Manufaktur industri
Industri Internet of Things | bahan industri | Pemeliharaan dan Perbaikan Peralatan | Pemrograman industri |
home  MfgRobots >> Manufaktur industri >  >> Industrial materials >> bahan nano

Studi Perbandingan Efek Antimikroba Nanokomposit dan Komposit Berbasis Poli(butilena adipat-co-tereftalat) Menggunakan Cu dan Cu/Cu2O Nanopartikel dan CuSO4

Abstrak

Nanokomposit dan komposit berbasis poli(butilena adipat-co-tereftalat) (PBAT) disintesis menggunakan nanopartikel tembaga komersial (Cu-NPs), nanopartikel tembaga/kupro oksida (Cu|Cu2 O-NPs), dan tembaga sulfat (CuSO4 ), masing-masing. Cu|Cu2 O-NP disintesis menggunakan reduksi kimia dan dikarakterisasi dengan difraksi sinar-X (XRD) dan mikroskop elektron transmisi (TEM). Sintesis Cu|Cu2 O-NP menghasilkan campuran Cu dan Cu2 O, dengan logam Cu yang memiliki morfologi bulat dengan diameter kira-kira 40 nm dan Cu2 O dengan diameter 150 nm. Untuk mempersiapkan nanokomposit (NCs) dan material komposit (MC), NP dan CuSO4 garam dimasukkan ke dalam matriks PBAT dalam konsentrasi 1, 3, dan 5% p/p melalui metode ex situ. Spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR), uji tarik, kalorimetri pemindaian diferensial (DSC), analisis termogravimetri (TGA), dan uji difusi agar digunakan untuk karakterisasi struktural, termomekanik, dan antimikroba. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perkuatan tidak mengubah struktur kimia PBAT dan hanya sedikit meningkatkan persentase kristalisasi. Sifat mekanik dan termal dari PBAT tidak banyak berubah dengan penambahan bahan pengisi, kecuali sedikit peningkatan kekuatan tarik dan stabilitas termal, masing-masing. Uji antimikroba difusi agar menunjukkan bahwa NCs dan MCs memiliki respon penghambatan yang baik terhadap strain yang tidak resisten Enterococcus faecalis , Streptococcus mutans , dan Staphylococcus aureus . MC berdasarkan CuSO4 memiliki efek biosidal tertinggi, bahkan terhadap bakteri resisten Acinetobacter baumannii .

Pengantar

Sebagian besar bahan plastik dihasilkan dari bahan bakar fosil dan praktis tidak dapat terurai, yang menimbulkan kekhawatiran tentang keberlanjutan ekonomi dan lingkungan [1, 2]. Dengan demikian, pengembangan dan sintesis bahan biodegradable dari sumber lain telah mendapat banyak perhatian dari komunitas ilmiah dengan tujuan untuk mengurangi produksi plastik berbasis minyak bumi [3,4,5]. Polimer biodegradable telah mulai memainkan peran mendasar dalam memecahkan masalah ini sebagai pilihan yang menjanjikan untuk bahan bakar fosil bersama dengan kelas bahan baru yang dikenal sebagai bionanokomposit, yang melalui nanoteknologi, telah memiliki sifat yang lebih baik [6,7,8,9 ,10].

Bionanokomposit terdiri dari matriks organik di mana nanomaterial anorganik tersebar [8, 11,12,13]. Morfologi dan ukuran yang berbeda dari komponen anorganik, seperti nanopartikel, nanotube, nanosheets, nanowires, dan nanoclay, memiliki efek yang cukup besar pada sifat matriks polimer. Sifat optik, termal, mekanik, magnetik, dan optoelektronik ditingkatkan karena sinergi antara luas permukaan, reaktivitas permukaan yang tinggi, stabilitas termal yang sangat baik, dan kekuatan mekanik yang tinggi dari komponen anorganik dan matriks polimer [14,15,16] . Berbagai inovasi dalam kimia polimer dan teknik mikro dan nanofabrikasi telah mendorong penelitian dalam bionanokomposit polimer, tidak hanya untuk produksi struktur yang lebih baik, tetapi juga untuk persiapan bahan fungsional baru dengan sifat menarik dan aplikasi yang sangat canggih [17,18] ,19]. Beberapa biopolimer yang berasal dari alam atau sintetik, seperti asam polilaktat (PLA) [20] dan poli(butilena-adipat-co-tereftalat) (PBAT), telah dipelajari secara luas [21, 22].

Salah satu polimer yang saat ini digunakan sebagai matriks dalam nanokomposit adalah PBAT [23]. Biopolimer sintetik ini adalah poliester biodegradable alifatik linier berdasarkan monomer 1,4-butanediol, asam adipat, dan asam tereftalat dalam rantai polimer [24]. Sifatnya mirip dengan polietilen densitas rendah karena berat molekulnya yang tinggi dan struktur molekul bercabang rantai panjang, yang membuatnya fleksibel [24,25,26]. Keterbatasan utama PBAT adalah kekuatan mekaniknya yang buruk; namun, dengan penambahan beban berukuran nano, kelemahan ini dapat diatasi sehingga memberikan bahan ini sifat multifungsi seperti sifat termomekanis yang lebih baik [6, 27].

Saat ini, ada juga kebutuhan mendesak untuk mengembangkan bionanokomposit yang dapat mengontrol atau mencegah kolonisasi mikroba dengan memasukkan nanopartikel dengan aktivitas antibakteri yang diketahui ke dalam atau meningkatkan sifat antibakteri yang telah dimiliki oleh matriks polimer. Dalam kasus terakhir, peningkatan substansial dalam kapasitas biosidal matriks polimer telah dikaitkan dengan sinergi antara dua komponen bionanokomposit [28, 29]. Oleh karena itu, polimer tidak hanya menyediakan matriks pendukung untuk nanopartikel, tetapi juga dapat meningkatkan kinerja antibakteri dan memperluas kemungkinan aplikasi bionanokomposit untuk memenuhi berbagai persyaratan untuk aplikasi biomedis atau perangkat medis seperti tabung endotrakeal dan pembuluh darah dan kateter urin [30] ,31,32]. Namun, penggunaan PBAT pada alat kesehatan belum diteliti secara ekstensif; hanya beberapa artikel yang melaporkan kemungkinan penggunaannya dalam beberapa aplikasi klinis [1].

