بررسی اثر نانوذرات CeO2 بر خاصیت آنتی‌باکتریال نانومیله‌های ZnO
تاثیر نانوذرات CeO2 بر خواص ساختاری نانومیله‌های ZnO
در این مطالعه، نانوکامپوزیت‌های آنتی‌باکتریال دو جزئی ZnO-CeO2، با استفاده از روش هیدروترمال تک‌مرحله‌ای سنتز شده‌اند. کامپوزیت ZnO-CeO2، ZnO میله‌ای را با ذرات کوچک CeO2 پراکنده روی سطح ارائه می‌کند که مورفولوژی میله‌مانند کاملا خشن را نشان می‌دهد. CeO2 نه تنها باعث تبدیل مورفولوژی ZnO از گل‌مانند به میله‌ای می‌شود، بلکه سطح زبرتری را در مقایسه با مورفولوژی گل‌مانند ZnO ایجاد می‌کند. شکل زیر، تصاویر SEM (الف) نانوگل‌های ZnO، (ب) CeO2، (ج) نانومیله‌های کامپوزیت ZnO-CeO2 و (د) نانومیله‌های ZnO را به ترتیب نشان می‌دهد. مطابق شکل (الف)، مورفولوژی گل‌مانند متشکل از نانومیله‌هایی با طول متوسط حدود 2 میکرومتر و عرض متوسط حدود 1 میکرومتر، مشاهده می‌شود. شکل (ب)، تصویر SEM نانوذرات CeO2 کروی با توزیع اندازه ذرات محدود و یکنواخت را نشان می‌دهد. در مقایسه با ZnO، ذرات CeO2 دارای اندازه کوچکتر با قطر ذرات متوسط 12 نانومتر هستند. همان‌طور که در شکل (ج) مشاهده می‌شود، بر خلاف دو نانوساختار تک جزیی (نانوگل ZnO و نانوذرات CeO2) در بالا، کامپوزیت سنتزشده ZnO-CeO2، مورفولوژی میله‌ای را با نانوذرات کوچک با اندازه تقریبا 10 نانومتر نشان می‌دهد که روی سطح میله‌های ZnO پراکنده شده‌اند. شکل (د)، نانومیله‌های ZnO سنتزشده با استفاده از روش هیدروترمال را نشان می‌دهد که از Zn(OAc)2 به عنوان منبع روی و از KOH به عنوان ماده پایه استفاده شده است. تنها با تنظیم منبع روی و نوع ماده پایه می‌توان نانومیله‌های ZnO را به‌دست آورد که نشان می‌دهد افزودن CeO2 برای تهیه ZnO میله‌مانند ضروری نیست. با این وجود، CeO2 نقش مهمی در کنترل مورفولوژی و وضعیت سطحی ZnO سنتزشده با روش هیدروترمال ایفا می‌کند.
تصاویر SEM (الف) نانوگل‌های ZnO (ب) نانوذرات CeO2 (ج) نانومیله‌های کامپوزیت ZnO-CeO2 (د) نانومیله‌های ZnO.
بر اساس الگوی پراش پرتو ایکس نیز، کامپوزیت ZnO-CeO2 حاوی پیک‌هایی از هر دو فاز ZnO با ساختار وورتزیت و فاز CeO2 با ساختار مکعبی است، که شکل‌گیری موفق کامپوزیت دو جزئی را نشان می‌دهد. همچنین پیک‌های پراش تیز، بیانگر ایجاد ساختار متبلور است.
تاثیر نانوذرات CeO2 بر خواص آنتی‌باکتریال نانومیله‌های ZnO
با استفاده از روش پلیت کانت آگار، فعالیت آنتی‌باکتریال نانومیله‌های کامپوزیت ZnO-CeO2 سنتزشده در برابر باکتری‌های بیماری‌زای اشریشیاکلی و استافیلوکوکوس اورئوس مورد بررسی قرار گرفته است. شکل زیر عکس‌هایی از صفحات کشت باکتری را نشان می‌دهد که بقای باکتری‌ها را به ترتیب برای نانوذرات خالص CeO2، نانومیله‌های ZnO و نانومیله‌های کامپوزیت ZnO-CeO2 نشان می‌دهد. توده‌های باکتری روی صفحات کشت به صورت نقاط سفید کوچک دیده می‌شوند. تفاوت چندانی بین نمونه شاهد و نمونه CeO2 خالص، مشاهده نشد. کاملا مشهود است که نانوذرات CeO2 تقریبا هیچ عملکرد آنتی‌باکتریالی در برابر باکتری اشریشیاکلی در شرایط حاضر ندارند
در مقابل، هیچ اثری از توده‌های باکتری در نانومیله‌های ZnO و نانومیله‌های کامپوزیت ZnO-CeO2 مشاهده نشد. بر این اساس، می‌توان نتیجه گرفت که رفتار آنتی‌باکتریال نانومیله‌های کامپوزیت ZnO-CeO2، عمدتا توسط جزء ZnO به جای ترکیب CeO2 صورت می‌گیرد. علاوه بر این، آزمایش حداقل غلظت بازدارندگی حاکی از آن است که نانومیله‌های کامپوزیت ZnO-CeO2 اثرات بازدارنده‌ای را در برابر باکتری‌های اشریشیاکلی و استافیلوکوکوس اورئوس، در 512 میکروگرم بر میلی‌لیتر از خود نشان داده‌اند.
