Vervaardiging, karakterisering en cytotoxiciteit van sferisch gevormde geconjugeerde van goudkokkelschil afgeleide calciumcarbonaat nanodeeltjes voor biomedische toepassingen

Resultaten en discussie

Fysisch-chemische eigenschappen van het geconjugeerde Au-CSCaCO₃ NP's

Transmissie-elektronenmicroscoop

Het doel van de TEM-microfoto's was om de grootte van het gesynthetiseerde geconjugeerde Au-CSCaCO₃ NP's die goed verspreide nanodeeltjes vertonen met een gemiddelde diameter van 35  ±  16 nm binnen het bereik van (19-51 nm). De verschillen in grootte die werden toegeschreven aan de syntheseomstandigheden waren zoals weergegeven in Fig. 1.

TEM (a , b ) afbeeldingen van de Au-CSCaCO₃ NP's die hun verschillende grootte van de nanodeeltjes karakteriseren

TEM-microfoto's van het nano-conjugaat vertoonden een diameter van 19-51 nm en gedispergeerde nanodeeltjes. De uniek verkregen nanogrootte kan worden toegeschreven aan de gecontroleerde synthetische omstandigheden die worden gebruikt. Een andere mogelijke verklaring voor de dispersiteit van nanodeeltjes zou te wijten kunnen zijn aan de negatief geladen laag van citraationen die hielp bij de afstoting van nanodeeltjes van elkaar en ook, als gevolg van elektrostatische afstoting en de geconjugeerde hydratatie-oppervlaktelaag die aggregatie voorkomt en de stabiliteit van het conjugaat verhoogt, zoals op dezelfde manier wordt gerapporteerd door Jazayeri et al. [56]. Bovendien speelt het citraat-capping-reagens een rol bij de synthese, wat meer dispersiteit en stabiliteit van het nanodeeltjesconjugaat mogelijk maakte, zoals gerapporteerd door Rawat et al. [57]. De unieke deeltjesgrootte toonde de verschillende geabsorbeerde gouden nanodeeltjes in de nanobolmatrix van calciumcarbonaat, vergelijkbaar met het werk van Cai et al. [16], wat bijdraagt ​​aan de waargenomen resulterende deeltjesgrootte. Dit resultaat bevestigt echter ook berichten dat calciet een slecht vermogen heeft om gouden nanodeeltjes te herbergen [16].

Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) en Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX)

De FESEM-microfoto beoordeelde de morfologie en vorm van de gesynthetiseerde nanodeeltjes die bolvormig en kettingachtig Au-CSCaCO₃ vertoont NP's nanodeeltjes met een kleine mate van aggregatie zoals weergegeven in figuur 2. De elementaire spectra (figuur 2b) analyseerden de elementaire samenstelling van de geconjugeerde nanodeeltjes die 64,98% koolstof, 13,53% zuurstof, 0,02% calcium, 17,63% koper en 3,85% goud zoals weergegeven in tabel 1.

FESEM a FESEM-microfoto van de Au-CSCaCO₃ NP's die de morfologie beschrijven. b EDX-spectra van de Au-CSCaCO₃ NP's

FESEM-microfoto's beschreven de unieke morfologie als bolvorm, gladgemaakt oppervlak en kettingachtige gestructureerde geconjugeerde nanodeeltjes waarvan de fysische of chemische eigenschappen konden worden verklaard als gevolg van de bereidingsomstandigheden en synthetische methoden [58]. Evenzo was de sferische structurele aard die werd weergegeven door de geconjugeerde nanodeeltjes vergelijkbaar met die gerapporteerd door Verma et al. [53], maar in tegenstelling tot de geringe mate van aggregatie die wordt gepresenteerd. Een mogelijke verklaring voor deze uitkomst zou te wijten kunnen zijn aan de hydrofobe en elektrostatische interacties tussen de gouden nanodeeltjes en van de kokkelschil afgeleide calciumcarbonaat nanodeeltjes die leiden tot een sterke binding [48]. Bovendien werd de rol van BS-12 die bij de synthese werd gebruikt, weerspiegeld in de afbraak van de nanodeeltjes tot een bolvorm, analoog aan het werk dat is gedocumenteerd door Islam et al. [55]. Het elementaire profiel (Tabel 1) bracht geen significante veranderingen aan het licht in tegenstelling tot het verwachte resultaat. Evenzo zijn waargenomen bevindingen met de chemische samenstelling van de geconjugeerde nanodeeltjes gedocumenteerd zoals eerder getoond in eerdere werken [26, 54].

