Biogene synthese, karakterisering en antibacteriële potentiële evaluatie van koperoxide-nanodeeltjes tegen Escherichia coli

Resultaten en discussie

UV-Vis-spectroscopie van gedoteerde CuO NP's en waterige extracten van ZO en AS werd bereikt om het optische gedrag te onderzoeken zoals weergegeven in Fig. 2a, b. Voor de daaropvolgende vorming van CuO NP's werd een geleidelijke kleurverschuiving van wijn naar koolzwart opgemerkt, terwijl optimalisatie van gesynthetiseerde NP's door middel van gewelfde, akoestische extracten werd ondernomen. Waterige extracten ZO en AS absorptiepieken bij 275 en 280 nm werden waargenomen. Resultaten afgebeeld λ _max voor ZO- en AS-gedoteerde CuO bij 250 nm met een weergaveverhouding van 6 ml:1 met respectievelijk karakteristieke roodverschuiving en blauwverschuiving [35]. Brede pieken specificeerden deeltjesclusters en overgang van elektronen naar geleidingsbanden van de valentiefase met geconcentreerde extracten in CuO zoals onthuld door sterke absorptiebanden [36]. In groen gesynthetiseerde CuO NP's werd verminderde absorptie waargenomen door het extractievolume te verhogen of te verlagen naast de geoptimaliseerde waarde (6 ml:1).

Absorptiespectra van CuO NP's gedoteerd met a ZO b AS-extract en PL-spectra CuO NP's met c ZO en d AS-extracten, respectievelijk

Bovendien was het opmerkelijk om te zien dat halfgeleidende structuren hun fysieke kenmerken bevestigden voor de bestaande nanometrische kwantumeffecten. PL-spectra van ZO- en AS-gedoteerde CuO NP's met opwindende UV-golflengte van 300 nm worden weergegeven in Fig. 2c, d. De drie emissiepieken bij 418, 561 en 664 nm werden weergegeven op elke zuivere en gedoteerde PL-grafiek van CuO (UV-gebied) [37]. Een violetblauwe lichtband gevonden bij 418 nm is een standaard CuO-emissiepiek aan de rand van de nabije band [38, 39]. Bij 430 nm kan de schouderrand te wijten zijn aan CuO-vacatures, een p-type halfgeleider. De geelgroene rand is verantwoordelijk voor de dieptedefecten bij lage temperaturen bij 561 nm. De rode emissiepieken bij 664 nm zijn verantwoordelijk voor verschillende kopercondities of de aanwezigheid van individuele geïoniseerde zuurstofvacatures [40, 41]. Het diverse bestaan ​​van zichtbare emissies in het violet-blauwe, geel-groene en rode spectrum geeft aan dat de bestudeerde CuO-deeltjes een hoge volume-oppervlakteverhouding hebben en een groot aantal oppervlakte-tot-volume condities en defecten (vacatures of interstitials) die trap-tot-emissiebereiken [40, 42].

XRD werd uitgevoerd om de kristallijne structuur, samenstelling en schaal van CuO NP's te beoordelen zoals weergegeven in Fig. 3a, d gedoteerd met respectievelijk ZO en AS. De toename in kristalliniteit werd aangetoond door pieken gedetecteerd bij 2θ =-38,7 °, 48,6 °, 53,5°, 58,3 °, 61,7 ° en 66,2 ° met overeenkomstige kristalvlakken (111), (-202), (020), (202), (-113) en (022), respectievelijk. De gedetecteerde pieken verzekerden de aanwezigheid van CuO monokliene fase zoals gesynchroniseerd met JCPDS-kaart nr:00-002-1040 [43]. De karakteristieke kristallietgrootte gemeten met D = 0.9λ /β cosθ bleek respectievelijk 24,7 en 47,6 nm te zijn voor met ZO en AS gedoteerd CuO, en de kristallietgrootte van het ongerepte monster was 27,4 nm. Er zijn verschillende natuurlijke producten geïdentificeerd als afdekkings- en reductiemiddelen voor de gemiddelde kristallietgrootte in AS- en ZO-extracten [44].

XRD-patronen van CuO NP's zonder en met doping van a AS b ZO

Functionele groepen met AS- en ZO-extract gedoteerde CuO NP's werden onderzocht met FTIR zoals geïllustreerd in Fig. 4a, b, dienovereenkomstig. De brede piek van 3314 cm ⁻¹ onderschreef de aanwezigheid van een hydroxylgroep en de piekbreedte vertegenwoordigt directe C=O met (N-H) amines [45]. De intense piek op 1638 cm ⁻¹ kwam overeen met CH₂ –OCH₃ groep bestaande in 6-snogal en 6-gingerol van ZO vond een aanzienlijke vermindering van CuO. De typische enkelvoudige bindingen van Cu–O gezien op 478,8 cm ⁻¹ op de draaiende manier waren te wijten aan sterke trillingsmodi [46]. Alle pieken suggereren dat alcohol-, amine- en ketongroepen resulteerden in chelatie en capping van flavonoïden, plantchemische stoffen en eiwitten [47].

