Saponin platycodon dari Platycodi Radix (Platycodon grandiflorum) untuk Sintesis Hijau Nanopartikel Emas dan Perak
Abstrak
Sintesis hijau nanopartikel emas dan perak dijelaskan dalam laporan ini menggunakan saponin platycodon dari Platycodi Radix (Platycodon grandiflorum ) sebagai agen pereduksi. Platycodin D (PD), saponin platycodon triterpenoidal utama, diperkaya oleh transformasi enzimatik dari ekstrak berair Platycodi Radix. Fraksi yang diperkaya PD ini digunakan untuk memproses reaksi reduksi garam emas dan perak untuk mensintesis nanopartikel emas (PD-AuNPs) dan nanopartikel perak (PD-AgNPs), masing-masing. Tidak ada bahan kimia lain yang diperkenalkan selama reaksi reduksi, memberikan metode yang sepenuhnya hijau, ramah lingkungan, dan berkelanjutan. Spektrum UV-tampak menunjukkan pita resonansi plasmon permukaan PD-AuNPs pada 536 nm dan PD-AgNPs pada 427 nm. Nanopartikel berbentuk bola diamati dari mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi dengan diameter rata-rata 14,94 ± 2,14 nm untuk PD-AuNPs dan 18,40 ± 3,20 nm untuk PD-AgNPs. Bentuk segitiga kecil dan poligonal lainnya juga diamati untuk PD-AuNPs bersama dengan yang bulat. Gambar mikroskop gaya atom (AFM) juga menunjukkan bahwa kedua nanopartikel sebagian besar berbentuk bulat. Evolusi yang bergantung pada kelengkungan digunakan untuk meningkatkan gambar AFM dan secara tepat mengukur ukuran partikel nano. Ukuran diukur sebagai 19,14 nm untuk PD-AuNPs dan 29,93 nm untuk PD-AgNPs dari gambar AFM yang disempurnakan. Struktur kubik berpusat pada wajah untuk kedua nanopartikel dikonfirmasi oleh pola difraksi yang kuat dari analisis difraksi sinar-X resolusi tinggi. Spektrum inframerah transformasi Fourier mengungkapkan kontribusi gugus fungsi –OH, C=C, C–O, dan C–H aromatik terhadap sintesis. Selanjutnya, aktivitas katalitik PD-AuNPs dinilai dengan reaksi reduksi 4-nitrofenol menjadi 4-aminofenol dengan adanya natrium borohidrida. Hasil aktivitas katalitik menunjukkan potensi aplikasi nanopartikel emas ini sebagai katalis di masa depan. Strategi hijau yang dilaporkan dalam penelitian ini menggunakan saponin sebagai agen pereduksi akan membuka jalan baru untuk mengembangkan nanomaterial baru dengan aplikasi serbaguna.
Latar Belakang
Dengan meningkatnya masalah keberlanjutan, kimia hijau telah menjadi fokus di banyak bidang penelitian. Penggunaan produk alami dalam sintesis metallic nanoparticles (MNPs) telah menarik minat yang cukup besar karena keberlanjutan metode ini. MNP telah menunjukkan aplikasi serbaguna dalam bahan kimia, biologi, dan kedokteran [1,2,3,4]. MNP umumnya disintesis dengan metode kimia melalui reaksi reduksi ion logam. Reaksi reduksi kimia umumnya memerlukan bahan kimia berbahaya dan beracun, seperti natrium borohidrida, untuk mensintesis MNP. Saat ini, produk alami dapat menggantikan penggunaan bahan kimia berbahaya dan menunjukkan keuntungan sebagai berikut:(i) proses sintetis mengurangi limbah kimia berbahaya; (ii) strategi sintetis hijau melindungi kesehatan kita dan lingkungan global; (iii) strategi memenuhi inisiatif berkelanjutan secara keseluruhan; (iv) aktivitas sinergis dengan menggabungkan kedua bahan (produk alami dan MNP) dapat diantisipasi dengan peningkatan biokompatibilitas, yang sangat bermanfaat untuk sistem in vitro dan in vivo; (v) strateginya hemat biaya dan dapat ditingkatkan; dan akhirnya, (vi) proses sintetik hijau dapat dilakukan dengan reaksi satu pot.