Beberapa penyelidikan telah melaporkan penggunaan nanopartikel logam sebagai agen antimikroba. Sifat biologis intrinsik dari bahan-bahan ini tergantung pada beberapa faktor seperti logam yang terlibat, ukuran partikel, struktur, dan luas permukaan. Semua kemungkinan kombinasi dari faktor-faktor ini dapat menunda resistensi antibakteri [33]. Sebagian besar studi antimikroba nanokomposit berfokus pada kemasan makanan, dan aktivitas biosidal selalu menargetkan bakteri yang sama. Tidak pasti apakah bakteri menjadi resisten terhadap nanopartikel biosidal dengan cara yang sama seperti yang mereka lakukan terhadap obat-obatan. Dengan demikian, salah satu tujuan dari pekerjaan ini adalah untuk mengevaluasi aktivitas antimikroba nanokomposit yang mengandung PBAT dengan konsentrasi Cu-NP yang berbeda untuk penggunaan potensial dalam pembuatan peralatan gigi. Selain itu, kami melakukan studi perbandingan lengkap tentang sifat termomekanik dan antimikroba dari bahan berbasis PBAT. Nanokomposit PBAT dibuat dengan nanopartikel Cu pada tiga konsentrasi berbeda. Demikian pula, nanokomposit dibuat menggunakan Cu|Cu2 O-NP sebagai beban. Akhirnya, sebuah CuSO4 bahan komposit berbasis disiapkan pada konsentrasi yang sama yang digunakan untuk mempersiapkan nanokomposit. Aktivitas biosidal nanokomposit dan komposit PBAT dievaluasi terhadap Staphylococcus aureus , yang bertanggung jawab atas infeksi kulit seperti folikulitis, furunkulosis, dan konjungtivitis; Streptococcus mutans , yang sebagian bertanggung jawab atas plak gigi dan biofilm gigi; dan Enterococcus faecalis dan Acinetobacter baumannii , yang dapat menyebabkan infeksi yang membahayakan manusia, terutama di lingkungan rumah sakit.

Bahan dan Metode

Materi

PBAT (Ecoflex) yang digunakan untuk pembuatan nanokomposit dipasok oleh BASF (Ludwigshafen, Jerman). Struktur molekulnya ditunjukkan pada file tambahan 1:Gambar S1 (bahan tambahan). Nanopartikel logam Cu murni 99,99% (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) berdiameter antara 100 dan 200 nm. Untuk sintesis Cu|Cu2 O-NP, CuSO4 digunakan sebagai prekursor, asam askorbat (C6 H8 O6 ) sebagai reduktor, dan natrium hidroksida (NaOH) sebagai pengontrol pH. Selain itu, CuSO4 (Sigma-Aldrich) digunakan untuk menyiapkan material komposit.

Sintesis Nanopartikel dengan Reduksi Kimia

Sebuah metode sintesis yang diusulkan oleh Khan et al. [34] digunakan untuk mendapatkan Cu|Cu2 O-NP. Sintesis dimulai dengan melarutkan CuSO4 × 5H2 O dalam air suling untuk mendapatkan 120 mL larutan 0,1 M. Selanjutnya, 120 mL CuSO4 ditambahkan ke labu yang direndam dalam penangas propilen glikol, diikuti dengan menambahkan 50 mL C6 dengan cepat H8 O6 larutan. Campuran diaduk dengan kuat pada sekitar 390 rpm selama 30 menit sementara suhu dinaikkan menjadi 80 °C, di mana 30 mL larutan NaOH ditambahkan tetes demi tetes dan larutan terus diaduk selama 2  jam. Solusi akhir dibiarkan mengendap semalaman, dan kemudian, cairan supernatan dihilangkan. Konsentrat disentrifugasi dan dicuci dengan air suling dan etanol. Akhirnya, partikel didispersikan menggunakan peralatan ultrasound, ditempatkan di cawan Petri, dan dikeringkan dalam oven pada suhu 60 °C semalaman (lihat File tambahan 1:Gambar S2).

Sintesis nanokomposit

Untuk mempersiapkan nanokomposit dan material komposit, Cu-NPs, Cu|Cu2 O-NP, dan CuSO4 garam dimasukkan ke dalam matriks PBAT dalam konsentrasi 1, 3, dan 5%. Pertama, PBAT dilebur, kemudian, NP ditambahkan dan dicampur dalam rheometer torsi (model 835205, Brabender GmbH &Co. KG, Duisburg, Jerman) selama 7 min pada 60 rpm dan suhu kerja 140 °C ( File tambahan 1:Gambar S4). Beban maksimum adalah 5% karena beban yang lebih tinggi menghasilkan efek fluoresensi dalam spektrum Raman (File tambahan 1:Gambar S3).

Karakterisasi

Nanokomposit dan material komposit yang diperoleh dikarakterisasi untuk mempelajari perbedaannya terhadap polimer PBAT. Demikian juga, kami mempelajari bagaimana perbedaan konsentrasi Cu-NP, Cu|Cu2 O-NP, dan CuSO4 di dalam polimer mempengaruhi sifat mekanik, termal, morfologi, struktural, dan bakterisidanya.

Cu-NP dan Cu|Cu2 O-NP dikarakterisasi melalui difraksi sinar-X (XRD) dan mikroskop elektron transmisi (TEM). nanokomposit PBAT dengan Cu-NPs (NCs-PBAT/Cu) dan Cu|Cu2 O-NP (NCs-PBAT/Cu|Cu2 O) dan material komposit PBAT dengan CuSO4 (MCs-PBAT/CuSO4 ) dikarakterisasi melalui analisis termogravimetri (TGA), kalorimetri pemindaian diferensial (DSC), pemindaian mikroskop elektron (SEM), spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR), XRD, uji tarik, dan uji aktivitas antimikroba menggunakan difusi agar. Sampel berbentuk pelat 100-mm × 100-mm × 1-mm dari masing-masing nanokomposit disiapkan sehingga sampel yang dihomogenisasi dalam setiap analisis memiliki ukuran yang sama. Untuk mendapatkan bentuk pelat, NCs-PBAT/Cu, NCs-PBAT/Cu|Cu2 O, dan MCs-PBAT/CuSO4 dicetak menggunakan mesin press hidrolik Labtech (model LP-20B; Labtech Engineering Co., Ltd., Samutprakarn, Thailand) pada 160 °C dan 110 bar selama 5 min. Waktu pemanasan awal dan pendinginan masing-masing adalah 15 mnt dan 1 mnt (File tambahan 1:Gambar S4).

Properti Morfologi dan Struktural

Untuk memverifikasi skala nanopartikel nanopartikel dan bahwa serbuk yang disintesis adalah campuran Cu dan Cu2 O nanopartikel, analisis struktural dilakukan menggunakan XRD dan analisis morfologis dilakukan menggunakan TEM.

Mikrograf TEM dari Cu|Cu2 O-NP diperoleh dengan mikroskop elektron transmisi JEM 1200 EX II (JEOL, Ltd., Tokyo, Jepang) pada tegangan 120 kV. Sampel disiapkan dengan menempatkan setetes nanopartikel yang diencerkan dalam etanol pada kisi tembaga berlapis karbon 200 mesh. Selain itu, nanopartikel dianalisis melalui pola difraksi elektron.

