Sintesis Biogenik, Karakterisasi dan Evaluasi Potensi Antibakteri Nanopartikel Tembaga Oksida Terhadap Escherichia coli

Hasil dan Diskusi

Spektroskopi UV-Vis dari NP CuO yang didoping dan ekstrak air ZO dan AS dilakukan untuk menyelidiki perilaku optik seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2a, b. Untuk pembentukan NP CuO selanjutnya, perubahan warna bertahap dari anggur ke hitam pekat diperhatikan sementara optimalisasi NP yang disintesis melalui ekstrak akustik berkubah dilakukan. Ekstrak berair puncak penyerapan ZO dan AS pada 275 dan 280 nm diamati. Hasil yang digambarkan λ _maks untuk CuO yang didoping ZO dan AS pada 250 nm yang menggambarkan rasio 6 mL:1 dengan karakteristik pergeseran merah dan pergeseran biru [35]. Puncak lebar ditentukan cluster partikel dan transisi elektron ke pita konduksi dari fase valensi dengan ekstrak terkonsentrasi di CuO seperti diungkapkan oleh pita penyerapan yang kuat [36]. Pada NP CuO sintesis hijau, pengurangan penyerapan terlihat dengan meningkatkan atau mengurangi volume ekstrak selain nilai yang dioptimalkan (6 mL:1).

Spektrum serapan NP CuO yang didoping dengan a ZO b Ekstrak AS dan spektrum PL CuO NP dengan c ZO dan d Ekstrak AS, masing-masing

Selain itu, luar biasa untuk mengamati bahwa struktur semikonduktor mengkonfirmasi fitur fisiknya ke efek ukuran kuantum nanometrik yang ada. Spektrum PL dari NP CuO yang didoping ZO dan AS dengan panjang gelombang UV menarik 300 nm disajikan pada Gambar. 2c, d. Tiga puncak emisi pada 418, 561 dan 664 nm direpresentasikan pada setiap grafik PL murni dan terdoping dari CuO (wilayah UV) [37]. Pita cahaya ungu-biru yang ditemukan pada 418 nm adalah puncak emisi CuO standar di tepi pita dekat [38, 39]. Pada 430 nm, tepi bahu dapat disebabkan oleh kekosongan CuO, yang merupakan semikonduktor tipe-p. Tepi hijau kekuningan bertanggung jawab atas cacat kedalaman di bawah suhu rendah pada 561 nm. Puncak emisi merah pada 664 nm bertanggung jawab atas kondisi tembaga yang berbeda atau adanya kekosongan oksigen terionisasi individu [40, 41]. Keberadaan beragam emisi yang terlihat dalam spektrum ungu-biru, kuning-hijau dan merah menunjukkan bahwa partikel CuO yang dipelajari memiliki rasio volume-permukaan yang tinggi dan banyak kondisi dan cacat permukaan-ke-volume (kekosongan atau interstisial) yang menghasilkan rentang jebakan hingga emisi [40, 42].

XRD dilakukan untuk menilai struktur kristal, komposisi dan skala NP CuO seperti yang disajikan pada Gambar. 3a, masing-masing didoping dengan ZO dan AS. Peningkatan kristalinitas ditunjukkan oleh puncak yang terdeteksi pada 2θ = 38.7°, 48.6°, 53.5°, 58.3°, 61.7° dan 66,2° dengan bidang kristal yang sesuai (111), (−202), (020), (202), (−113) dan (022), masing-masing. Puncak yang terdeteksi memastikan adanya fase monoklinik CuO seperti yang disinkronkan dengan kartu JCPDS no:00–002–1040 [43]. Ukuran kristal karakteristik diukur menggunakan D = 0,9λ /β karenaθ ditemukan menjadi 24,7 dan 47,6 nm untuk CuO yang didoping ZO dan AS, masing-masing, dan ukuran kristal sampel murni adalah 27,4 nm. Beberapa produk alami telah diidentifikasi sebagai capping dan reduktor untuk ukuran kristal rata-rata dalam ekstrak AS dan ZO [44].

Pola XRD NP CuO tanpa dan dengan doping a SEBAGAI b ZO

Gugus fungsi NP CuO yang didoping ekstrak AS dan ZO diperiksa dengan FTIR seperti yang diilustrasikan pada Gambar 4a, b. Puncak lebar pada 3314 cm ⁻¹ mendukung keberadaan gugus hidroksil dan lebar puncak mewakili C=O langsung dengan (N-H) amina [45]. Puncak intens pada 1638 cm ⁻¹ sesuai dengan CH₂ –OCH₃ kelompok yang ada di 6-snogal dan 6-gingerol ZO sebagai pengurangan substansial dari CuO. Ikatan tunggal khas Cu–O terlihat pada 478,8 cm ⁻¹ dalam mode memutar adalah karena mode getaran yang kuat [46]. Semua puncak menunjukkan bahwa alkohol, amina dan kelompok keton menghasilkan khelasi dan capping dari flavonoid, zat kimia tanaman dan protein [47].