FTIR-spectra van a AS b ZO-gedoteerde CuO NP's

FE-SEM werd gebruikt om oppervlaktekenmerken en schaal van CuO NP's gedoteerd met ZO en AS-extract te bestuderen, zoals weergegeven in Fig. 5a-d′. De FE-SEM-afbeeldingen laten zien dat de CuO NP's extreem geagglomereerd zijn in sferische morfologie. Magnetische interferentie en de conformiteit van polymeren tussen deeltjes kunnen agglomeratie tussen deeltjes vertonen [48]. ZO- en AS-doping met CuO werd duidelijk door de afbeeldingen die clustervorming en deeltjesgrootte laten zien < 1 μm zoals geïllustreerd in Fig. 5b-d′.

Afbeeldingen CuO NP's gemaakt met FESEM a CuO, b –d ZO-gedoteerde CuO en b′ –d′ AS-gedoteerde CuO NP's, respectievelijk

Energie-dispersieve röntgenspectroscopie (EDS) illustreerde de chemische samenstelling met elementair onderzoek van ongerept monster en gedoteerde CuO NP's met ZO- en AS-wortelextracten door verstokte CuO-fasen zoals weergegeven in Fig. 6a-d′. Drie pieken die overeenkomen met de hoge zuiverheid van Cu, bevestigd door EDS van de geteste monsters in vergelijking met voorloperzuurstof tussen 1 en 10 keV. CuO NPs oppervlakteplasmonresonantie (SPR) resulteerde in absorptiepieken [49]. 83,7%, 15,2% en 0,6% werden waargenomen voor atoomgewicht via spectra voor respectievelijk Cu, O en Ca voor het controlemonster, terwijl 82,8%, 14,8% en 2,4% voor het ZO-gedoteerde en geoptimaliseerde monster (6 ml:1) waargenomen via spectra voor respectievelijk Cu, O en Zn. Evenzo werden respectievelijk 65,3, 29,6 en 4,6 voor Cu, O en S met AS-doping gevonden. De aanvullende atomaire verbindingen die in EDS voorkomen, reageerden op de SEM-monsterhouder die tijdens de analyse werd gebruikt [50].

EDS-spectra van CuO NP's a puur CuO b –d ZO-gedoteerde CuO en b′ –d′ AS-gedoteerde CuO NP's, respectievelijk

De exclusieve en karakteristieke structuur van CuO NP's werd verder beoordeeld met behulp van HR-TEM bij 50 nm, zoals weergegeven in Fig. 7a–l. HR-TEM-foto's onthulden versierde nanodeeltjes vergelijkbaar met FE-SEM-afbeeldingen, samen met hogere agglomeratie terwijl de afmetingen minder dan 50 nm bedragen. De aanwezigheid van fytochemicaliën in met ZO en AS gedoteerde CuO NP's werd ook bevestigd met HR-TEM-beelden [51]. Noch enige onvolkomenheid noch enige misvorming werd waargenomen in de integrale roosterstructuur van ZO- en AS-gedoteerde CuO NP's [52]. Gefilterde microfoto's werden gepresenteerd door HR-TEM-resultaten samen met snelle Fourier-transformatie [FFT] van gespecificeerd gebied afgebeeld door geel vierkant in Fig. 7b, d, f, h, j, l met structurele en atomaire kenmerken met hoge resolutie. De HR-TEM gemiddelde deeltjesafmetingen zijn precies afgestemd op de kristallietgroottes die zijn waargenomen tijdens XRD- en SEM-analyse [53].

een , b HR-TEM, a –f roosterranden van 3 ml, 6 ml en 12 ml ZO-gedoteerde CuO g –ik roosterranden van respectievelijk 3 ml, 6 ml en 12 ml AS-gedoteerde CuO NP's

De XPS-analyse van gedoteerd CuO met Gi en Ga CAE dat C 1s . weergeeft en Cu 2p spectrum wordt getoond in Fig. 8a, b. De C1s bereik aangegeven aanwezigheid van vier verschillende pieken Fig. 8a met onderscheidende functionele groepen als C(H,C) (284,39 eV), C(N) (285,6 eV), C(O,=N) (287,0 eV) en C–O –C (288,75 eV) [54.55.56]. Fig. 8b toont voornamelijk Cu 2p patroon van gedoteerd CuO met pieken bij 933,3 en 953,3 eV bindingsenergieën die overeenkomen met Cu 2p _3/2 en Cu 2p _1/2 spinbaan geeft de tweewaardige oxidatietoestand van het voorbereide monster aan. De relevante pieken bij 942,2 en 962 eV hebben betrekking op satellietpieken van Cu 2p _3/2 en Cu 2p _1/2 die voornamelijk leek te wijten aan gedeeltelijk gevulde 3d ⁹ orbitaal in tweewaardige oxidatietoestand [57].