Spektrum XRD dari Cu-NP, Cu|Cu2 O-NP, nanokomposit, dan material komposit diperoleh dengan menggunakan difraktometer Bruker Endeavour (model D4/MAX-B; Bruker, Billerica, MA, USA). Sapuan 2θ adalah dari 4 hingga 80° dengan langkah 0,02° dan waktu penghitungan 1 s. Difraktometer dioperasikan pada 20 mA dan 40 kV dengan lampu katoda tembaga (λ = 1.541 Å).

Spektrum FTIR nanokomposit diperoleh dengan menggunakan spektrometer FTIR Spektrum Dua (× 1720) (PerkinElmer, Waltham, MA, USA) dengan fungsi refleksi total yang dilemahkan (ATR). Setiap spektrum diperoleh dengan pemindaian berurutan dalam kisaran 4000–500 cm −1 dengan resolusi 1 cm −1 .

Properti Mekanik (Uji Tarik)

Uji tarik, berdasarkan standar ASTM D638, dilakukan pada mesin uji universal smarTens (model 005; Emmeram Karg Industrietechnik, Krailling, Jerman) pada kecepatan uji 50 mm/menit dan sel beban 1 kN. Spesimen tipe-V dibuat dengan kompresi pada suhu cetakan 160 °C. Waktu pemanasan awal, pengepresan, dan pendinginan masing-masing adalah 7, 5, dan 1  menit. Lima sampel dari masing-masing NC dan MC yang diteliti dibuat, dan diperoleh kekuatan tarik, persentase perpanjangan ultimit, dan modulus.

Properti Termal

TGA dilakukan menggunakan TG 209 FI Iris® thermo-microbalance (NETZSCH-Gerätebau GmbH, Selb, Jerman). Sampel, mulai dari 3 hingga 10 mg, ditempatkan dalam cawan lebur aluminium, yang kemudian dimasukkan ke dalam instrumen. Perubahan massa sebagai fungsi suhu diukur dengan memanaskan sampel dari 20 hingga 600 °C pada kecepatan 10 °C/menit di bawah N2 suasana.

Analisis DSC dilakukan dengan menggunakan kalorimeter pemindaian diferensial NETZSCH (model DSC 204 F1). Sampel nanokomposit (5–10 mg) ditempatkan dalam cawan lebur aluminium tertutup, yang dipanaskan dari 25 hingga 200 °C dengan laju 10 °C/menit di bawah N2 yang konstan. laju aliran 20 mL/menit. Suhu leleh (T m ) diperoleh dari analisis DSC ini.

Pengujian Aktivitas Antimikroba dari NCs dan MC Menggunakan Difusi Agar

Aktivitas antibakteri nanokomposit dan material komposit berdasarkan Cu-NPs, Cu|Cu2 O-NP, dan CuSO4 ditentukan dengan menggunakan metode kinetika pertumbuhan difusi dalam agar. Analisis dilakukan dalam dua tahap mengikuti protokol Jaramillo et al. [35]. Empat strain bakteri digunakan:dua strain klinis, A. baumanii (ABA 538) diisolasi dari infeksi intrahospital dan E. kotoran (6.4) dari infeksi mulut, dan dua strain koleksi, S. aureus (ATCC) dan S. mutan (ATCC 25175).

Tahap pertama terdiri dari evaluasi kualitatif aktivitas antibakteri untuk memilih mana dari tiga konsentrasi nanokomposit dan bahan komposit yang akan digunakan untuk melakukan uji kuantitatif untuk mengurangi desain eksperimen karena menggunakan tiga konsentrasi beban akan sangat mahal. Setelah uji evaluasi, sampel dengan persentase beban yang menunjukkan penghambatan kontak terbaik dipilih. Untuk melakukan tes kualitatif, A. baumanii (ABA 538), E. kotoran (6.4), S. aureus (ATCC), dan S. mutan (ATCC 25175) secara terpisah diunggulkan pada trypticase soy agar (TSA) dan diinkubasi semalaman pada suhu 37 °C. Setelah kultur, koloni yang terisolasi dengan baik dipilih dan dipindahkan ke tabung yang berisi 4-5 mL kaldu TSA menggunakan loop inokulasi. Kaldu diinkubasi lagi semalaman pada suhu 37 °C sampai mencapai atau melebihi kekeruhan 0,5 pada skala McFarland. Kekeruhan inokulum kemudian diatur dengan larutan garam hingga 0,5 skala McFarland menggunakan turbidimeter. Suspensi yang disiapkan mengandung sekitar 1 × 10 8 CFU/mL, yang diencerkan menjadi 1:10 untuk mendapatkan konsentrasi inokulum akhir 10 7 CFU/mL. Pelat TSA diunggulkan secara seragam dengan setiap inokulum. Kemudian, lembaran (10 × 10 mm 2 ) dari nanokomposit dan material komposit pada konsentrasi 1, 3, dan 5%, ditambah kontrol PBAT, ditempatkan pada permukaan pelat TSA dan diperiksa untuk memastikan bahwa mereka melekat dengan baik. Akhirnya, piring ditempatkan dalam oven dan diinkubasi pada 37 °C selama 24 h untuk mengamati penghambatan sampel PBAT.

Tahap kedua dari metode kinetika pertumbuhan terdiri dari uji kuantitatif yang dilakukan hanya pada nanokomposit dan material komposit di mana penghambatan kontak terbukti dalam uji kualitatif. Untuk menjaga sterilitas, pengujian dilakukan dengan menggunakan Kabinet Keamanan Biologis Tipe A2 Seri 1200 (ThermoFisher Scientific, Waltham, MA, USA). Pertama, sampel dikondisikan sebelumnya dengan menempatkannya di dalam cawan Petri steril dan membawanya ke kabinet biosafety di mana sampel tersebut terkena sinar UV selama 15  menit di setiap sisinya. Selanjutnya, kultur bakteri 24 jam dari masing-masing strain disesuaikan dengan kekeruhan 0,5 pada skala McFarland untuk selanjutnya membuat enam pengenceran serial (1, 2, 3, 4, 5, dan 6). Penghitungan awal dilakukan pada pengenceran 4, 5, dan 6 (dalam rangkap tiga) untuk menentukan penghitungan pada waktu nol.

Kamar basah, satu untuk setiap waktu evaluasi (2, 4, 6, dan 8 h) dan untuk setiap strain, disiapkan dengan menempatkan kasa steril yang dibasahi dengan air suling steril ke dalam cawan Petri steril. Kemudian, slide steril ditempatkan di dalam setiap ruang basah sehingga sisi atas tidak menyentuh kasa basah. Selanjutnya, tiga 1 × 1-cm 2 lembaran nanokomposit dan material komposit, dan lembaran PBAT sebagai kontrol, ditempatkan di ruang dengan bantuan penjepit steril. Pengenceran (20 μL) diendapkan pada setiap lembar persegi, dan bilik diinkubasi pada 37 °C selama 2, 4, 6, dan 8  jam.