AuNPs telah banyak diterapkan di bidang katalisis, penghantaran obat, penginderaan kimia dan biologi, pencitraan, terapi fototermal, dan terapi fotodinamik [1, 5,6,7,8]. Di antara berbagai aplikasi, aplikasi sebagai katalis dalam reaksi kimia adalah bidang yang berkembang secara bertahap. Untuk mengeksplorasi aplikasi katalitik baru AuNPs, reaksi model yang mereduksi 4-nitrofenol (4-NP) menjadi 4-aminofenol (4-AP) dengan adanya kelebihan natrium borohidrida biasanya digunakan. Salah satu alasan untuk menggunakan reaksi reduksi 4-NP menjadi 4-AP sebagai model reaksi adalah bahwa kemajuan reaksi dapat diikuti secara langsung dengan spektrofotometri UV-tampak. Tanpa pemurnian dan identifikasi produk akhir (yaitu, 4-AP), pengamatan perubahan absorbansi dalam campuran reaksi cukup menunjukkan kemajuan reaksi. AgNPs telah dilaporkan memiliki aktivitas antimikroba yang kuat. Secara khusus, rasio luas permukaan terhadap volume AgNP yang tinggi bermanfaat untuk mengerahkan aktivitas antimikroba bila dibandingkan dengan rekan massal mereka. AgNPs dalam bentuk salep, krim, dan gel telah diaplikasikan dalam pengobatan luka bakar [9].
Beragam produk alami, termasuk asam amino, peptida, jamur, bakteri, ekstrak tumbuhan, alga, polisakarida, dan ragi, telah diadaptasi untuk berfungsi dalam sintesis hijau [10, 11]. Ekstrak tumbuhan telah efektif diterapkan sebagai agen pereduksi hijau untuk sintesis AuNPs dan AgNPs [11, 12]. Di antara beragam ekstrak tumbuhan, obat-obatan tradisional Tiongkok (TCM) dengan aktivitas biologis dan farmakologis sangat menarik dalam sintesis hijau MNP.
Dalam laporan ini, saponin platycodon dari Platycodi Radix (Platycodon grandiflorum , Campanulaceae) digunakan untuk sintesis AuNPs dan AgNPs. Aktivitas farmakologi Platycodi Radix sebagai TCM meliputi aktivitas apothegmatic dan antitusif, imunostimulator, anti inflamasi, anti oksidan, anti tumor, anti diabetes, anti obesitas, hepatoprotektif, analgesik, peningkatan kognitif, antikolinergik, dan aktivitas antihistamin. Konstituen kimia Platycodi Radix telah diketahui mengandung karbohidrat, protein, lipid, dan saponin triterpenoidal [14]. Saponin triterpenoid termasuk dalam kelompok besar senyawa yang tersusun dalam konfigurasi empat atau lima cincin dari 30 karbon dengan beberapa gugus hidroksil dan glikosil, sehingga salah satu ujung molekul bersifat hidrofilik dan ujung lainnya bersifat hidrofobik. Aglikon dari saponin platikodon adalah triterpen tipe oleanane dengan dua rantai samping. Satu unit glukosa dihubungkan ke posisi C-3 dari triterpen melalui ikatan eter, dan beragam gugus glikosil dihubungkan melalui ikatan ester pada posisi C-28. Gugus glikosil terkonjugasi terdiri dari D-glukosa, D-rhamnosa, D-arabinosa, D-xylose, dan D-apiose [16]. Di antara saponin platycodon, platycodin D (PD, Gbr. 1) merupakan salah satu senyawa penanda Platycodi Radix. Meskipun PD adalah salah satu komponen utama saponin triterpenoidal, kandungan saponin total di Platycodi Radix adalah sekitar 2%. Dengan demikian, kami mengembangkan transformasi enzimatik platycoside E dan platycodin D3 menjadi platycodin D dan berhasil memperoleh fraksi yang diperkaya PD dari ekstrak berair Platycodi Radix [16, 17].