een , b XPS-analyse van gedoteerde CuO NP's a C1s b Cu 2p

De well-diffusiemethode werd toegepast voor de evaluatie van het bactericide potentieel van ZO- en AS-waterige extracten en gesynthetiseerde CuO NP's door remmingsgebieden te meten na 24 uur incuberen van de petriplaten, zoals weergegeven in Fig. 9a-d, aanvullend bestand 1:Fig. S1 en weergegeven in tabel 1. De bevindingen onthulden dat de NP's-concentratie en remmende zones synergetisch reageerden. Significante remmingszones gevonden voor monster 1 (3 ml:1), monster 2 (6 ml:1) en monster 3 (12 ml:1) waren (1,05-1,85 mm) en (1,85-2,30 mm) met behulp van verlaagde (↓) en verhoogde (↑) concentraties respectievelijk voor ZO-gedoteerde CuO-nanodeeltjes (p < 0.05), Afb. 9a. Evenzo vertoonden AS-gedoteerde NP's (0,65-1,00 mm) remmingszones alleen bij maximale concentratie, figuur 9b. AS-gedoteerde NP's vertoonden geen werkzaamheid tegen pathogene E. coli bij minimale concentraties. ZO-extract beeldde effect af bij verlaagde (↓) concentratie in vergelijking met verhoogde (↑) concentratie met een zone van 1,55 mm, evenzo werd geen antibacterieel effect van AS-extracten gevonden bij zowel verlaagde (↓) als verhoogde (↑) concentraties. Het controlepositief behandeld met ciprofloxacine vertoonde een zone van 4,25 mm, terwijl het controlenegatief behandeld met DIW 0 mm vertoonde. Het bactericide werkzaamheidspercentage werd verhoogd van 24,7 tot 43,5% en 43,5-54,1% voor ZO-gedoteerde NP's bij respectievelijk minimale en maximale concentraties (figuur 9c). Evenzo resulteerde 15,3-23,5% werkzaamheid bij maximale concentratie alleen voor AS-gedoteerde NP's (figuur 9d). Samenvattend, CuO gedoteerd met ZO-extract en geoptimaliseerd bij 6 ml:1 manifesteerde een hoger bactericide potentieel tegen pathogene E. coli van oorsprong van mastitis bij runderen (p < 0.05) zoals weergegeven in Afb. 9a, b.

een –d In vitro antibacteriële activiteit van CuO NP's a gedoteerd met ZO in een dosis van ↓ en ↑, b gedoteerd met AS in respectievelijk ↓ en ↑ doses, c werkzaamheidspercentage leeftijd gedoteerd met ZO en d werkzaamheidspercentage leeftijd gedoteerd met AS

Het bactericide potentieel van nanodeeltjes is afhankelijk van de grootte van NP's, de morfologische structuur en de oppervlakte-massaverhouding. Men denkt dat reactieve zuurstofspecies (ROS) verantwoordelijk zijn voor de vorming van remzones door CuO-nanodeeltjes [58, 59]. Denaturatie van celeiwit resulteerde door het genereren van schadelijke reactieve zuurstofsoorten (ROS) [60]. Sommige reactieve soorten vertoonden een belangrijke rol in de fotokatalyse zoals hydroxyl- en superoxideradicalen en gaten [61]. Synthese van reactieve zuurstofsoorten (ROS) en afgifte van metaalionen zijn de belangrijkste kenmerken die de structurele veranderingen van enzymen en eiwitten manifesteren, wat resulteert in onherstelbare schade aan DNA en daaropvolgende bacteriële dood [62]. Evenzo wordt oxidatieve stress geproduceerd door reactieve zuurstofsoorten (ROS) beschouwd als de belangrijkste bijdrage aan fotokatalyse [63]. ROS-productie is omgekeerd evenredig met de grootte van nanodeeltjes, dat wil zeggen, kleiner de grootte van NP's, hoger is de ROS-productie die bijgevolg het bacteriële membraan beschadigt, wat resulteert in extrusie van cytoplasmatische inhoud en DNA-afbraak leidend tot bacteriële burst zoals weergegeven in Fig. 10. Tegelijkertijd interageert positief geladen Cu elektrostatisch met negatief geladen bacteriële membraan, wat resulteert in celdesintegratie en uiteindelijk bacteriële vernietiging [58, 64, 65]. Twee reacties zijn voorgesteld als potentieel voor het bacteriedodende mechanisme van nanostructuren. Een daarvan betreft een betere koppeling tussen de kationen Cu ²⁺ en bacteriële cellen, wat leidt tot de vorming van negativized secties en uiteindelijke ineenstorting. De andere omvat elektronische excitatie van het oppervlak van de CuO-valanceband via excitatie. Verder is de elektrische O₂ reactie produceert O ²⁻ radicalen, wat leidt tot de vorming van H₂ O₂ . De gegenereerde O ²⁻ soorten zijn essentieel voor de afbraak van lipide- of eiwitmoleculen op het buitenste celmembraan van bacteriën [58, 66].

Illustratie van bacteriedodende werking van CuO NP's