Setelah inkubasi, kamar basah diekstraksi, dan setiap lembaran polimer diendapkan di dalam tabung Falcon dengan 1 mL air suling steril. Tabung divortex selama 2-5 menit [35]. Tiga pengenceran dibuat dari produk dalam tabung Falcon. Cawan petri yang mengandung TSA dibagi menjadi empat bagian. Kira-kira tiga sampai lima tetes (sesuai dengan 20 μL) masing-masing dari tiga pengenceran dan satu tetes isi tabung Falcon murni ditempatkan di kuadran. Pelat agar-agar harus benar-benar kering sehingga tetesan diserap hampir seketika. Plate kemudian diinkubasi pada suhu 37°C selama 24 jam diikuti dengan penghitungan koloni dengan penghitung koloni. Data yang diperoleh dikalikan dengan faktor pengenceran yang digunakan dan diplot dalam grafik menggunakan fungsi logaritma atau persentase kelangsungan hidup.

Hasil dan Diskusi

Reometri digunakan untuk mendapatkan pengukuran dinamis dari sifat reologi nanokomposit dalam kondisi yang mendekati kondisi aktual di mana nanokomposit diproses. Untuk ini, pengukuran dilakukan untuk mengontrol perubahan viskositas selama pencampuran lelehan. Hasil pengukuran ini ditunjukkan dalam File tambahan 1:Gambar S5. Peningkatan torsi motor terkait dengan viskositas leleh polimer [21, 36], dan nilainya mulai konstan setelah 4 menit pencampuran. Ini menegaskan bahwa waktu pencampuran 7  menit yang ditetapkan dalam pekerjaan ini sudah cukup untuk mencapai pencampuran yang sempurna.

Nilai torsi untuk matriks PBAT dan NCs-PBAT/Cu 1% berkisar 19,86 N m. Kurva (File tambahan 1:Gambar S5) menunjukkan bahwa konsentrasi 1% Cu-NP memiliki sedikit efek pada sifat mekanik matriks, tetapi nilai torsi kesetimbangan yang lebih rendah sebesar 18,4 dan 17,4 N m diperoleh untuk NCs-PBAT/Cu 3 % dan NCs-PBAT/Cu masing-masing 5%. Hasil ini jelas menyiratkan bahwa kemampuan proses NCs-PBAT/Cu ditingkatkan sehubungan dengan matriks PBAT [37]. Hasil yang sama diperoleh dengan campuran NCs-PBAT/Cu|Cu2 O, dimana nilai torsi keseimbangan menurun dengan peningkatan persentase beban menjadi 3%, tetapi beban 5% menghasilkan nilai yang sangat dekat dengan beban 1% Cu|Cu2 O-NP. Nilai torsi kesetimbangan masing-masing adalah 19,39, 19,07, dan 19,37 Nm untuk 1, 3, dan 5%. Untuk MC-PBAT/CuSO4 campuran, nilai torsi kesetimbangan meningkat seiring dengan beban CuSO4 meningkat, yaitu 18,71 Nm untuk 1%, 19,16 Nm untuk 3%, dan 19,79 Nm untuk 5% beban. Perilaku ini dapat dikaitkan dengan ukuran CuSO4 kristal. Secara bersamaan, File tambahan 1:Gambar S5 menunjukkan bahwa torsi kesetimbangan semua nanokomposit dan material komposit stabil dengan bertambahnya waktu pencampuran, menunjukkan bahwa dekomposisi termal tidak terjadi dalam mixer, mungkin karena nanopartikel menurunkan gaya kohesi antara rantai polimer dan kemungkinan besar melakukan pelumasan sendiri dalam proses pencampuran [37].

Properti Morfologi dan Struktural

Pertama, nanopartikel yang diperoleh dengan reduksi kimia dianalisis. Hasil Sintesis Cu|Cu2 O-NP ditunjukkan pada Gambar. 1b. Mikrograf TEM menunjukkan campuran partikel bola dan partikel polihedral. Diameter rata-rata nanopartikel sferis adalah 26 nm (Gbr. 1c), sedangkan diameter nanopartikel polihedral berkisar antara 80 dan 160 nm. Komposisi nanopartikel ini ditentukan oleh difraksi elektron area terpilih (SAED) (Gbr. 1c), yang menemukan fase yang sesuai dengan logam Cu dan Cu2 O. Temuan ini dikuatkan oleh difraktogram yang ditunjukkan pada Gambar 1a. Enam puncak difraksi teramati dengan jelas pada 2θ = 36,3°, 42,17°, 43,42°, 50,63°, 61,47°, dan 74,37°. Karena nanopartikel disintesis secara kimia mereduksi CuSO4 untuk CuO, puncak difraksi diverifikasi oleh data untuk Cu dalam database X'Pert HighScore pola difraksi serbuk sinar-X. Kami mengamati bahwa puncak pada 2θ = 43,2°, 50,63°, dan 74,37° termasuk dalam bidang difraksi logam Cu (111), (200), dan (220). Tiga puncak lainnya menunjukkan bahwa nanopartikel yang disintesis mengandung lebih dari satu zat, sehingga pola difraksinya merupakan kombinasi keduanya. Wijesundera [38] menganalisis film tipis Cu2 O menggunakan XRD dan menunjukkan bahwa bidang difraksi pada 2θ = 36,3°, 42,17°, dan 61,47° sesuai dengan indeks Miller (111), (200), dan (220). Indeks ini milik struktur kubik berpusat muka (FCC) yang sesuai dengan bagian dari area pusat struktur antifluorit, yang sesuai dengan struktur Cu2 O, sesuai dengan temuan analisis SAED.

a XRD nanopartikel Cu dan CuO2 disintesis. b , c Gambar TEM, distribusi ukuran, dan pola difraksi nanopartikel yang disintesis. d XRD nanopartikel Cu. e , f Citra TEM, distribusi ukuran, dan pola difraksi nanopartikel Cu

Wang dkk. [39] menemukan bahwa selama sintesis Cu-NPs dengan reduksi kimia, ukuran partikel berkisar antara 100 dan 150 nm. Mereka menggunakan C6 H8 O6 sebagai zat pereduksi dan poli(vinilpirolidon) (PVP) sebagai surfaktan. Wajahnya tidak sesuai dengan wajah Cu2 O karena PVP membantu menstabilkan benih yang sedang tumbuh, sehingga menghindari oksidasinya. Namun, tujuan dari penyelidikan kami adalah untuk mensintesis Cu2 O NP, yang dapat dicapai dengan reduksi kimia tanpa menggunakan bahan penstabil seperti PVP.