Oppervlaktelading en grootteverdeling naar intensiteit

Het zeta-potentieel van de geconjugeerde nanodeeltjes werd gedaan om hun oppervlaktelading, stabiliteit en grootteverdeling te beoordelen op basis van intensiteit die een negatieve lading van -16,4 ± -3,81 mV en een gemiddelde grootte van geconjugeerde nanodeeltjes van 57,97 nm onthult, zoals onthuld in Fig. 3 en Tabel 2.

een Deeltjesgrootteverdeling naar intensiteit van de Au-CSCaCO₃ NP's. b Zeta-potentiaal van de Au-CSCaCO₃ NP's die de oppervlaktelading tonen

Zeta-potentiaal is een belangrijke test bij het beoordelen van de elektrostatische lading van nanodeeltjes die werd bepaald met behulp van zeta-sizer. Dit verklaarde verder de dispersiteit van het nanomateriaal in oplossing, waardoor we de algehele stabiliteit, houdbaarheid van nanodeeltjes, deeltjesinteracties tussen de geladen deeltjes en hun implicaties konden begrijpen [59]. De zeta-potentiaalbeoordeling van het geconjugeerde nanomateriaal gaf stabiliteit van de nanodeeltjes aan bij -16,4 mV en een polydispersiteitsindex (PdI) van minder dan 0,5. Een mogelijke verklaring zou kunnen liggen in de aanwezigheid van meer elektro-afstoting tussen de zwevende deeltjes tijdens de meting. Bovendien kunnen de agglomeratietendensen ook de grootteverdeling hebben beïnvloed, wat heeft geleid tot grotere afmetingen als gevolg van de synthetische methoden. Voorafgaand onderzoek door Hoque et al. heeft op vergelijkbare wijze gedocumenteerd [60] dat zeer positieve of negatieve zeta-potentiaal de aggregatie vermindert en de stabiliteit verhoogt. Bovendien kunnen de fysisch-chemische verschillen van de gesynthetiseerde nanodeeltjes worden toegeschreven aan de gebruikte synthesemethoden. De werken van Kanaujia en collega's [61] hebben ook benadrukt dat hogere negatieve of positieve waarden van zeta-potentiaal wijzen op stabiliteit en aggregatie van deeltjes voorkomen, vanwege elektrische afstoting die de dispersie van nanodeeltjes elektrisch stabiliseert, ook gerapporteerd door Isa et al. [62].

Fourier–Transform Infrarood spectrometer (FTIR)

Het FTIR-spectrum van Au-CSCaCO₃ NP's laten zien dat de meest opvallende piek verscheen bij 1455,09 cm ⁻¹ gevolgd door pieken waargenomen bij 1059,12 cm ⁻¹ , 854,80 cm ⁻¹ , en 464,16 cm ⁻¹ , respectievelijk. Er werden ook zwakke pieken waargenomen bij 706,40 cm ⁻¹ en 1785,68 cm ⁻¹ zoals weergegeven in Afb. 4.

Fourier transformatie infrarood spectrometer spectrum van de belangrijkste karakteristieke pieken van Au-CSCaCO₃ NP's. Alle markeringen komen overeen met de frequenties die in de tekst worden besproken

Het FTIR-spectrum van Au-CSCaCO₃ NP's zoals gepresenteerd toonden aan dat de meest opvallende piek verscheen bij 1455,09 cm ⁻¹ , wat wijst op de zuurstof-waterstof (O–H) bindingen die aanwezig zijn in carboxylgroepen van gouden nanodeeltjes [14] en kokkelschaal nanodeeltjes, gevolgd door pieken die het best de aanwezigheid van aragoniet polymorf marker vertoonden waargenomen op 1059,12 cm ⁻¹ , 854,80 cm ⁻¹ , en 706,40 cm ⁻¹ , waarvan bekend is dat ze een alkylgroep rapporteren die voorkomt in de van kokkels afgeleide nanodeeltjes die consistent waren met de spectrumpieken [55]. Evenzo werd de zwakke piek waargenomen bij 1785,68 cm ⁻¹ vanwege de aanwezigheid van een carboxylgroep [54], en een extra piek werd waargenomen bij 464,16 cm ⁻¹ . Alle pieken vertoonden significante kenmerken van de aanwezigheid van covalente bindingen, koolstof-koolstof (C-C), koolstof-zuurstof (C-O) en koolstof-stikstof (C-N) bindingen waarvan de juiste functionele groepen aanwezig waren in onze geconjugeerde nanodeeltjes. De FTIR identificeerde in wezen de aanwezige functionele groepen door de infraroodspectrumpieken van het geconjugeerde nanomateriaal te verkrijgen en tegelijkertijd gegevens met een hoge spectrale resolutie te verzamelen over een breed spectraal bereik (400–4000 cm ⁻¹ ) [63]. Er wordt echter gemeld dat calcietpolymorf van calciumcarbonaat pieken heeft van 2000 tot 2900 cm ⁻¹ met de nanodeeltjes vervaardigd door de carbonatatiemethode [64].

Uv-Vis-spectrofotometer

De gesynthetiseerde geconjugeerde nanodeeltjes vertonen een zware absorptiepiek bij 530 nm, zoals weergegeven in figuur 5.

