Влияние замещения серебра на структурные, магнитные, оптические и антибактериальные свойства феррита кобальта

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 15730 (2023) Цитировать эту статью

477 Доступов

Подробности о метриках

Наночастицы феррита кобальта, легированные серебром AgxCo1-xFe2O4 с концентрациями (x = 0, 0,05, 0,1, 0,15) получены гидротермальным методом. Рентгенограмма подтверждает образование шпинельной фазы CoFe2O4 и наличие ионов Ag в структуре шпинели. Наночастицы шпинельной фазы AgxCo1-xFe2O4 подтверждены FTIR-анализом по основным полосам, образующимся при 874 и 651 см-1, которые представляют собой тетраэдрические и октаэдрические позиции. Анализ оптических свойств показывает увеличение энергии запрещенной зоны с увеличением концентрации легирующей примеси. Значения энергетической запрещенной зоны, изображенные для приготовленных наночастиц с концентрациями x = 0, 0,05, 0,1, 0,15, составляют 3,58 эВ, 3,08 эВ, 2,93 эВ и 2,84 эВ соответственно. Замена иона Co2+ на немагнитный ион Ag2+ приводит к изменению намагниченности насыщения, при этом регистрируются значения Ms 48,36, 29,06, 40,69 и 45,85 эме/г. Установлено, что наночастицы CoFe2O4 и Ag2+ CoFe2O4 эффективны против видов Acinetobacter Lwoffii и Moraxella с высокой величиной зоны ингибирования x = 0,15 и 8 × 8 см в отношении бактерий. По вышеуказанным результатам предполагается, что синтезированный материал пригоден для устройств хранения данных и обладает антибактериальной активностью.