Cu-NP yang digunakan dalam preparasi nanokomposit berbentuk bulat dengan diameter berkisar antara 100 dan 200 nm (Gbr. 1e, f). Dalam pola XRD untuk Cu-NP yang ditunjukkan pada Gambar 1d, tiga puncak jelas diamati pada 43,60 °, 50,72 °, dan 73,95 ° sesuai dengan bidang kristal (111), (200), dan (220), masing-masing. Struktur kristal kubik dengan grup ruang Fm3m (JCPDS No.85-1326) [55] sesuai dengan struktur yang ditemukan oleh analisis SAED (Gbr. 1d).

Partikel logam yang digunakan dalam penelitian kami diperoleh melalui sistem penggilingan mekanis, menurut pemasok. Kerugian dari metode ini adalah persentase partikel yang kecil (~ 10%) lebih besar dari 500 nm. Namun, ini tidak berdampak negatif terhadap tujuan penyelidikan kami. Di bawah ini, kami menunjukkan bagaimana dispersi ini memengaruhi sifat termomekanis matriks PBAT. Yang penting, metode penggilingan mekanis tidak menggunakan prekursor atau stabilisator, seperti halnya dengan metode sintesis basah, yang dikenal sebagai metode reduksi kimia. Oleh karena itu, permukaan Cu-NP yang diperoleh dengan penggilingan tidak dipasifkan oleh adsorpsi molekul baik dari penstabil atau produk samping reaksi. Dengan demikian, Cu-NP ini, meskipun tidak secara substansial meningkatkan sifat mekanik polimer, juga tidak menurunkannya. Namun, sifat antimikroba harus ditingkatkan karena migrasi Cu 2+ difasilitasi pada permukaan yang tidak dipasifkan.

Gambar 2 menyajikan spektrum XRD dari NCs-PBAT/Cu (Gbr. 2a), NCs-PBAT/Cu|Cu2 O (Gbr. 2b), dan MCs-PBAT/CuSO4 (Gbr. 2c). Gambar 2c disiapkan pada tiga konsentrasi (1, 2, dan 3% w /dengan ). Difraktogram ini dibandingkan dengan matriks polimer PBAT untuk menunjukkan pengaruh beban pada struktur polimer. Difraktogram PBAT menunjukkan pola difraksi dengan lima puncak difraksi pada 2θ = 16,1°, 17,3°, 20,2°, 23,1°, dan 25°, bersesuaian dengan bidang (011), (010), (101), (100), dan (111) masing-masing. Analisis ini mengungkapkan adanya kristalinitas dalam matriks polimer. Karakterisasi PBAT oleh Arruda et al. [40] menggunakan XRD juga menemukan lima puncak difraksi yang sama pada sudut yang sama seperti yang ditemukan dalam penyelidikan ini, sesuai dengan bidang yang sama.

Difraktogram PBAT, NCs-PBAT/Cu, NCs-PBAT/Cu|Cu2 O, dan MCs-PBAT/CuSO4

Difraktogram nanokomposit dengan beban Cu-NP ditunjukkan pada Gambar 2a. Sinyal 2θ pada 43°, 50°, dan 74° adalah karakteristik bidang (111), (200), dan (220) struktur FCC Cu dengan grup ruang Fm3m (JCPDS No.85-1326) [ 41]. Tidak ada fase yang berhubungan dengan CuO atau Cu2 O teramati pada difraktogram NCs-PBAT/Cu, sehingga kami menyimpulkan bahwa nanopartikel tidak teroksidasi selama sintesis nanokomposit. Selain itu, difraktogram menunjukkan bahwa nanopartikel tidak mempengaruhi atau memodifikasi struktur PBAT dan intensitas puncak berbanding lurus dengan persentase beban Cu-NP. Difraktogram dari NCs-PBAT/Cu|Cu2 O memiliki enam puncak karakteristik pada 2θ = 36,4°, 43°, 42.4°, 50°, 61.5°, dan 74° (Gbr. 2b). Menurut literatur dan analisis nanopartikel, hanya tiga yang sesuai dengan logam Cu dan puncak pada 36,4°, 42,4°, dan 61,5° milik Cu2 O, menurut spektrum jenis nanopartikel ini ditunjukkan pada Gambar. 1a [35].

Puncak difraksi sesuai dengan Cu|Cu2 Penguatan O-NP menjadi lebih kuat seiring dengan peningkatan konsentrasi di dalam matriks, tetapi puncak yang termasuk dalam zona kristalin polimer sedikit menurun intensitasnya dengan penggabungan beban. Chivrac dkk. [42] melaporkan hasil yang sama dalam penelitian yang menggunakan banyak nanoclays di PBAT. Mereka menyarankan bahwa tidak ada transkristalinitas yang signifikan pada antarmuka polimer beban, dan oleh karena itu, tidak ada perubahan dalam struktur kristal polimer. Namun, penurunan intensitas puncak difraksi PBAT dengan peningkatan konsentrasi beban dalam matriks menunjukkan penurunan kristalinitas PBAT. Oleh karena itu, beban menghambat pertumbuhan kristal PBAT. Ini bisa menjelaskan sedikit penurunan puncak difraksi milik PBAT dengan peningkatan Cu|Cu2 O-NP.

Gambar 2c menunjukkan spektrum XRD MC-PBAT/CuSO4 untuk ketiga konsentrasi CuSO4 dari 1, 3, dan 5%. Penambahan CuSO 1%4 beban tidak menghasilkan perubahan pada polimer. CuSO 3 dan 5%4 kurva beban hanya menunjukkan peningkatan minimum intensitas puncak pada 2θ = 36,4°, 40.25°, 43.94°, 57.9°, dan 75,7°, yang termasuk dalam Cu dan Cu2 O hadir, menunjukkan bahwa sebagian kecil dari Cu2 JADI4 tereduksi dan teroksidasi selama proses pencampuran. Sedangkan untuk zona kristalin PBAT, terjadi peningkatan konsentrasi CuSO4 penguatan menurunkan intensitas puncak difraksi di PBAT, seperti yang terjadi untuk NCs-PBAT/Cu dan NCs-PBAT/Cu|Cu2 O. Dengan demikian, penggabungan CuSO4 ke dalam matriks polimer menurunkan kapasitas kristalisasinya, mungkin karena CuSO4 menghambat pertumbuhan kristal. Karena tidak ada informasi tambahan tentang spektrum XRD CuSO4 dalam bahan komposit telah dilaporkan, kita harus menyelidiki perilakunya dalam polimer biodegradable. Derajat kristalinitas matriks dihitung sebagai:

$$ {X}_{\mathrm{c}}=\frac{I_{\mathrm{c}}}{I_{\mathrm{c}}+{I}_{\mathrm{a}}} $$ (1)

dimana Aku c adalah luas puncak fase kristal dan I c + Aku a adalah luas total di bawah difraktogram. Nilai derajat kristalinitas untuk masing-masing bahan disajikan pada Tabel 1. Hasil ini menunjukkan bahwa persentase kristalinitas meningkat seiring dengan konsentrasi Cu-NP dan Cu|Cu2 O-NP meningkat dalam matriks PBAT, yang terbukti dengan meningkatnya intensitas puncak di masing-masing difraktogram.