Uv-Vis spectrofotometer absorptiespectrum van de Au-CSCaCO₃ NP's zoals besproken in de tekst

Gouden nanostructuren hebben een brede lichtabsorptie vanwege het gelokaliseerde oppervlakte-plasmonresonantie-effect van AuNP's [65, 66]. Een aantal rapporten heeft aangetoond dat gouddeeltjes vaak een scherpe absorptiepiek hebben die wordt waargenomen tussen 500-520 nm [66,67,68,69]. Deze techniek maakte verdere beoordeling van het geconjugeerde Au-CSCaCO₃ . mogelijk NP's grootte, concentratie en aggregatieniveau [65]. Het is ook bekend dat de absorptieband verschuift naar de kleinere golflengten, wat wijst op de vermindering van de deeltjesgrootte, en de symmetrische vorm van de absorptiespectra geeft een smalle deeltjesgrootteverdeling aan [70], waarmee onze geconjugeerde Au-CSCaCO_{3 wordt bevestigd. sub> NP's die een bredere absorptiepiek vertoonden tussen 500-550 nm en het hoogste punt bij een golflengte van 530 nm. Aanvaardbaar in het nabij-infrarood zichtbare spectragebied, waar licht gemakkelijk wordt verzwakt door het weefsel en de absorptiepiek aanzienlijk verschuift naar een langere golflengte [71]. Een mogelijke verklaring hiervoor zou kunnen liggen in de synthese en conjugatie van het nanomateriaal. Ook consistent met Srinath et al., die onthulden dat de positie van de absorptieband voornamelijk afhangt van de kleurvariatie, aggregatie en oppervlakte-geadsorbeerde soorten [72]. Bovendien zou het absorptiespectrum van nanodeeltjes kunnen verschuiven afhankelijk van kleur, morfologie en grootte vanwege de gouden plasmonresonantie-eigenschap [73]. Nanostructuren met NIR-fotothermische eigenschappen hebben het vermogen om licht sterk te verstrooien, wat belangrijke toepassingen heeft in biomedische beeldvorming [74, 75].}

Cytotoxiciteitsonderzoeken

MTT (3-dimethylthiazo-2, 5-diphynyltetrazoliumbromide)

Cytotoxiciteitsonderzoeken op menselijke borstcarcinoomcellen (MCF-7) en embryonale fibroblastcellen van muizen (NIH3T3) laten zien dat de Au-CSCaCO₃ NP's remden meer dan 70% celproliferatie waardoor kankerceldood werd veroorzaakt en bijna 40% remming van de fibroblastcellen bij een dosering van 100 μg. De IC₅₀ en lagere concentratiedoses zoals 25 μg bleken ook toxisch voor de kankercellen, wat een lage levensvatbaarheid van de cellen aan het licht bracht en ook de celproliferatie van de kankercellen voor de nanodeeltjes voor meer dan 50% remde. Aan de andere kant toonden identieke concentratiedoseringen aan de fibroblastcellen een verhoogde en consistente levensvatbaarheid van de fibroblastcellen. De IC₅₀ vertoonde tot 80% cellevensvatbaarheid van de fibroblastcellen, zoals weergegeven in Fig. 6.

Cytotoxiciteitsbeoordeling van de met MCF-7 en NIH3T3 behandelde Au-CSCaCO₃ NPs-cellen met behulp van MTT-assay geven percentage levensvatbaarheid van de cellen

3-Dimethylthiazo-2,5-diphynyltetrazolium Bromide (MTT) is een colorimetrische test die acceptabel wordt gebruikt om de levensvatbaarheid van cellen te bepalen [76]. Utilizing mitochondrial enzymes in the electron transport chain [77], viable cells with active metabolism converted MTT into purple-colored formazon crystals in the cellular cytosol [78]. The crystals were dissolved after cell lysis on adding an organic solvent dimethyl sulfoxide (DMSO) which is proportional to live cell number, unlike dead cells, due to cytotoxicity that are unable to carry out the reaction [79]. The conjugated nanoparticles displayed consistent cell death against the cancer cells and reliable cell viability of the fibroblast cells with concentration doses ranging from 25–100 μg. Furthermore, attesting low cytotoxicity and highlighting the biocompatibility of Au-CSCaCO₃ NPs and potential usefulness for biomedical applications, the cytotoxicity could be due to the internalization of the nanoparticles which possibly triggered intracellular responses and thus induced cellular damage because of interaction with cell organelles. Despite contrary cytotoxicity findings with works done on HeLa cells (human cervical cancer cell line) due to nanoparticles inducing oxidative damage [35, 80], Zhang et al. demonstrated the biocompatibility of the nanoparticles and its likely use for drug delivery systems [80]. Similarly, reports of gold nanoparticles confirmed nontoxic dependent on their size [81] and concentration [39]. Studies strongly confirmed that biogenic gold conjugates are stable and nontoxic nanocarrier used in biomedical application [35, 39] suggesting use for biomedical applications such as drug delivery and cancer therapy [82].