Struktur platikodin D
Dalam laporan ini, fraksi yang diperkaya PD digunakan sebagai zat pereduksi hijau untuk sintesis AuNPs dan AgNPs (selanjutnya disebut PD-AuNPs dan PD-AgNPs). Kemajuan reaksi sintesis dan resonansi plasmon permukaan (SPR) masing-masing sampel nanopartikel dilanjutkan dengan spektrofotometri UV-tampak. Ukuran dan morfologi diamati dengan metode mikroskopis, termasuk mikroskop elektron transmisi resolusi tinggi (HR-TEM) dan mikroskop gaya atom (AFM). Pola difraksi sinar-X resolusi tinggi (HR-XRD) diperoleh untuk mengungkapkan struktur kristal. Spektra Fourier transform infrared (FT-IR) diperoleh untuk menjelaskan gugus fungsi yang terlibat dalam sintesis kedua nanopartikel. Aktivitas katalitik PD-AuNPs dinilai dengan reaksi reduksi 4-NP menjadi 4-AP dengan adanya kelebihan natrium borohidrida. Selain itu, untuk secara tepat mengidentifikasi geometri skala nano dari gambar ketinggian AFM, kami mengembangkan skema evolusi yang bergantung pada kelengkungan yang dapat meningkatkan geometri permukaan [18]. Persamaan evolusi permukaan menggunakan arus kelengkungan utama menghaluskan dan meningkatkan gambar AFM dalam arah utama yang sesuai. Lengkungan utama dihitung langsung dari turunan pertama dan kedua dari data ketinggian AFM diskrit. Lu dkk. mempelajari efek aliran kelengkungan pada fitur morfologi dan menunjukkan bahwa, sementara aliran kelengkungan rata-rata dapat membuat fitur morfologi baru yang tidak diinginkan, tidak ada titik fitur yang dibuat di bawah aliran kelengkungan utama [19].
Metode/Eksperimental
Materi dan Instrumen
Fraksi yang diperkaya PD dari ekstrak air Platycodi Radix disiapkan dengan transformasi enzimatik menurut laporan kami sebelumnya [16, 17]. Asam hidrokloroaurat trihidrat (HAuCl4 ·3H2 O), perak nitrat, natrium borohidrida, dan 4-nitrofenol diperoleh dari Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA). SPR nanopartikel dan kemajuan reaksi reduksi 4-NP diikuti oleh Shimadzu UV-2600 (Shimadzu Corporation, Kyoto, Jepang). Instrumen JEM-3010 yang beroperasi pada 300 kV digunakan untuk memperoleh gambar HR-TEM guna menyelidiki ukuran dan morfologi produk (JEOL, Tokyo, Jepang). Untuk mendapatkan gambar HR-TEM, kisi tembaga berlapis karbon (tipe karbon-B, 300 mesh) dibeli dari Ted Pella (Redding, CA, USA). Instrumen Dimension® Icon® yang beroperasi dengan mode tap dilakukan untuk mendapatkan gambar AFM (Bruker Nano, Santa Barbara, CA, USA). Untuk pemuatan sampel, mika (kelas V-1, panjang 25 mm × 25 mm, tebal 0,15 mm) diperoleh dari Divisi Perlengkapan SPI dari Penyelidikan Struktur (West Chester, PA, USA). Probe silikon mode penyadapan resolusi tinggi premium (probe RTESP AFM, MPP-11100-10) dibeli dari Bruker Nano (Santa Barbara, CA, USA). Untuk menjelaskan struktur kristal, digunakan difraktometer sinar-X resolusi tinggi Bruker D8 Discover, yang dilengkapi dengan sumber radiasi Cu Kα (λ = 0.154056 nm) (Bruker, Karlsruhe, Jerman). Pola HR-XRD diperoleh dalam kisaran dari 20° hingga 90° (skala 2θ). Pelet KBr disiapkan untuk mendapatkan spektrum FT-IR dengan spektrometer Nicolet 6700 dalam kisaran bilangan gelombang 400 ~ 4000 cm
−1
(Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, AS). Untuk analisis HR-XRD dan FT-IR, pengering beku FD5505 dioperasikan untuk menyiapkan sampel bubuk (Il Shin Bio, Seoul, Korea).