Di sisi lain, difraktogram menunjukkan bahwa nanopartikel tidak mempengaruhi atau memodifikasi struktur PBAT dan intensitas puncak berbanding lurus dengan persentase beban Cu-NP dan Cu|Cu2 O-NP. Selain itu, penambahan CuSO4 garam prekursor menurunkan kristalinitas polimer dibandingkan dengan polimer dalam keadaan murni. Kondisi ini terjadi karena penambahan konsentrasi beban pada nanokomposit meningkatkan persentase relatif kristalinitas tetapi menurunkan kristalinitas PBAT, sehingga secara umum dilaporkan sedikit peningkatan persentase total kristalinitas. MC-PBAT/CuSO4 beban tidak menyajikan puncak kristal dalam spektrum XRD mereka. Oleh karena itu, mereka tidak berkontribusi pada peningkatan kristalinitas tetapi menyebabkan penurunan kristalinitas dalam rantai polimer, yang menjelaskan penurunan persentase total kristalinitas dalam material komposit. Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa nanopartikel logam bertindak sebagai pusat nukleasi dalam orientasi rantai polimer, yang pada gilirannya meningkatkan kristalinitas polimer [43].

The FTIR (Additional file 1:Figure S6) spectra show that the characteristic peaks at different load concentrations are at the same frequency but have different intensities. The spectra show that as the concentration of nanoparticles in the polymer matrix increased, the intensity of the peaks corresponding to NCs-PBAT/Cu and NCs-PBAT/Cu|Cu2 O increased with respect to the PBAT. Therefore, there was no effective interaction between the chains of the PBAT and the nanoparticles. Had there been interaction, some of the signals in the FTIR spectrum would have been displaced as a result of the interaction of the functional groups of the polymer with the surface of the PBAT [40].

Mechanical Properties (Tensile Test)

To give multifunctionality to biopolymers, nanomaterials that provide special properties to a nanocomposite are usually incorporated. Their inclusion will change the mechanical properties of the material and the intensity of the changes is directly related to the union of the nanostructure with the polymer network [44]. We conducted tensile tests on the nanocomposites and the composite material. The tensile strength and maximum deformation values are summarized in Table 2.

Figure 3 shows the average curves of the tensile tests on the nanocomposites and composite material. As the permanent deformation of the material began, the effect of the concentration of the nanoparticles in the polymer could be distinguished. Figure 3a shows the results for NCs-PBAT/Cu. The results show that the inclusion of nanostructures did not considerably affect the elastic range but there were noticeable changes in the yield strength. As the concentration of the Cu-NPs increased, maximum resistance increased and maximum elongation decreased. These changes clearly indicate that the nanostructures harden the PBAT. At 3% concentration of Cu-NPs, the tensile strength slightly increased but the elongation percentage in the fracture decreased between 30 and 35%.

Stress and strain of PBAT, NCs-PBAT/Cu, NCs-PBAT/Cu|Cu2 O, and MCs-PBAT/CuSO4

Figure 3b shows the results of the tensile tests on the NCs-PBAT/Cu|Cu2 O. The 1% load nanocomposite clearly showed an increase in tensile strength and elongation with respect to the PBAT. There was no appreciable effect on the elastic range, but it did appear to be above the yield stress. In addition, the curve for the 3% load NCs-PBAT/Cu|Cu2 O shows there was no significant difference with respect to the PBAT. The same behavior is seen with curve for the 5% load NCs-PBAT/Cu|Cu2 O. The curves for MCs-PBAT/CuSO4 (Fig. 3c) show that the yield stress decreased for the three concentrations of CuSO4 with respect to the PBAT.

From the results, we can conclude that the reinforcements did not significantly change the mechanical properties of the PBAT. Venkatesan and Rajeswari [45] showed a significant increase in mechanical properties by incorporating ZnO nanoparticles in a PBAT matrix with respect to that of the PBAT. Similar results with some improvements were obtained by Chen and Yang [46]. They elaborated a PBAT nanocomposite with montmorillonite nanoparticles using melt blending.

Our investigation found that the NCs-PBAT/Cu|Cu2O 3 and 5% and MCs-PBAT/CuSO4 1 and 5% had slightly decreased tensile strength, that is, there were no significant variations in the mechanical properties. However, the NCs-PBAT/Cu|Cu2 O 1% and MCs-PBAT/CuSO4 3% had slightly increased tensile strength. Therefore, no reinforcement at any concentration in the matrix caused remarkable variations in the mechanical properties of the PBAT. In addition, as the concentration of Cu-NPs increased, their mechanical properties increased the resistance of the PBAT but elongation could not be maintained. The results of the tensile tests showed that the commercial Cu nanoparticles improved the tensile strength of the PBAT slightly more than did the Cu|Cu2 O nanoparticles and the CuSO4 partikel. The difference between the tensile properties found in our investigation and those in the literature could be attributed to load dispersion because the agglomerated particles act as stress concentrators [47]. Finally, the variations in the test values were explained by the preparation conditions of the test samples, the degree of crystallinity of the PBAT, the molecular mass, the degree of interaction at the polymer-reinforcement interface, and the load dispersion because the agglomerates in the matrix could act as stress concentrators.

Thermal Properties

One of the disadvantages of the PBAT is its low thermal stability because the fusion process can degrade its polymer chains [48]. Therefore, the effect of nanometric and micrometric loads on the decomposition of this biopolymer must be investigated. TGA of NCs-PBAT/Cu, NCs-PBAT/Cu|Cu2 O, and MCs-PBAT/CuSO4 was carried out to observe the changes in the thermal stability of the PBAT caused by the presence of Cu nanoparticles in the matrix. The TGA results are shown in Fig. 4, and the initial (T di ) and final (T df ) decomposition temperatures of the analyzed samples are summarized in Table 3. The thermograms show that the polymer without any load had a weight loss of 1% at 420.77 °C, while the nanocomposites NCs-PBAT/Cu 1, 3, and 5% presented a weight loss of around 3% (Fig. 4a). This suggests that the presence of Cu-NPs at concentrations of 3 and 5% slightly increases the thermal stability of the nanocomposites compared to that of the unloaded polymer. After the final thermal decomposition, the degradation percentages, at around 420–427 °C, of the PBAT matrix and nanocomposites NCs-PBAT/Cu 1, 3, and 5% were 98.9, 97.5, 95.4, and 96.8%, respectively. The residues were higher for Cu-NPs-incorporated nanocomposite samples. Similar results have been reported for PBAT nanocomposites with different loads of Ag-NPs [49].

