سنتز و بررسی عملکرد ضد باکتری نانوذرات اکسید روی آلاییده شده با سریم

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 4، دوره 36، شماره 3 - شماره پیاپی 39، شهریور 1404، صفحه 55-64   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2025.92358.1193

نویسندگان

نادیا محمودی خطیر^{* 1}؛ فریبا عبادی فلاح²؛ زهرا ناظم بکائی³؛ علی محمدی²؛ هادی خرسند زاک⁴؛ علی خرسند زاک⁵

¹گروه بیوتکنولوژی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه الزهرا (س)، تهران، ایران

²گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه الزهرا (س)، تهران، ایران

³گروه علوم گیاهی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه الزهرا )س(، تهران، ایران

⁴استادیار فوق تخصص گوارش اطفال؛ گروه آموزشی کودکان، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی خراسان شمالی، بجنورد،ایران

⁵مجتمع آموزش عالی فنی و مهندسی اسفراین؛ اسفراین؛ خراسان شمالی؛ ایران

چکیده

این پژوهش به‌طور تخصصی به بررسی خواص آنتی‌بیوتیکی نانوذرات اکسید روی (ZnO) دوپ شده با سریوم پرداخته است. نانوذرات مورد مطالعه به روش سبز سل-ژل سنتز شدند و فعالیت ضدمیکروبی آن‌ها در برابر دو گونه باکتری گرم‌منفی (E. coli) و گرم‌مثبت (S. aureus) در غلظت‌های ۱۰۰۰ و ۴۰۰۰ ppm، با استفاده از دو روش چاهک‌گذاری و دیسک دیفیوژن و از طریق اندازه‌گیری قطر هاله عدم رشد، ارزیابی گردید. نتایج حاصل نشان داد که باکتری E. coli حساسیت بیشتری نسبت به نانوذرات نشان داد که این امر احتمالاً به تفاوت ساختاری دیواره سلولی این دو باکتری بازمی‌گردد. هر دو نوع نانوذره (ZnO و Zn0.98Ce0.02O2) دارای خاصیت ضدمیکروبی بودند، اما افزودن سریوم به ساختار ZnO موجب افزایش قابل توجه اثربخشی آنتی‌بیوتیکی شد، به‌طوری که قطر هاله عدم رشد در نمونه‌های حاوی سریوم بزرگ‌تر بود. این نتایج بیانگر آن است که دوپ کردن با سریوم علاوه بر ایجاد تغییرات مورفولوژیکی در ساختار نانوذرات، موجب بهبود خواص ضدمیکروبی آن‌ها نیز می‌شود. افزایش قطر هاله‌های عدم رشد در اطراف دیسک‌ها و چاهک‌های حاوی نانوذرات دوپ شده با سریوم، صحت این یافته را تأیید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

بیوپلیمر؛ سل-ژل؛ سنتز سبز؛ نانوذرات اکسید روی-سریوم

مراجع

[1]   O. Oprea, E. Andronescu, D. Ficai, A. Ficai, F. N Oktar, and M. Yetmez, "ZnO applications and challenges," Current Organic Chemistry, vol. 18, no. 2, pp. 192-203, 2014. https://doi.org/10.2174/13852728113176660143

[2]   A. M. Díez-Pascual and A. L. Díez-Vicente, "High-performance aminated poly (phenylene sulfide)/ZnO nanocomposites for medical applications," ACS applied materials & interfaces, vol. 6, no. 13, pp. 10132-10145, 2014. https://doi.org/10.1021/am501610p

[3]   V. Puspasari, A. Ridhova, A. Hermawan, M. I. Amal, and M. M. Khan, "ZnO-based antimicrobial coatings for biomedical applications," Bioprocess and Biosystems Engineering, vol. 45, no. 9, pp. 1421-1445, 2022. https://doi.org/10.1007/s00449-022-02733-9

[4]   D. E. Navarro-López et al., "Nanocomposites based on doped ZnO nanoparticles for antibacterial applications," Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, vol. 652, p. 129871, 2022. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.129871

[5]   A. Srithar, J. Kannan, and T. Senthil, "Preparation and characterization of Ag doped ZnO nanoparticles and its antibacterial applications," J adv chem, vol. 13, no. 6, pp. 6273-6279, 2017.