Sintesis Hijau PD-AuNPs dan PD-AgNPs
Sampel 1 mL PD-AuNPs disintesis dengan konsentrasi akhir fraksi yang diperkaya PD (0,05%) dan HAuCl4 ·3H2 O (0,2 mM). Campuran reaksi diinkubasi pada suhu kamar selama 5 menit. Sampel 1 mL PD-AgNPs disintesis dengan konsentrasi akhir fraksi yang diperkaya PD (0,01%) dan AgNO3 (0,8 mM). Campuran reaksi diinkubasi dalam oven 80 °C selama 3 jam dan selanjutnya diinkubasi pada suhu kamar selama 21 jam. Spektrum UV-tampak diperoleh pada rentang 300 hingga 700 nm.
Evolusi Bergantung Kurva untuk Gambar AFM yang Disempurnakan untuk Mengukur Ukuran Secara Tepat
Persamaan aliran kelengkungan berikut digunakan bersama dengan data ketinggian AFM eksperimental untuk mengukur ukuran secara tepat dan menghitung jumlah nanopartikel secara efektif.
\( {\Phi}_{,t}\left(x,y,t\right)=\beta \sqrt{1+{\Phi}_{,x}^2+{\Phi}_{,y }^2=\beta \left|\nabla \Phi \right|} \), di mana permukaan S = {(x , y , z ) : z = Φ(x , y , z )}.
Jika β dipilih untuk bergantung pada kelengkungan utama, proses evolusi ini disebut “aliran kelengkungan .” Ketika β dipilih sebagai salah satu kelengkungan utama, aliran yang sesuai disebut κi mengalir (i = 1,2). Aliran kelengkungan utama membuat gambar halus dalam arah utama yang sesuai.
Aktivitas Katalitik PD-AuNPs
Untuk aktivitas katalitik, PD-AuNPs disintesis sebagai berikut:fraksi yang diperkaya PD (0,1%, 500 μL) dicampur dengan air deionisasi (480 μL) diikuti dengan penambahan HAuCl4 ·3H2 O (10 mM, 20 μL). Campuran reaksi divorteks selama 10 detik dan diinkubasi pada suhu kamar selama 24 jam dalam gelap. Aktivitas katalitik PD-AuNPs dinilai menggunakan reaksi reduksi 4-NP menjadi 4-AP dengan adanya kelebihan natrium borohidrida dalam sistem berair. Larutan 4-NP (900 L, 0,5 mM) dicampur dengan air deionisasi (650 L). Untuk larutan ini, natrium borohidrida yang baru disiapkan (1,65 mL, 10 mM) ditambahkan. Selanjutnya, PD-AuNPs (800 L) yang baru disintesis ditambahkan. Konsentrasi akhir dari campuran reaksi adalah sebagai berikut untuk aktivitas katalitik:4-NP (0,113 mM, 1 setara), natrium borohidrida (4,13 mM, 36,5 setara), dan PD-AuNPs (0,04 mM, 0,354 setara) . Kemajuan reaksi dipantau selama 720 d dengan spektrofotometri UV-tampak dalam kisaran 200 hingga 700 nm pada suhu sekitar.
Hasil dan Diskusi
Sintesis Hijau PD-AuNPs dan PD-AgNPs
Pertama, untuk sintesis AuNPs dan AgNPs, penyelesaian reaksi mudah ditentukan oleh perubahan warna larutan yang terlihat. Warna PD-AuNPs adalah anggur-ungu dengan SPR pada 536 nm (Gbr. 2a). SPR PD-AgNPs, yang menampilkan warna kuning, diamati pada 427 nm (Gbr. 2b). Foto-foto digital pada Gambar. 2 menunjukkan solusi PD-AuNPs (kiri, a) dan PD-AgNPs (kanan, b), yang disintesis menurut prosedur yang dijelaskan di bagian sebelumnya. Perubahan warna ini sesuai dengan frekuensi osilasi elektron konduksi dalam nanopartikel dengan frekuensi radiasi insiden. Dengan demikian, spektrum UV-tampak memberikan informasi yang cukup untuk menentukan penyelesaian reaksi AuNPs dan AgNPs dengan pita SPR karakteristiknya. Dari spektrum UV-tampak yang ditunjukkan pada Gambar. 2, fraksi yang diperkaya PD berperan sebagai zat pereduksi untuk menghasilkan kedua nanopartikel.