Spektrum FTIR a SEBAGAI b NP CuO yang didoping ZO

FE-SEM digunakan untuk mempelajari karakteristik permukaan dan skala NP CuO yang didoping dengan ekstrak ZO dan AS seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5a–d′. Gambar FE-SEM menunjukkan bahwa NP CuO sangat diaglomerasi dalam morfologi bola. Interferensi magnetik dan kesesuaian polimer antar partikel dapat menunjukkan aglomerasi antar partikel [48]. Doping ZO dan AS dengan CuO terbukti dengan gambar yang menunjukkan pembentukan cluster dan ukuran partikel tampak < 1 μm seperti yang diilustrasikan pada Gambar 5b–d′.

Gambar NP CuO diambil dengan FESEM a CuO, b –d CuO yang didoping ZO dan b′ –d′ NP CuO yang didoping AS, masing-masing

Spektroskopi sinar-X dispersif energi (EDS) mengilustrasikan komposisi kimia dengan penyelidikan unsur sampel murni dan NP CuO yang didoping dengan ekstrak akar ZO dan AS dengan fase CuO lazim seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6a–d′. Tiga puncak yang sesuai dengan kemurnian tinggi Cu yang dikonfirmasi oleh EDS dari sampel yang diuji dibandingkan dengan oksigen prekursor antara 1 dan 10 keV. Resonansi plasmon permukaan (SPR) CuO NP menghasilkan puncak penyerapan [49]. 83,7%, 15,2% dan 0,6% diamati untuk berat atom melalui spektrum untuk Cu, O dan Ca, masing-masing, untuk sampel kontrol sedangkan 82,8%, 14,8% dan 2,4% untuk sampel yang didoping ZO dan dioptimalkan (6 mL:1) diamati melalui spektrum untuk Cu, O dan Zn, masing-masing. Demikian pula, 65,3, 29,6 dan 4,6 untuk Cu, O dan S dengan doping AS ditemukan, masing-masing. Senyawa atom tambahan yang muncul di EDS menanggapi pemegang sampel SEM yang digunakan selama analisis [50].

Spektrum EDS dari CuO NP a CuO murni b –d CuO yang didoping ZO dan b′ –d′ NP CuO yang didoping AS, masing-masing

Struktur eksklusif dan karakteristik NP CuO dinilai lebih lanjut menggunakan HR-TEM pada 50 nm seperti yang ditampilkan pada Gambar 7a-l. Gambar HR-TEM mengungkapkan nanopartikel hias yang mirip dengan gambar FE-SEM, bersama dengan aglomerasi yang lebih tinggi sementara ukuran berukuran kurang dari 50 nm. Kehadiran fitokimia di ZO- dan AS-doped CuO NPs juga dikonfirmasi dengan gambar HR-TEM [51]. Tidak ada ketidaksempurnaan maupun deformitas yang diamati dalam struktur kisi integral dari NP CuO yang didoping ZO dan AS [52]. Mikrograf yang difilter disajikan oleh hasil HR-TEM bersama dengan transformasi Fourier cepat [FFT] area tertentu yang digambarkan oleh kotak kuning pada Gambar. 7b, d, f, h, j, l yang menghadirkan karakteristik struktural dan atomik resolusi tinggi. Dimensi partikulat rata-rata HR-TEM secara tepat dicocokkan dengan ukuran kristal yang diamati selama analisis XRD dan SEM [53].

a , b HR-TEM, a –f pinggiran kisi 3 mL, 6 mL, dan 12 mL CuO yang didoping ZO g –l pinggiran kisi masing-masing 3 mL, 6 mL, dan 12 mL NP CuO yang didoping AS

Analisis XPS dari CuO yang didoping dengan Gi dan Ga CAE yang menggambarkan C 1s dan Cu2p spektrum ditunjukkan pada Gambar. 8a, b. C1s kisaran menunjukkan adanya empat puncak yang berbeda Gambar. 8a dengan gugus fungsi yang berbeda seperti C(H,C) (284,39 eV), C(N) (285,6 eV), C(O,=N) (287,0 eV) dan C–O –C (288,75 eV) [54,55,56]. Terutama, Gambar 8b menggambarkan Cu 2p pola CuO yang didoping dengan puncak pada energi ikat 933.3 dan 953,3 eV sesuai dengan Cu 2p _3/2 dan Cu2p _1/2 spin orbit menunjukkan keadaan oksidasi divalen dari sampel yang disiapkan. Puncak yang relevan pada 942.2 dan 962 eV berhubungan dengan puncak satelit Cu 2p _3/2 dan Cu2p _1/2 yang tampaknya terutama karena 3d . yang terisi sebagian ⁹ orbital dalam keadaan oksidasi divalen [57].