В современную эпоху нанотехнологии модифицируются и играют жизненно важную роль практически во всех сферах человеческой жизни из-за своих уникальных и чудесных электрических, физико-химических и механических эффектов1,2,3. Предполагается, что наноматериалы представляют собой дискретное состояние материи из-за их уникальных и удивительных свойств, таких как (1) большое соотношение площади поверхности к объему и (2) квантовые эффекты4. Эти безупречные улучшения свойств сделали их пригодными для различных биомедицинских применений, таких как адресная доставка лекарств, МРТ (магнитно-резонансная томография), маркировка клеток, генная терапия, лечение рака и различные медицинские устройства5,6,7,8,9,10,11, 12,13,14,15,16. Магнитные наночастицы были в центре внимания из-за их завораживающих свойств; потенциально они могут быть использованы в катализе вместе с наноматериалами в качестве базовых катализаторов, наножидкостей и оптических фильтров. Свойства этих наночастиц обычно зависят от технологии изготовления и химического состава17. Ферриты — это керамические материалы, имеющие твердую и хрупкую природу18. Свойства ферритов шпинели основаны на различных факторах, таких как метод синтеза материала, время и температура, стехиометрическое соотношение, распределение катионов среди тетраэдрических и октаэдрических позиций, размер частиц и морфология19. В настоящее время магнитные наночастицы феррита кобальта представляют большой интерес для исследователей из-за их высокой коэрцитивной силы, магнитокристаллической анизотропии, химической стабильности, умеренной намагниченности насыщения и морфологии20,21,22. Преодолеть ограничения, возникающие при использовании этих МНЧ, такие как низкая эффективность нагрева, биосовместимость и т. д.; Пригодность к использованию наночастиц оксида железа значительно выше, поскольку они могут метаболизироваться и транспортироваться белками, которые легко и успешно используются в фармацевтической области на наноуровне. Ферриты кубической шпинели (MFe2O4, где M — ион двухвалентного металла) представляют собой фундаментальный тип магнитных материалов, обладающих высокой намагниченностью насыщения и высокой термической эффективностью23. Общеизвестно, что в организме человека присутствуют и кобальт, и железо, поэтому устойчивость Co2+ в двухвалентном состоянии и Fe+3 в трехвалентном выше, следовательно, у таких материалов меньше вероятность воздушного окисления24. CoFe2O4 предпочтительно легируется переходными металлами, чтобы расширить сферу применения материала в биомедицинских приложениях, таких как гипертермия, магнитно-резонансная томография, магнитная сепарация, доставка лекарств, биосенсоры и т. д.25,26. Эти наночастицы также используются в качестве антимикробных средств против болезнетворных и устойчивых к лекарствам микробов, что составляет стимулирующую область исследований27. Различные переходные металлы, такие как медь, цинк, никель, серебро и т. д., играют жизненно важную роль в разных сферах жизни. Например, наночастицы феррита кобальта, замещенные цинком, используются для изготовления преобразователей, трансформаторов и биосенсоров, а также обладают антибактериальными свойствами28, тогда как наночастицы феррита кобальта, легированные никелем, находят широкое применение в микроволновой печи, носителях записи высокой плотности и электронных устройствах29. Серебро (Ag) — переходный металл, который является одновременно проводящим и плазмонным, а его электрическая структура позволяет образовывать электронное облако. Эти колеблющиеся и взаимодействующие со светом делокализованные электроны могут создавать уникальные оптические и электрические характеристики30. Это предпочтительный металлический элемент среди тех, которые используются в электронике, фотонике, биологическом зондировании, покрытиях поверхности солнечных батарей, катализаторах и красящих пигментах31. Наночастицы серебра (Ag) были выбраны как наиболее выгодный металл из-за их химической стабильности, доступности и высочайшей тепло- и электропроводности32. В прошлом лечение антибиотиками считалось единственным способом различных бактерицидных целей спасти бесчисленное количество жизней. Однако в нескольких исследованиях есть доказательства того, что чрезмерное использование антибиотиков может вызвать появление штаммов бактерий с множественной лекарственной устойчивостью33. Причиной возникновения «супербактерий» стали многочисленные факторы, такие как применение антибиотиков в избыточном количестве, низкое качество и неправильные назначения. Чтобы преодолеть эту фатальную ситуацию для мирового здравоохранения, различные наночастицы были изучены на предмет антибактериальной активности34,35. В древних цивилизациях серебро и его коллоидные суспензии обычно использовались для уменьшения инфекционных заболеваний. Возможные антимикробные механизмы участвуют в уничтожении микроорганизмов наночастицами Ag, таких как повреждение ДНК, разрушение клеточной мембраны бактерий, высвобождение ионов серебра и транспорт электронов36,37,38. Эти наночастицы с низкой токсичностью и превосходными олигодинамическими характеристиками предпочтительно используются в качестве противомикробных агентов в коммерческих потребительских товарах, включая повязки для диабетических ран, бактерицидные покрытия на хирургических инструментах, бактерицидное мыло, лосьоны для кожи и кремы. Наночастицы AgxCo1-xFe2O4 на наноуровне более полезны с точки зрения антибактериальной активности, а магнитные свойства наночастиц феррита кобальта помогают материалу стабилизировать его магнитную дисперсию и делают их более эффективными и менее токсичными для здоровья человека39,40,41. Благодаря доступности и тщательному контролю состава гидротермальный метод является одним из наиболее широко используемых методов. Скорость зарождения и морфологического роста кристаллов во время гидротермального процесса регулирует размер кристаллизующихся частиц42. Палак Махаджан и др.43 изучили антибактериальную активность наночастиц AgxCo1-xFe2O4 и пришли к выводу, что они более эффективны против грамположительных бактериальных штаммов по сравнению с грамотрицательными бактериальными штаммами. Окаша и др.44 проанализировали изменения, вызванные легированием Ag в MgFe2O4, и описали его тепло- и электропроводность. М. К. Сатишкумар и др.45 исследовали магнитные, структурные и бактерицидные свойства наночастиц AgxCo1-xFe2O4, обнаружив хорошие результаты антибактериальной активности против некоторых бактерий, т.е. Staphylococcus aureus, Escherichia coli и Candida ablicans.