Spektrum UV-Visible. a PD-AuNP dan b PD-AgNPs
Gambar HR-TEM
Visualisasi nanopartikel merupakan langkah penting untuk mengidentifikasi informasi penting, termasuk ukuran, morfologi, dan keadaan dispersi. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3, PD-AuNPs berbentuk bulat dengan diameter rata-rata 14,94 ± 2,14 nm. Bentuk segitiga kecil dan poligonal lainnya juga diamati untuk PD-AuNPs bersama dengan yang bulat. Diameter rata-rata bentuk bola diukur dari 103 nanopartikel diskrit dari gambar HR-TEM. Histogram Gaussian untuk distribusi ukuran diamati sebagai Gambar. 3d. Ukuran PD-AuNPs yang paling sering diamati berada di kisaran 14 ~ 15 nm. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3a, PD-AuNP tersebar dengan baik tanpa agregasi apa pun yang menunjukkan bahwa fraksi yang diperkaya PD juga bertindak sebagai zat penutup (atau zat penstabil). PD-AgNPs berbentuk bola juga diamati pada Gambar 4. Mirip dengan keadaan dispersi PD-AuNPs, keadaan dispersi PD-AgNP sangat baik dan menunjukkan diameter rata-rata 18,40 ± 3,20 nm (Gbr. 4d). Seratus nanopartikel diskrit dari gambar HR-TEM dipilih secara acak untuk mendapatkan diameter rata-rata. Ukuran PD-AgNP yang paling sering diamati berada di kisaran 17 ~ 18 nm.
a –c Gambar HR-TEM dan d histogram ukuran PD-AuNPs. Bilah skala mewakili a 100 nm, b 10 nm, dan c 5 nm
a–c Gambar HR-TEM dan d histogram ukuran PD-AgNPs. Bilah skala mewakili a 100 nm, b 20 nm, dan c 5 nm
Gambar AFM
Gambar AFM dikuatkan dengan baik dengan gambar HR-TEM yang dijelaskan di bagian sebelumnya. Morfologi sferis dari PD-AuNPs diamati pada Gambar 5. Pada gambar 2D tinggi (Gbr. 5a) dan tinggi 3D (Gbr. 5d), nanopartikel yang lebih terang memiliki ketinggian yang lebih tinggi. Selain informasi topografi, gambar fase biasanya mendeteksi struktur permukaan, membedakan daerah kelembutan/kekerasan, dan memetakan berbagai komponen dalam bahan. Seperti yang ditunjukkan pada gambar fase 2D (Gbr. 5b), PD-AuNPs berbentuk bola divisualisasikan dengan baik. Selain itu, gambar kesalahan amplitudo 3D (Gbr. 5c) mengungkapkan morfologi bola. Analisis bagian dilakukan, dan hasilnya ditampilkan pada Gambar. 5e. Garis A–B pada Gambar 5a dianalisis, dan ketinggian dua PD-AuNP diukur sebagai 10,44 dan 10,47 nm.
Gambar AFM dan analisis bagian PD-AuNPs. a Tinggi 2D (1 μm × 1 μm). b Fase 2D (2,5 μm × 2,5 μm). c Kesalahan amplitudo 3D (1 μm × 1 μm). d Tinggi 3D (1 μm × 1 μm). e Analisis bagian garis A–B di a
PD-AgNPs berbentuk bola divisualisasikan dengan jelas dalam gambar ketinggian 2D (Gbr. 6a). Dari gambar fase 2D (Gbr. 6b) dan fase 3D (Gbr. 6c), kami mengamati informasi mendetail mengenai dua komponen yang berbeda (PD-AgNP dan zat pereduksi). Bahan berwarna cerah dan berbentuk bola (yaitu, PD-AgNPs) mempertahankan kekerasan yang relatif lebih banyak daripada komponen berwarna lebih gelap. Komponen berwarna lebih gelap berasal dari zat pereduksi (yaitu, fraksi yang diperkaya PD). Morfologi bulat dari PD-AgNPs juga dikonfirmasi dari gambar kesalahan amplitudo 3D (Gbr. 6d). Analisis bagian juga dilakukan dan ditunjukkan pada Gambar. 6e. Garis A–B pada Gambar. 6a dianalisis, dan tinggi kedua PD-AgNP diukur sebagai 7,46 dan 10,35 nm.