فعالیت آنتی‌باکتریال نمونه‌های شاهد، نانوذرات CeO2، نانومیله‌های ZnO و نانومیله‌های کامپوزیت ZnO-CeO2 در برابر باکتری‌های اشریشیاکلی و استافیلوکوکوس اورئوس.
همچنین از روش بررسی کشتن – زمان برای درک عملکرد آنتی‌باکتریال محصولات استفاده شده است. شکل زیر منحنی‌های سینتیکی آنتی‌باکتریال محصولات مختلف را در برابر باکتری اشریشیاکلی به عنوان تابعی از زمان تماس از 120 – 0 دقیقه نشان می‌دهد. همان‌طور که انتظار می‌رفت، نانوذرات CeO2 با افزایش زمان تماس از 0 به 120 دقیقه، کاهش جزئی باکتری و بقای تقریبا افقی باکتری را نشان می‌دهند.
در مقابل، کاهش باکتری برای نانومیله‌های کامپوزیت ZnO-CeO2 در کل محدوده زمانی تماس به‌وضوح قابل مشاهده است که به‌خوبی خاصیت آنتی‌باکتریال خوب آن‌ها را در برابر باکتری اشریشیاکلی منعکس می‌کند. یک روند کاهشی شدید در مقدار باکتری در محدوده زمانی تماس اولیه مشاهده می‌شود، و سرعت کشتن باکتری با افزایش زمان تماس کاهش می‌یابد، که نشان می‌دهد نانومیله‌های کامپوزیت ZnO-CeO2 برای استریل‌کردن سریع مناسب‌تر هستند.
در مقایسه با نانوذرات CeO2، هم نانومیله‌های ZnO و هم نانوگل‌های کامپوزیت ZnO-CeO2 دارای خاصیت آنتی‌باکتریال قوی هستند که روند کاهشی شدید در مقدار باکتری را با افزایش زمان تماس فراهم می‌کنند. تحت شرایط آنتی‌باکتریال مشابه، نانومیله‌های کامپوزیت ZnO-CeO2 می‌توانند تنها در عرض 15 دقیقه به از بین بردن کامل باکتری اشریشیاکلی برسند، در حالی که نانومیله‌های ZnO خالص، به 30 دقیقه زمان برای کشتن کامل این باکتری نیاز دارند. بر اساس این یافته‌ها، اهمیت نانوذرات CeO2 در نانومیله‌های کامپوزیت ZnO-CeO2 به‌خوبی تایید شده است. علاوه بر این، مانند نانومیله‌های کامپوزیت ZnO-CeO2، نانوگل‌های ZnO نیز دارای فعالیت آنتی‌باکتریال قوی در برابر باکتری اشریشیاکلی هستند که تنها پس از 15 دقیقه تماس، به‌طور کامل از بین می‌روند. بنابراین، می‌توان حدس زد که هم ترکیب شیمیایی و هم مورفولوژی عوامل کلیدی در تأثیرگذاری بر عملکرد آنتی‌باکتریال نهایی هستند. به‌طور کلی، نانومیله‌های کامپوزیت ZnO-CeO2 در مقایسه با نانومیله‌های ZnO، فعالیت آنتی‌باکتریال فزاینده‌ای دارند که ممکن است با مورفولوژی میله‌ای، زبری سطح یا ناهمواری آن، مساحت سطح ویژه و غیره مرتبط باشد.
نتایج سنجش زمان – کشتن نانوذرات CeO2، نانومیله‌های ZnO، نانوگل‌های ZnO و نانومیله‌های کامپوزیت ZnO-CeO2 در برابر باکتری اشریشیاکلی.
منبع: https://doi.org