コバルトフェライトの構造的、磁気的、光学的、抗菌的特性に対する銀置換の影響

Scientific Reports volume 13、記事番号: 15730 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

濃度 (x = 0、0.05、0.1、0.15) の銀ドープコバルトフェライトナノ粒子 AgxCo1-xFe2O4 が、水熱技術を使用して調製されました。 XRD パターンは、CoFe2O4 のスピネル相の形成とスピネル構造中の Ag イオンの存在を確認します。スピネル相 AgxCo1-xFe2O4 ナノ粒子は、FTIR 分析によって 874 および 651 cm-1 に形成された主要なバンドによって確認され、これらは四面体および八面体サイトを表します。光学特性の分析により、ドーパントの濃度が増加するにつれてバンドギャップエネルギーが増加することが明らかになりました。濃度 x = 0、0.05、0.1、0.15 で調製されたナノ粒子について示されたエネルギーバンドギャップ値は、それぞれ 3.58 eV、3.08 eV、2.93 eV、および 2.84 eV です。 Co2+ イオンを非磁性 Ag2+ イオンに置換すると飽和磁化が変化し、48.36、29.06、40.69、および 45.85emu/g の Ms 値が記録されます。 CoFe2O4 および Ag2+ CoFe2O4 ナノ粒子は、細菌に対して x = 0.15 および 8 × 8 cm という高い阻害ゾーン値を持ち、Acinetobacter Lwoffii および Moraxella 種に対して効果的であることが判明しました。以上の結果より、合成した材料は記憶装置や抗菌作用に適していることが示唆された。

現在の時代、ナノテクノロジーは、その独特で素晴らしい電気的、物理化学的、機械的効果により、人間の生活のほぼすべての分野を改変し、重要な役割を果たしています1、2、3。ナノサイズの材料は、(1) 体積に対する表面積の比が大きいこと、および (2) 量子効果 4 などのユニークで驚くべき特性により、物質の離散状態であると考えられています。これらの特性の完璧な改善により、標的薬物送達、MRI (磁気共鳴画像法)、細胞標識、遺伝子治療、がん治療、およびさまざまな医療機器などのさまざまな生物医学用途に適したものになりました5、6、7、8、9、10、11。 12、13、14、15、16。磁性ナノ粒子は、その魅惑的な特性により注目を集めています。これらは、基礎触媒、ナノ流体、光学フィルターなどのナノ材料とともに触媒作用に使用される可能性があります。これらのナノ粒子の資産は通常、製造技術と化学組成に依存します17。フェライトは、硬くて脆い性質を持つセラミック材料です18。スピネルフェライトの特性は、材料合成に採用された方法、時間と温度、化学量論比、四面体サイトと八面体サイト間のカチオン分布、粒子サイズ、形態などのさまざまな要因に基づいています19。現在、コバルトフェライト磁性ナノ粒子は、その高い保磁力、磁気結晶異方性、化学的安定性、適度な飽和磁化、および形態のため、研究者にとって大きな関心を集めています20、21、22。これらの MNP を使用する際に生じる加熱効率の低さ、生体適合性などの制限を克服するには、酸化鉄ナノ粒子はタンパク質によって容易に代謝および輸送され、ナノスケールでの製薬分野での使用に成功しているため、その有用性は非常に高いです。立方晶スピネルフェライト (MFe2O4、M は 2 価の金属イオン) は、高い飽和磁化と高い熱効率を備えた基本的なタイプの磁性材料です 23。コバルトと鉄の両方が人体に存在することはよく知られており、したがって、二価状態の Co2+ と三価状態の Fe+3 の安定性が高く、そのため、そのような材料では空気酸化の可能性が低くなります 24。 CoFe2O4 は、温熱療法、磁気共鳴画像法、磁気分離、薬物送達、バイオセンサーなどの生物医学用途における材料の範囲を拡大するために、遷移金属でドープされることが好ましい 25,26。これらのナノ粒子は、刺激的な研究分野を構成する病的微生物や薬剤耐性微生物に対する抗菌剤としても使用されます27。銅、亜鉛、ニッケル、銀などのさまざまな遷移金属は、生活のさまざまな分野で重要な役割を果たしています。例えば、亜鉛置換コバルトフェライトナノ粒子は、トランスデューサー、変圧器、バイオセンサーや抗菌特性の製造に使用されます28。一方、ニッケルドープコバルトフェライトナノ粒子は、マイクロ波、高密度記録媒体、および電子デバイスに幅広い用途があります29。銀 (Ag) は、導電性とプラズモニック性の両方を備えた遷移金属であり、その電気構造により電子雲の発達が可能になります。これらの振動し光相互作用する非局在化電子は、独特の光学的および電気的特徴を生み出すことができます30。これは、エレクトロニクス、フォトニクス、生物学的センシング、太陽電池表面コーティング、触媒、および染色顔料に使用される金属元素の中で好ましい金属元素です31。銀 (Ag) ナノ粒子は、その化学的安定性、手頃な価格、および最高の熱伝導率と電気伝導率により、すべての金属の中で最も好ましい金属として選ばれました 32。過去には、数え切れないほどの命を救うためのさまざまな殺菌目的には、抗生物質による治療が唯一の方法であると考えられていました。しかし、抗生物質の過剰な使用が多剤耐性菌株を引き起こす可能性があるという証拠がいくつかの研究で得られています33。過剰な量の抗生物質の使用、低品質、誤った処方など、さまざまな要因が「スーパーバクテリア」の原因となりました。世界の医療にとってこの致命的な状況を克服するために、さまざまなナノ粒子の抗菌活性が研究されてきました 34,35。古代文明では、銀とそのコロイド懸濁液は通常、感染症を軽減するために使用されていました。実行可能な抗菌機構は、DNA 損傷、細菌細胞膜の破壊、銀イオンの放出、電子輸送など、Ag ナノ粒子による微生物の殺傷作用に関与しています 36,37,38。毒性が低く、オリゴダイナミック性能に優れたこれらのナノ粒子は、糖尿病用創傷被覆材、手術器具の殺菌コーティング、殺菌石鹸、スキンローション、クリームなどの市販の消費者製品において抗菌剤として使用されることが好ましい。ナノスケールの AgxCo1−xFe2O4 ナノ粒子は抗菌活性にとってより有益であり、コバルトフェライトナノ粒子の磁気特性は材料の磁気分散を安定させるのに役立ち、より効果的で人間の健康に対する毒性が低くなります 39,40,41。手頃な価格と広範な組成制御により、水熱法は最も広く利用されている技術の 1 つです。水熱プロセス中の結晶の核生成と形態成長速度によって、結晶化粒子のサイズが制御されます 42。 Palak Mahajan ら 43 は、AgxCo1-xFe2O4 ナノ粒子の抗菌活性を研究し、グラム陰性菌株と比較してグラム陽性菌株に対してより効果的であると結論付けました。 okasha et al.44 は、MgFe2O4 への Ag ドーピングによって引き起こされる変化を分析し、その熱伝導性と電気伝導性について説明しました。 MK Satheeshkumar ら 45 は、AgxCo1-xFe2O4 ナノ粒子の磁気特性、構造特性、殺菌特性を調べ、黄色ブドウ球菌、大腸菌、およびカンジダ・アブリカンスなどの一部の細菌に対する抗菌活性の良好な結果を明らかにしました。