in the stabilization ability of various tested substances are discussed with respect to their structure and possible mechanism of the surface interaction with the NPs. The antibacterial activity of the modified silver NPs was significantly enhanced especially when modified by SDS where the minimum inhibition concentration (MIC) decreased under the "magical value" of 1 μg·mL-1. A correlation was found between the aggregation stability and enhanced antibacterial activity in the system of the silver NPs modified by SDS, Tween 80, and high molecular polymer PVP 360.

The antifungal activity of the silver nanoparticles (NPs) prepared by the modified Tollens process was evaluated for pathogenic Candida spp. by means of the determination of the minimum inhibitory concentration (MIC), minimum fungicidal concentration (MFC), and the time-dependency of yeasts growth inhibition. Simultaneously the cytotoxicity of the silver NPs to human fibroblasts was determined. The silver NPs exhibited inhibitory effect against the tested yeasts at the concentration as low as 0.21 mg/L of Ag. The inhibitory effect of silver NPs was enhanced through their stabilization and the lowest MIC equal to 0.05 mg/L was determined for silver NPs stabilized by sodium dodecyl sulfate against Candida albicans II. The obtained MICs of the silver NPs and especially of the stabilized silver NPs were comparable and in some cases even better than MICs of the conventional antifungal agents determined by E-test. The silver NPs effectively inhibited the growth of the tested yeasts at the concentrations below their cytotoxic limit against the tested human fibroblasts determined at a concentration equal to 30 mg/L of Ag. In contrast, ionic silver inhibited the growth of the tested yeasts at the concentrations comparable to the cytotoxic level (approx. 1mg/L) of ionic silver against the tested human fibroblasts.

The outbreak of antibiotic-resistant bacteria, or "superbugs", poses a global public health hazard due to their resilience against the most effective last-line antibiotics. Identifying potent antibacterial agents capable of evading bacterial resistance mechanisms represents the ultimate defense strategy. This study shows that -the otherwise essential micronutrient- manganese turns into a broad-spectrum potent antibiotic when coordinated with a carboxylated nitrogen-doped graphene. This antibiotic material (termed NGA-Mn) not only inhibits the growth of a wide spectrum of multidrug-resistant bacteria but also heals wounds infected by bacteria in vivo and, most importantly, effectively evades bacterial resistance development. NGA-Mn exhibits up to 25-fold higher cytocompatibility to human cells than its minimum bacterial inhibitory concentration, demonstrating its potential as a next-generation antibacterial agent. Experimental findings suggest that NGA-Mn acts on the outer side of the bacterial cell membrane via a multimolecular collective binding, blocking vital functions in both Gram-positive and Gram-negative bacteria. The results underscore the potential of single-atom engineering toward potent antibiotics, offering simultaneously a long-sought solution for evading drug resistance development while being cytocompatible to human cells.

Nanostructured materials with antibacterial activity face the same threat as conventional antibiotics - bacterial resistance, which reduces their effectiveness. However, unlike antibiotics, research into the emergence and mechanisms of bacterial resistance to antibacterial nanomaterials is still in its early stages. Here we show how Gram-positive Staphylococcus aureus and Gram-negative Escherichia coli bacteria develop resistance to silver nanoparticles, resulting in an increase in the minimum inhibitory concentration from 1.69 mg/L for S. aureus and 3.38 mg/L for E. coli to 54 mg/L with repeated exposure over 12 and 6 cultivation steps, respectively. The mechanism of resistance is the same for both types of bacteria and involves the aggregation of silver nanoparticles leading to the formation of black precipitates. However, the way in which Gram-positive and Gram-negative bacteria induce aggregation of silver nanoparticles is completely different. Chemical analysis of the surface of the silver precipitates shows that aggregation is triggered by flagellin production in E. coli and by bacterial biofilm formation in S. aureus. However, resistance in both types of bacteria can be overcome by using pomegranate rind extract, which inhibits both flagellin and biofilm production, or by stabilizing the silver nanoparticles by covalently binding them to a composite material containing graphene sheets, which protects the silver nanoparticles from aggregation induced by the bacterial biofilm produced by S. aureus. This research improves the understanding of bacterial resistance mechanisms to nanostructured materials, which differ from resistance mechanisms to conventional antibiotics, and provides potential strategies to combat bacterial resistance and develop more effective antimicrobial treatments. Bacteria resist AgNPs by aggregating them through the flagellin production in E. coli or biofilm formation in S. aureus. Protection from AgNPs aggregation by pomegranate rind extract or strong Ag binding to graphene sheets can overcome the resistance.