[6]   C. R. Mendes, G. Dilarri, C. F. Forsan, V. M. R. Sapata, P. R. M. Lopes, P. B. de Moraes, R. N. Montagnolli, H. Ferreira, and E. D. Bidoia, “Antibacterial action and target mechanisms of zinc oxide nanoparticles against bacterial pathogens,” Scientific Reports, vol. 12, no. 1, p. 2658, 2022. https://doi.org/10.1038/s41598-022-06657-y

[7]   M. Qi, W. Li, X. Zheng, X. Li, Y. Sun, Y. Wang, C. Li, and L. Wang, “Cerium and its oxidant-based nanomaterials for antibacterial applications: A state-of-the-art review,” Frontiers in Materials, vol. 7, p. 213, 2020. https://doi.org/10.3389/fmats.2020.00213

[8]   S.-Y. Byun, A. R. Han, K.-M. Kim, and J.-S. Kwon, “Antibacterial properties of mesoporous silica coated with cerium oxide nanoparticles in dental resin composite,” Scientific Reports, vol. 14, no. 1, p. 18014, 2024. https://doi.org/10.1038/s41598-024-15014-3

[9]   S. Chen, Y. Wang, S. Bao, L. Yao, X. Fu, Y. Yu, H. Lyu, H. Pang, S. Guo, H. Zhang, P. Zhou, and Y. Zhou, “Cerium oxide nanoparticles in wound care: A review of mechanisms and therapeutic applications,” Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, vol. 12, p. 1404651, 2024. https://doi.org/10.3389/fbioe.2024.1404651

[10] A. Dhall and W. Self, “Cerium oxide nanoparticles: A brief review of their synthesis methods and biomedical applications,” Antioxidants, vol. 7, no. 8, p. 97, 2018. https://doi.org/10.3390/antiox7080097

[11] R. C. d. Souza, L. U. Haberbeck, H. G. Riella, D. H. Ribeiro, and B. A. Carciofi, “Antibacterial activity of zinc oxide nanoparticles synthesized by solochemical process,” Brazilian Journal of Chemical Engineering, vol. 36, pp. 885–893, 2019. https://doi.org/10.1590/0104-6632.20190362s20180027

[12] D. Jain, Shivani, A. A. Bhojiya, H. Singh, H. K. Daima, M. Singh, S. R. Mohanty, B. J. Stephen, and A. Singh, “Microbial fabrication of zinc oxide nanoparticles and evaluation of their antimicrobial and photocatalytic properties,” Frontiers in Chemistry, vol. 8, p. 778, 2020. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00778

[13] S. A. Abid, A. A. Taha, R. A. Ismail, and M. H. Mohsin, “Antibacterial and cytotoxic activities of cerium oxide nanoparticles prepared by laser ablation in liquid,” Environmental Science and Pollution Research, vol. 27, no. 24, pp. 30479–30489, 2020. https://doi.org/10.1007/s11356-020-09332-9

[14] M. Azizi-Lalabadi, A. Ehsani, B. Divband, and M. Alizadeh-Sani, “Antimicrobial activity of titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles supported in 4A zeolite and evaluation the morphological characteristic,” Scientific Reports, vol. 9, no. 1, pp. 1–10, 2019. https://doi.org/10.1038/s41598-019-54025-0

[15] C. F. Holder and R. E. Schaak, “Tutorial on powder X-ray diffraction for characterizing nanoscale materials,” ACS Nano, vol. 13, no. 7, pp. 7359–7365, 2019. https://doi.org/10.1021/acsnano.9b05157

[16] D. H. Youn, N. M. Tran, B. J. Kim, Y. Kim, J. P. Jeon, and H. Yoo, “Shape effect of cerium oxide nanoparticles on mild traumatic brain injury,” Scientific Reports, vol. 11, no. 1, pp. 1–8, 2021. https://doi.org/10.1038/s41598-021-81885-4

[17] D. K. Sharma, K. K. Sharma, V. Kumar, and A. Sharma, “Effect of Ce doping on the structural, optical and magnetic properties of ZnO nanoparticles,” Journal of Materials Science: Materials in Electronics, vol. 27, no. 10, pp. 10330–10335, 2016. https://doi.org/10.1007/s10854-016-5117-x

[18] M. Alavi, S. Dehestaniathar, S. Mohammadi, A. Maleki, and N. Karimi, “Antibacterial activities of phytofabricated ZnO and CuO NPs by Mentha pulegium leaf/flower mixture extract against antibiotic resistant bacteria,” Advanced Pharmaceutical Bulletin, vol. 11, no. 3, p. 497, 2021. https://doi.org/10.34172/apb.2021.057

[19] L. Wang, C. Hu, and L. Shao, “The antimicrobial activity of nanoparticles: Present situation and prospects for the future,” International Journal of Nanomedicine, vol. 12, pp. 1227–1249, 2017. https://doi.org/10.2147/IJN.S121956