Impatto della sostituzione dell'argento sulle proprietà strutturali, magnetiche, ottiche e antibatteriche della ferrite di cobalto

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 15730 (2023) Citare questo articolo

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Le nanoparticelle di ferrite di cobalto drogate con argento AgxCo1−xFe2O4 con concentrazioni (x = 0, 0,05, 0,1, 0,15) sono state preparate utilizzando una tecnica idrotermale. Il pattern XRD conferma la formazione della fase spinello di CoFe2O4 e la presenza di ioni Ag nella struttura dello spinello. Le nanoparticelle AgxCo1−xFe2O4 in fase spinello sono confermate dall'analisi FTIR dalle bande principali formate a 874 e 651 cm−1, che rappresentano i siti tetraedrici e ottaedrici. L'analisi delle proprietà ottiche rivela un aumento dell'energia band gap all'aumentare della concentrazione del drogante. I valori del gap della banda energetica rappresentati per le nanoparticelle preparate con concentrazioni x = 0, 0,05, 0,1, 0,15 sono rispettivamente 3,58 eV, 3,08 eV, 2,93 eV e 2,84 eV. La sostituzione dello ione Co2+ con lo ione non magnetico Ag2+ provoca un cambiamento nella magnetizzazione di saturazione, con valori Ms registrati di 48,36, 29,06, 40,69 e 45,85 emu/g. Le nanoparticelle CoFe2O4 e Ag2+ CoFe2O4 sono risultate efficaci contro le specie Acinetobacter Lwoffii e Moraxella, con un elevato valore della zona di inibizione di x = 0,15 e 8 × 8 cm contro i batteri. Si suggerisce che, dai risultati di cui sopra, il materiale sintetizzato sia adatto per dispositivi di memorizzazione e attività antibatterica.