Gambar AFM dan analisis bagian PD-AgNPs. a Tinggi 2D (1 μm × 1 μm). b Fase 2D (1 μm × 1 μm). c Fase 3D (1 μm × 1 μm). d Kesalahan amplitudo 3D (1 μm × 1 μm). e Analisis bagian garis A-B di a
Evolusi Bergantung Kurva untuk Gambar AFM yang Disempurnakan untuk Mengukur Ukuran Secara Tepat
Gambar 5 dan 6 masing-masing menampilkan data mentah AFM 2D dan 3D dari PD-AuNPs dan PD-AgNPs. Dari gambar ketinggian saat ini pada Gambar. 5a dan 6a, sulit mengidentifikasi batas nanopartikel secara tepat tanpa informasi fase pada Gambar 5b dan Gambar 6b. Gambar 3D membantu mengidentifikasi morfologi nanopartikel tetapi tidak memberikan ukuran nanopartikel yang tepat. Jadi, evolusi yang bergantung pada kelengkungan dengan κ2 aliran digunakan untuk mengidentifikasi garis lembah antara nanopartikel dan substrat. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 7, menggunakan ukuran langkah t = 10
−7
, 500 langkah evolusi dilakukan untuk data tinggi 2D PD-AuNPs (Gbr. 5a) dan PD-AgNPs (Gbr. 6a). κ2 aliran tepat mengidentifikasi garis lembah utama yang mewakili batas-batas PD-AuNPs (Gbr. 7a) dan PD-AgNPs (Gbr. 7b). Garis biru dan merah masing-masing mewakili garis lembah dan punggungan yang diperoleh. Dari gambar yang disempurnakan ini, 30 nanopartikel diskrit dipilih dari setiap gambar untuk pengukuran ukuran. Ukuran diukur sebagai 19,14 nm untuk PD-AuNPs dan 29,93 nm untuk PD-AgNPs dari gambar AFM 2D yang disempurnakan. Ukuran dari gambar AFM lebih besar daripada yang diukur dalam gambar HR-TEM (14,94 nm untuk PD-AuNPs; 18,40 nm untuk PD-AgNPs). Fenomena cold-welding AuNPs pada substrat mika AFM dapat menjelaskan perbedaan ukuran antara pengukuran ukuran HR-TEM dan AFM [20].
Gambar ketinggian 2-D AFM yang disempurnakan dengan evolusi yang bergantung pada kelengkungan. a PD-AuNPs. b PD-AgNPs
Analisis HR-XRD
Analisis HR-XRD diperlukan untuk mengidentifikasi struktur kristal dari nanopartikel. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 8, analisis HR-XRD menunjukkan refleksi Bragg dari PD-AuNPs dan PD-AgNPs, yang menunjukkan bahwa kedua jenis nanopartikel memiliki struktur kubik berpusat pada wajah. Bidang (111) dan (200) muncul pada 38,2° dan 44,4°, masing-masing di PD-AuNPs (Gbr. 8a). Untuk PD-AgNPs, puncak difraksi yang kuat pada 38,2°, 44,4°, 65,2°, dan 78,0° berhubungan dengan bidang (111), (200), (220), dan (311) dari struktur kristal (Gbr. 1A). 8b). Kotoran ditandai dengan tanda bintang. Bidang (111) adalah yang paling intens dalam pola HR-XRD dari kedua nanopartikel, menunjukkan bahwa orientasi utama kristal berada di sepanjang bidang (111). Selanjutnya, estimasi ukuran kasar kedua nanopartikel dilakukan dengan menggunakan persamaan Scherrer. Karena puncak (111) adalah yang paling kuat, kami memperkirakan ukurannya berdasarkan puncak ini. Definisi setiap istilah dalam persamaan Scherrer. (D = 0.89 × λ/A × cosθ) adalah sebagai berikut:D adalah ukuran partikel, adalah sudut difraksi Bragg dari puncak (111), adalah panjang gelombang sinar-X, dan adalah lebar penuh pada setengah maksimum (FWHM) dari puncak (111) dalam radian. Estimasi ukuran kasar dari persamaan menghasilkan 11,05 nm untuk PD-AuNPs dan 12,54 nm untuk PD-AgNPs.