TGA of a PBAT and NCs-PBAT/Cu, b NCs-PBAT/Cu|Cu2 O, and c MCs-PBAT/CuSO4 , DTG of d PBAT and NCs-PBAT/Cu, e NCs-PBAT/Cu|Cu2 O, f MCs-PBAT/CuSO4

Although no significant change is seen among the curves in Fig. 4b for the NCs-PBAT/Cu|Cu2 O, the results show that as the Cu|Cu2 O-NPs increased in the polymer structure, T di increased and T df decreased with respect to the initial and final degradation temperatures of PBAT; in addition, the total mass loss decreased. By calculating the derivative of the mass with respect to the temperature, we obtained the curves in Fig. 4d–f for the indicated peaks of the nanocomposite with Cu|Cu2 O-NPs and found that T df , at which the maximum decomposition occurs, was between 402 and 403 °C (Table 3).

The CuSO4 loads incorporated into the polymer matrix, i.e., MCs-PBAT/CuSO4 , yielded the same behavior as that of the NCs-PBAT/Cu|Cu2 O, with an increase in T di and a decrease in T df with respect to the PBAT polymer. T di values of the NCs-PBAT/Cu|Cu2 O and the MCs-PBAT/CuSO4 were greater than that of the NCs-PBAT/Cu, but the T df and degradation percentage values were less than those of the nanocomposites with Cu-NPs loads.

This enhancement of the thermal stability of the PBAT is attributed to the barrier effect of the loads. The loads were also supposed to have a shielding effect on the matrix to slow the rate of mass loss of the decomposition product [50]. The data obtained by our analysis were compared with published results to verify that the indicated behavior is usual for this type of polymer. Sinha Ray et al. [51] found by thermal analysis of PBAT reinforced with nanoclays that the degradation temperatures of the nanocomposites were greater than or at least equal to that of the PBAT. In general, the reinforcements improve the thermal stability of the polymer matrix because they act as a heat barrier, which improves the total thermal stability of the system. However, the studies of Sinha Ray et al. and this investigation showed that the thermal stability of the nanocomposite and PBAT compounds only slightly improved. To explain the relatively low improvement in the thermal stability of some nanocomposites, Sinha Ray et al. assumed that in the early stages of thermal decomposition, the reinforcements displace the decomposition to higher temperatures, but in a second stage, the clay layers accumulate heat and then act as a source of heat. This heat source, along with the heat flow supplied by the external heat source, promotes the acceleration of decomposition. This could explain the behavior of the reinforcements in the NCs-PBAT/Cu|Cu2 O and MCs-PBAT/CuSO4 . Thus, we conclude that the thermal properties of the nanocomposites and the composite material slightly improve but not significantly. On the other hand, the results of DSC (Additional file 1:Figure S7 and Table S1) indicated that the addition of reinforcements to the matrix slightly hindered the kinetics and degree of crystallization of the PBAT. The addition of clays increased the crystallization temperature from 1 to 10 °C and the melting temperature from 1 to 5 °C. These phenomena were probably due to an increase in the viscosity of the polymer with the addition of clays, which reduced the mobility of the macromolecular chains against the growth of crystals.

Comparative Evaluation of the Antimicrobial Activity of NCs-PBAT/Cu, NCs-PBAT/Cu|Cu2 O, and MCs-PBAT/CuSO4

Qualitative Test

After the experimental procedure was performed, we wanted to observe whether bacterial colonies were inhibited by each PBAT sample, i.e., NCs-PBAT/Cu 1, 3, and 5%; NCs-PBAT/Cu|Cu2 O 1, 3, and 5%; and MCs-PBAT/CuSO4 1, 3, and 5%. We decided to use the 3% concentrations because the 1% concentrations did not produce enough bacterial inhibition and the 5% concentration produced behavior similar to that of the 3% concentration, the minimum percentage with activity that avoided toxicity in the polymer.

Quantitative Test

The study was carried out at different contact times using four bacterial strains and the PBAT samples NCs-PBAT/Cu 3%, NCs-PBAT/Cu|Cu2 O 3%, and MCs-PBAT/CuSO4 3%. The times and colony-forming unit counts (CFU/mL) are presented in Table 4, and the bacterial activity and colony count for each Petri dish are shown in Fig. 5. In addition, a graphical analysis is shown in Fig. 6, where images of bacterial growth are also presented. The statistical analysis of the data is summarized in Table 5.

Bacterial activity and colonization count PBAT, NCs-PBAT/Cu-3%, NCs-PBAT/Cu|Cu2 O 3%, and MCs-PBAT/CuSO4 3% for each strain of bacteria. Staphylococcus aureus , Acinetobacter baumanni , Enterococcus faecalis , Streptococcus mutans

Graphical analysis of colony count (CFU/mL) vs time (h) of PBAT, NCs-PBAT/Cu-3% NCs-PBAT/Cu|Cu2 O 3%, and MCs-PBAT/CuSO4 3% for each strain of bacteria. Enterococcus faecalis , Acinetobacter baumanni , Streptococcus mutans , Staphylococcus au reus

The study of A. baumannii found that the colonies grew in all periods (2, 4, 6, and 8 h) in the samples containing Cu-NPs, Cu|Cu2 O-NPs, and PBAT. High bactericidal activity occurred with the sample containing CuSO4 during exposure times of 4, 6, and 8 h, decreasing from 7 × 10 5 to 0 CFU/mL. The sample containing Cu-NPs showed a significant increase in the growth of bacterial colonies from 1 × 10 5 to 6 × 10 6  CFU/mL, with an average of 2 × 10 6  CFU/mL. The bacterial colonies in the sample containing Cu|Cu2 O-NPs grew from 7 × 10 5 in time I to 6 × 10 6 in time IV, with an average growth of 3.19 × 10 6  CFU/mL. Bacterial growth in the PBAT reached an average of 1.75 × 10 6  CFU/mL.

The study of E. faecalis found good bactericidal activity by the samples containing Cu-NPs, Cu|Cu2 O-NPs, and CuSO4 , with average colony growth of 5 × 10 2 , 1 × 10 4 , and 2.2 × 10 3  CFU/mL, respectively, while the PBAT did not show bactericidal activity and the colonies grew at all times. Colony growth in the sample containing Cu-NPs was 2 × 10 3  CFU/mL at 2 h then dropped to zero at 4, 6, and 8 h, whereas the samples containing Cu|Cu2 O-NPs had 0 CFU/mL at times I, II, and III, but 4 × 10 4  CFU/mL at time IV. Samples containing CuSO4 prevented the growth of bacteria in times I and II with growth activity of 0 CFU/mL, but colonies grew to 4 × 10 3 and 5 × 10 3  CFU/mL for times III and IV, respectively. PBAT did not show bactericidal activity against E. faecalis .