a , b Analisis XPS dari NP CuO yang didoping a C1 b Cu2p

Metode difusi sumur diterapkan untuk evaluasi potensi bakterisida ekstrak air ZO dan AS dan mensintesis NP CuO dengan mengukur area penghambatan setelah menginkubasi cawan petri selama 24 jam seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9a-d, File tambahan 1:Gambar S1 dan ditabulasikan pada Tabel 1. Temuan mengungkapkan bahwa konsentrasi NP dan zona penghambat merespons secara sinergis. Zona penghambatan signifikan yang ditemukan untuk sampel 1 (3 mL:1), sampel 2 (6 mL:1) dan sampel 3 (12 mL:1) adalah (1,05–1,85 mm) dan (1,85–2,30 mm) menggunakan penurunan (↓) dan peningkatan konsentrasi (↑), masing-masing, untuk nanopartikel CuO yang didoping ZO (p < 0,05), Gbr. 9a. Demikian pula, NP AS-doped dipamerkan (0,65-1,00 mm) zona penghambatan pada konsentrasi maksimum saja, Gambar. 9b. NP yang didoping-AS menunjukkan kemanjuran nol terhadap E patogenik. koli pada konsentrasi minimum. Ekstrak ZO menunjukkan efek pada penurunan konsentrasi (↓) dibandingkan dengan peningkatan konsentrasi (↑) yang menunjukkan zona 1,55 mm, demikian pula, tidak ada efek antibakteri ekstrak AS yang ditemukan pada konsentrasi penurunan (↓) dan peningkatan (↑). Kontrol positif yang diberi ciprofloxacin menunjukkan zona 4,25 mm sedangkan kontrol negatif yang diberi DIW menunjukkan 0 mm. Usia kemanjuran bakterisida meningkat dari 24,7 menjadi 43,5% dan 43,5–54,1% untuk NP yang didoping ZO pada konsentrasi minimum dan maksimum, masing-masing (Gbr. 9c). Demikian pula, kemanjuran 15,3-23,5% menghasilkan konsentrasi maksimum hanya untuk NP yang didoping-AS (Gbr. 9d). Singkatnya, CuO yang didoping dengan ekstrak ZO dan dioptimalkan pada 6 mL:1 menunjukkan potensi bakterisida yang lebih tinggi terhadap E patogen. koli asal mastitis sapi (p < 0.05) seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 9a, b.

a –d Aktivitas antibakteri in vitro dari CuO NPs a didoping dengan ZO pada dosis dan , b didoping dengan AS pada dosis dan , masing-masing, c kemanjuran %age yang didoping dengan ZO dan d kemanjuran %usia yang didoping dengan AS

Potensi bakterisida nanopartikel tergantung pada ukuran NP, struktur morfologi dan rasio permukaan-ke-massa. Spesies oksigen reaktif (ROS) dianggap bertanggung jawab atas pembentukan zona penghambatan oleh nanopartikel CuO [58, 59]. Denaturasi protein sel dihasilkan melalui generasi spesies oksigen reaktif (ROS) yang merugikan [60]. Beberapa spesies reaktif menunjukkan peran penting dalam fotokatalisis seperti radikal hidroksil dan superoksida dan hole [61]. Sintesis spesies oksigen reaktif (ROS) dan pelepasan ion logam adalah fitur utama yang memanifestasikan perubahan struktural enzim dan protein yang mengakibatkan kerusakan DNA yang tidak dapat diperbaiki dan kematian bakteri berikutnya [62]. Demikian pula, stres oksidatif yang dihasilkan oleh spesies oksigen reaktif (ROS) dianggap sebagai kontributor utama fotokatalisis [63]. Produksi ROS berbanding terbalik dengan ukuran nanopartikel, yaitu semakin kecil ukuran NP, semakin tinggi produksi ROS yang akibatnya merusak membran bakteri yang mengakibatkan ekstrusi isi sitoplasma dan degradasi DNA yang mengarah pada ledakan bakteri seperti yang digambarkan pada Gambar 10. Pada saat yang sama, Cu yang bermuatan positif berinteraksi secara elektrostatik dengan membran bakteri yang bermuatan negatif yang mengakibatkan disintegrasi sel dan akhirnya penghancuran bakteri [58, 64, 65]. Dua tanggapan telah diusulkan sebagai potensi mekanisme bakterisida struktur nano. Salah satunya melibatkan hubungan yang lebih baik antara kation Cu ²⁺ dan sel bakteri, yang mengarah pada pembentukan bagian negatif dan akhirnya runtuh. Yang lainnya melibatkan eksitasi elektronik dari permukaan pita kelambu CuO melalui eksitasi. Selanjutnya, listrik O₂ reaksi menghasilkan O ²⁻ radikal, yang mengarah pada pembentukan H₂ O₂ . O ²⁻ . yang dihasilkan spesies sangat penting untuk pemecahan molekul lipid atau protein pada membran sel luar bakteri [58, 66].

Ilustrasi aksi bakterisida CuO NPs