Nell’era attuale, la nanotecnologia modifica e svolge un ruolo vitale in quasi ogni campo della vita umana grazie ai suoi effetti elettrici, fisico-chimici e meccanici unici e meravigliosi1,2,3. Si suppone che i materiali di dimensioni nanometriche costituiscano lo stato discreto della materia, a causa dei loro attributi unici e sorprendenti come (1) ampio rapporto tra superficie e volume e (2) effetti quantistici4. Questi impeccabili miglioramenti nelle proprietà li hanno resi adatti a varie applicazioni biomediche come la somministrazione mirata di farmaci, la risonanza magnetica (MRI), l'etichettatura cellulare, la terapia genica, il trattamento del cancro e vari dispositivi medici5,6,7,8,9,10,11, 12,13,14,15,16. Le nanoparticelle magnetiche sono state al centro dell'interesse per le loro proprietà affascinanti; potrebbero essere potenzialmente utilizzati nella catalisi insieme a nanomateriali come catalizzatori di base, nanofluidi e filtri ottici. Le proprietà di queste nanoparticelle dipendono solitamente dalla tecnica di fabbricazione e dalla composizione chimica17. Le ferriti sono materiali ceramici che hanno una natura dura e fragile18. Le proprietà delle ferriti spinello si basano su vari fattori, come il metodo adottato per la sintesi del materiale, il tempo e la temperatura, il rapporto stechiometrico, le distribuzioni cationiche tra i siti tetraedrici e ottaedrici, la dimensione delle particelle e la morfologia19. Al giorno d'oggi, le nanoparticelle magnetiche di ferrite di cobalto rivestono un grande interesse per i ricercatori a causa della loro elevata coercività, anisotropia magnetocristallina, stabilità chimica, magnetizzazione di saturazione moderata e morfologia20,21,22. Superare le limitazioni sollevate nell’utilizzo di questi MNP come scarsa efficienza di riscaldamento, biocompatibilità, ecc.; l'utilizzabilità delle nanoparticelle di ossido di ferro è molto più elevata perché può essere metabolizzata e trasportata dalle proteine ​​facilmente e utilizzata con successo in campo farmaceutico su scala nanometrica. Le ferriti di spinello cubico (MFe2O4, dove M è uno ione metallico bivalente) sono un tipo fondamentale di materiali magnetici che hanno un'elevata magnetizzazione di saturazione e un'elevata efficacia termica23. È noto che nel corpo umano sono presenti sia il cobalto che il ferro, quindi la stabilità del Co2+ allo stato bivalente e del Fe+3 allo stato trivalente è maggiore, quindi la possibilità di ossidazione aerea è minore in tali materiali24. CoFe2O4 è preferibilmente drogato con metalli di transizione per intensificare la portata del materiale in applicazioni biomediche come ipertermia, risonanza magnetica, separazione magnetica, somministrazione di farmaci, biosensori, ecc.25,26. Queste nanoparticelle vengono utilizzate anche come agenti antimicrobici contro i microbi morbifici e resistenti ai farmaci che costituiscono l'area stimolante della ricerca27. Diversi metalli di transizione come rame, zinco, nichel, argento, ecc. svolgono un ruolo vitale in diversi campi della vita. Ad esempio, le nanoparticelle di ferrite di cobalto sostituite con zinco vengono utilizzate per realizzare trasduttori, trasformatori e biosensori, nonché proprietà antibatteriche28, mentre le nanoparticelle di ferrite di cobalto drogate con nichel hanno ampie applicazioni nel microonde, nei supporti di registrazione ad alta densità e nei dispositivi elettronici29. L'argento (Ag) è un metallo di transizione che è sia conduttivo che plasmonico e la sua struttura elettrica consente lo sviluppo di una nuvola di elettroni. Questi elettroni delocalizzati oscillanti e che interagiscono con la luce possono produrre caratteristiche ottiche ed elettriche uniche30. È l'elemento metallico preferito tra quelli utilizzati per l'elettronica, la fotonica, il rilevamento biologico, i rivestimenti superficiali delle celle solari, i catalizzatori e i pigmenti coloranti31. Le nanoparticelle di argento (Ag) sono state scelte come il metallo più favorevole tra tutti per la loro stabilità chimica, convenienza e la massima conduttività termica ed elettrica32. In passato, il trattamento antibiotico era considerato l'unico modo per salvare innumerevoli vite umane per vari scopi battericidi. Tuttavia, diversi studi hanno dimostrato che l’uso eccessivo di antibiotici può causare ceppi batterici multiresistenti33. Numerosi fattori sono diventati la causa dei "superbatteri", come l'uso di antibiotici in quantità eccessiva, di bassa qualità e prescrizioni errate. Per superare questa situazione fatale per l’assistenza sanitaria globale, sono state studiate varie nanoparticelle dotate di attività antibatterica34,35. Nelle civiltà antiche, l’argento e le sue sospensioni colloidali venivano solitamente utilizzate per diminuire i disturbi infettivi. Meccanismi antimicrobici possibili sono stati coinvolti nelle azioni di uccisione microbica da parte delle nanoparticelle di Ag, come il danno al DNA, la rottura della membrana cellulare dei batteri, il rilascio di ioni argento e il trasporto di elettroni36,37,38. Queste nanoparticelle con bassa tossicità e prestazioni oligodinamiche superiori sono preferibilmente utilizzate come agenti antimicrobici nei beni di consumo commercializzati, tra cui medicazioni per ferite diabetiche, rivestimenti battericidi su strumenti chirurgici, saponi germicidi, lozioni per la pelle e creme. Le nanoparticelle AgxCo1−xFe2O4 su scala nanometrica sono più vantaggiose per l'attività antibatterica e la proprietà magnetica delle nanoparticelle di ferrite di cobalto aiuta il materiale a stabilizzare la sua dispersione magnetica e le rende più efficaci e meno tossiche per la salute umana39,40,41. Grazie all'accessibilità economica e all'ampio controllo della composizione, il metodo idrotermale è una delle tecniche più ampiamente utilizzate. La nucleazione e il tasso di crescita morfologica dei cristalli durante il processo idrotermale regolano la dimensione delle particelle cristallizzanti42. Palak Mahajan et al.43 hanno studiato l'attività antibatterica delle nanoparticelle AgxCo1−xFe2O4 e hanno concluso che sono più efficaci contro i ceppi batterici gram-positivi rispetto ai ceppi batterici gram-negativi. Okasha et al.44 hanno analizzato le variazioni causate dal doping Ag in MgFe2O4 e ne hanno descritto la conduttività termica ed elettrica. MK Satheeshkumar et al.45 hanno esaminato le proprietà magnetiche, strutturali e battericide delle nanoparticelle AgxCo1−xFe2O4, rivelando buoni risultati di attività antibatterica contro alcuni batteri, ad esempio Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Candida ablicans.