The study of S. mutans found no colony growth in the samples containing Cu|Cu2 O-NPs and CuSO4 . The sample containing Cu-NPs showed very good bactericidal activity except at time I, at which colony growth was 4 × 10 3  CFU/mL, making the average growth for the four times 8 × 10 2  CFU/mL. PBAT without reinforcement showed no bactericidal activity against S. mutans . The samples containing Cu-NPs, Cu|Cu2 O-NPs, and CuSO4 in contact with S. aureus showed an excellent bactericidal response. They completely inhibited the growth of colonies, while PBAT did not show any bactericidal activity against S. aureus , which grew an average of 6 × 10 3  CFU/mL.

In general, the antibacterial effectiveness of polymer-and-metal nanocomposites improves with a high surface/volume ratio, which increases the number of ions released from the nanoparticles into the polymer. The mechanism of the corrosion of Cu in aqueous solutions and the resulting Cu species vary with pH. In general, the species Cu2 O and CuO are formed and can be dissolved in Cu ions. Elemental metal particles require the presence of water and oxygen molecules to release a small amount of ions. Therefore, retention of water and oxygen within the polymer is crucial for the release of Cu ions. Some properties of polymer-and-metal nanocomposites such as the crystallinity and polarity of the matrix, which constitute a barrier for the diffusion of water molecules and ions during their propagation, can affect the rate of release. Shankar and Rhim [49] prepared films composed of PBAT and Ag nanoparticles (PBAT/Ag-NPs) that showed strong antibacterial activity against E. koli and Listeria monocytogenes compared with that of PBAT films without Ag-NPs. Similar results were obtained by Venkatesan and Rajeswari [45] when they evaluated the antimicrobial activity of ZnO-NPs incorporated in a PBAT matrix. The PBAT compound, which was used as a control matrix, showed no antimicrobial activity compared to the PBAT/ZnO-NPs nanocomposite films. The results showed that the films had high bactericidal activity against the pathogens tested (E. coli dan S. aureus ), with increased inhibition of bacterial growth as the ZnO load concentration increased from 1 to 10% by weight. This ability of Cu, Zn, and Ag nanoparticles to inhibit bacterial growth is mainly due to the irreparable damage to the membrane of the bacterial cells caused by the interaction between the surface of the bacteria and these oxides and metals [52, 53]. Compared with the works discussed above, our investigation found significant antimicrobial activity against inpatient and oral-resistant strains.

To complement this investigation, we performed water absorption tests using three different media and following point 7.4, “Long-Term Immersion”, in ASTM D570-98. The results of these tests are reported in the supplementary material, Additional file 1:Table S2–S4 and Figure S8, with their respective analysis. Analysis showed that sulfate-based composite materials absorb large amounts of water, even in acidic and basic environments. This phenomenon greatly affects the mechanical properties of these materials; however, resistant bacteria, such as A. baumannii , require an immediate Cu + distribution to control them. This explains the antimicrobial power of CuSO4 within the PBAT matrix.

Kesimpulan

Using XRD and TEM, we determined that the synthesis of nanocomposites and material composites based on PBAT using chemical reduction and a mixture of metal Cu nanoparticles with CuO2 , where Cu had a spherical morphology and Cu2 O had a polyhedral morphology. The structural characterization of the NCs and MCs by FTIR and XRD showed that the Cu-NPs, Cu|Cu2 O-NPs, and CuSO4 reinforcements did not modify the structure of the PBAT. However, they did slightly alter the percentage of its crystallinity, which increased with NPs and decreased with CuSO4 . On the other hand, the mechanical properties of the PBAT for both the NCs and MCs did not vary significantly with the addition of reinforcements, meaning that the PBAT maintained its mechanical properties. From the thermal tests, we concluded that reinforcing the PBAT did not fundamentally improve its thermal properties, it only increased its thermal stability a few degrees Celsius, which is not significant. Antimicrobial analyses showed that the Cu|Cu2 O-NPs within the PBAT generated antibacterial activity against E. faecalis dan S. mutans and excellent bactericidal properties against S. aureus . CuSO4 had a good bactericidal response against A. baumannii , E. faecalis , and S mutans and an exceptional response against S. aureus . The PBAT without loads did not present bactericidal properties when in contact with the bacterial strains. In general, the addition of loads into the PBAT generates bactericidal activity that the polymer does not possess by itself. The addition of CuSO4 yielded the best antimicrobial response against the four strains used in this investigation. In the search for new applications for bionanocomposites, it will be essential to evaluate their antimicrobial response in food containers, medical devices, packaging, and other products; analyze their biocidal effects against other bacteria against which only NPs have antibacterial characteristics; and justify the expense associated with their synthesis.

Singkatan

Cu|Cu2 O-NPs:

Copper/cuprous oxide nanoparticles

Cu-NPs:

Nanopartikel tembaga

CuSO4 :

Copper sulfate

DSC:

Kalorimetri pemindaian diferensial

FTIR:

Spektroskopi inframerah transformasi Fourier

MC:

Composite material

MCs-PBAT/CuSO4 :

Composite materials of poly(butylene adipate-co-terephthalate) with copper sulfate

NC:

Nanocomposites

NCs-PBAT/Cu:

Nanocomposites of poly(butylene adipate-co-terephthalate) with copper nanoparticles

NCs-PBAT/Cu|Cu2 O:

Nanocomposites of poly(butylene adipate-co-terephthalate) with copper/cuprous oxide nanoparticles

PBAT:

Poly(butylene adipate-co-terephthalate)

TEM:

Mikroskop elektron transmisi

TGA:

Analisis termogravimetri

XRD:

difraksi sinar-X


bahan nano

  1. Preparasi dan Sifat Magnetik dari Nanopartikel Spinel FeMn2O4 Kobalt-Doped
  2. Pengaruh Kontak Non-equilibrium Plasma Terhadap Sifat Struktural dan Magnetik Mn Fe3 − X 4 Spinel
  3. Formasi dan Sifat Luminescent Al2O3:SiOC Nanokomposit Berbasis Nanopartikel Alumina Dimodifikasi oleh Phenyltrimethoxysilane
  4. Sifat Paramagnetik Bahan Nano Berasal Fullerene dan Komposit Polimernya:Efek Pemompaan Drastis
  5. Efek Sinergis Grafena dan MWCNT pada Struktur Mikro dan Sifat Mekanik Nanokomposit Cu/Ti3SiC2/C
  6. Magnetic Poly(N-isopropylacrylamide) Nanokomposit:Pengaruh Metode Preparasi pada Sifat Antibakteri
  7. Efek Katalitik Cluster Pd pada Pembakaran Poli(N-vinyl-2-pyrrolidone)
  8. Metodologi Dua Langkah untuk Mempelajari Pengaruh Agregasi/Agglomeration Nanopartikel pada Modulus Young's Polimer Nanokomposit
  9. Ketergantungan Temperatur dan Tekanan Sifat Elastis Kristal Tunggal Tantalum Di Bawah <100> Beban Tarik:Studi Dinamika Molekuler
  10. Studi Perbandingan Sifat Elektrokimia, Biomedis, dan Termal Bahan Nano Alami dan Sintetis