Promettente attività fotocatalitica e antimicrobica del nuovo nanocatalizzatore di ferrite di cobalto rivestito con capsaicina

Jul 23, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5353 (2023) Citare questo articolo

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In questo studio, le nanoparticelle di CoFe2O4 sono state preparate mediante il metodo di co-precipitazione, quindi modificate in superficie con capsaicina (Capsicum annuum ssp.). Le NP CoFe2O4 vergini e le NP CoFe2O4 rivestite con capsaicina (NP CPCF) sono state caratterizzate da XRD, FTIR, SEM e TEM. Sono stati studiati il ​​potenziale antimicrobico e le efficienze di degradazione fotocatalitica dei campioni preparati tramite Fucsina basica (FB). I risultati hanno rivelato che le NP CoFe2O4 hanno forme sferiche e il loro diametro varia da 18,0 a 30,0 nm con una dimensione media delle particelle di 25,0 nm. L'attività antimicrobica è stata testata su Gram-positivi (S. aureus ATCC 52923) e Gram-negativi (E. coli ATCC 52922) mediante metodi di diffusione su disco e diluizione in brodo per determinare rispettivamente la zona di inibizione (ZOI) e la concentrazione minima inibente (MIC). . È stata esaminata la degradazione fotocatalitica assistita da UV di FB. Sono stati studiati vari parametri che influenzano l'efficienza fotocatalitica come pH, concentrazione iniziale di FB e dose di nanocatalizzatore. I risultati ZOI e MIC in vitro hanno verificato che le NP CPCF erano più attive sui Gram-positivi S. aureus ATCC 52923 (23,0 mm ZOI e 0,625 μg/ml MIC) rispetto ai Gram-negativi E. coli ATCC 52922 (17,0 mm ZOI e 1,250 MIC μg/ml). I risultati ottenuti dall'attività fotocatalitica hanno indicato che la rimozione massima di FB raggiungendo il 94,6% in equilibrio è stata osservata utilizzando 20,0 mg di CPCF NPS a pH 9,0. Le NP CPCF sintetizzate si sono rivelate efficaci nella rimozione di FB e anche come potente agente antimicrobico contro batteri Gram-positivi e Gram-negativi con potenziali applicazioni mediche e ambientali.

La nanotecnologia, in particolare gli oggetti di dimensioni inferiori a 100 nm, è la scienza e la tecnologia che modificano con precisione la struttura molecolare della materia. Gli ultimi dieci anni hanno visto progressi significativi nella catalisi nota come “nanocatalisi” e l’emergere di una nuova rivoluzione tecnologica. Un'area di ricerca popolare è la nanocatalisi, che prevede l'utilizzo di nanoparticelle come catalizzatori in una serie di processi di catalisi1. Dato che quando le dimensioni di un materiale vengono ridotte a scala nanometrica, l'area superficiale aumenta notevolmente e la sostanza può essere distribuita uniformemente in soluzione per produrre un'emulsione omogenea, i nanocatalizzatori rappresentano un'interessante alternativa ai catalizzatori convenzionali2. Modificando le caratteristiche chimiche e fisiche dei nanocatalizzatori, come dimensioni, forma, composizione e morfologia, è possibile aumentarne significativamente l'attività catalitica, la selettività e la stabilità3. I ricercatori hanno prestato grande attenzione alla rimozione dei coloranti cationici dall'acqua a causa degli effetti dannosi che potrebbero causare negli ecosistemi4. La presenza di questi contaminanti nelle fonti d'acqua diminuisce la qualità dell'acqua. La situazione globale dell’acqua si sta deteriorando in ogni paese. Il trattamento delle acque reflue sembra essere una soluzione adeguata a questo problema5. Di conseguenza, i nanocatalizzatori svolgono un ruolo importante nella degradazione fotocatalitica dei coloranti, ma isolarli e recuperarli dai mezzi di reazione è in genere un processo difficile, lungo e costoso a causa delle loro dimensioni estremamente ridotte6. I nanocatalizzatori magnetici possono essere estratti rapidamente dal mezzo di reazione utilizzando un magnete esterno, senza la necessità di ulteriore filtrazione, centrifugazione o altri metodi dispendiosi in termini di tempo7. Le nanoparticelle magnetiche (MNP) hanno una serie di proprietà superiori, tra cui un elevato rapporto area superficiale/volume, bassa tossicità, elevata attività, stabilità termica, modificazione della superficie e disperdibilità7,8,9,10. Di conseguenza, sono catalizzatori o supporti più appropriati e più sostenibili rispetto ai campioni ordinari11. A causa della loro forte anisotropia, elevata coercività, moderata magnetizzazione di saturazione, buona stabilità meccanica ed eccellente chimica a temperature più elevate, che sono significativamente diverse dalle loro controparti sfuse, le nanoparticelle di ferrite di cobalto (CoFe2O4 NP) hanno attirato un'attenzione significativa tra queste nanoparticelle magnetiche12,13. Grazie a queste proprietà, le ferriti di cobalto vengono spesso impiegate in sensori, dispositivi di registrazione, carte magnetiche, celle solari, somministrazione di farmaci magnetici, assistenza sanitaria, catalisi e biotecnologia. Le nanoparticelle di CoFe2O4 sono state sintetizzate utilizzando una varietà di metodi di preparazione, tra cui microemulsione15, tecniche sol-gel16, sintesi idrotermale17, metodo solvotermico18, coprecipitazione19 e metodo di sintesi verde utilizzando estratti vegetali, batteri, funghi e alghe come agenti biologici per la generazione di nanomateriali20 . La tecnica di coprecipitazione è una di queste tecniche ed è semplice ed economica da utilizzare per produrre nanoparticelle di ferrite di cobalto. La coprecipitazione presenta una serie di vantaggi tra cui essere rapida, semplice, versatile e poco costosa21. Sfortunatamente, a causa della loro elevata energia superficiale e delle forti interazioni dipolo magnetico, le ferriti di cobalto sono estremamente suscettibili all’agglomerazione22. Ad oggi si è scoperto che il modo migliore è la modifica delle nanoparticelle di ferrite utilizzando opportuni materiali di rivestimento stabilizzanti23. L'uso di estratti vegetali per la sintesi e il rivestimento di nanoparticelle presenta molti vantaggi, tra cui l'economicità, l'ecologia e l'esecuzione del processo in un'unica configurazione; inoltre, le nanoparticelle fungono da trasportatori nel trasferimento di materiali nelle cellule24. Le piante medicinali hanno proprietà terapeutiche dovute alla presenza di varie sostanze chimiche complesse di diversa composizione, che si trovano come metaboliti vegetali in alcune parti delle piante25. La capsaicina, un potente alcaloide, ha la capacità di stabilizzare la superficie della ferrite di cobalto.