analisis HR-XRD. a PD-AuNPs. b PD-AgNPs
Spektrum FT-IR
Spektrum FT-IR memberikan informasi penting tentang kelompok fungsional mana dari agen pereduksi yang terlibat dalam sintesis AuNPs dan AgNPs. PD terdiri dari triterpen aglikon dan gula untuk membentuk glikosida (Gbr. 1). Tiga spektrum FT-IR ditunjukkan pada Gambar. 9:fraksi yang diperkaya PD (Gbr. 9a), PD-AuNPs (Gbr. 9b), dan PD-AgNPs (Gbr. 9c). Pita lebar yang sesuai dengan gugus –OH dari fraksi yang diperkaya PD muncul pada 3421 cm
−1
(Gbr. 9a). Karena ikatan hidrogen dari gugus –OH, pita lebar diamati. Pita ini bergeser ke 3426 cm
−1
untuk PD-AuNPs (Gbr. 9b) dan 3407 cm
−1
untuk PD-AgNPs (Gbr. 9c), menunjukkan bahwa gugus hidroksil terlibat dalam sintesis. Pita pada 1654 cm
−1
dan 1457 cm
−1
muncul karena getaran ikatan C=C aromatik pada fraksi yang diperkaya PD (Gbr. 9a). Setelah sintesis, pita pada 1654 cm
−1
digeser ke bilangan gelombang yang lebih rendah, mis., 1633 cm
−1
untuk PD-AuNPs (Gbr. 9b) dan 1621 cm
−1
untuk PD-AgNPs (Gbr. 9c). Getaran C–O dan C–H muncul pada 1035 cm
−1
(Gbr. 9a), dan pita ini bergeser ke bilangan gelombang yang lebih tinggi, mis., 1043 cm
−1
untuk PD-AuNPs (Gbr. 9b) dan 1058 cm
−1
untuk PD-AgNPs (Gbr. 9c). Dari hasil FT-IR, gugus fungsi –OH, C=C, C–O, dan C–H aromatik dalam fraksi yang diperkaya PD berkontribusi pada sintesis.
spektrum FT-IR. a Fraksi yang diperkaya PD. b PD-AuNPs. c PD-AgNPs
Aktivitas Katalitik PD-AuNPs
AuNPs sintesis hijau telah berhasil diterapkan sebagai katalis untuk reaksi reduksi 4-NP [21,22,23,24,25]. Aktivitas katalitik PD-AuNPs dinilai menggunakan reaksi reduksi 4-NP menjadi 4-AP dengan adanya natrium borohidrida. Salah satu alasan utama untuk menggunakan reaksi reduksi 4-NP untuk menilai aktivitas katalitik AuNPs adalah bahwa sangat dapat diterima untuk memantau reaksi dengan spektrofotometri UV-tampak, baik secara kualitatif maupun kuantitatif. Konsentrasi akhir dari campuran reaksi adalah sebagai berikut untuk aktivitas katalitik:4-NP (0,113 mM, 1 setara), natrium borohidrida (4,13 mM, 36,5 setara), dan PD-AuNPs (0,04 mM, 0,354 setara) . Dengan adanya kelebihan natrium borohidrida (36,5 setara dengan substrat 4-NP), 4-NP menunjukkan absorbansi maksimum pada 400 nm karena pembentukan anion 4-nitrofenolat (data tidak ditampilkan). Warna larutan anion 4-nitrofenolat adalah kuning, dan reaksi reduksi tidak berlangsung tanpa penambahan katalis. Absorbansi pada 400 nm tidak berubah sampai PD-AuNPs ditambahkan sebagai katalis. Segera setelah PD-AuNPs ditambahkan, absorbansi pada 400 nm mulai berkurang. Menariknya, puncak baru pada 300 nm muncul secara bersamaan, yang menunjukkan produk akhir, 4-AP (Gbr. 10a). Reaksi selesai dalam 720 detik dengan adanya kelebihan natrium borohidrida. Kami menggunakan kelebihan natrium borohidrida selama reaksi untuk memastikan kinetika orde satu semu. Dari plot waktu (detik) dan ln(Ct/C0 ) (Ct :konsentrasi 4-NP pada 400 nm pada waktu t , C0 :konsentrasi 4-NP pada 400 nm pada waktu 0 ), hubungan linier diamati dengan konstanta laju 3,4 × 10
−3
/s (Gbr. 10b). Kita bisa mengganti Ct dan C0 dengan At dan A0 , masing-masing, di mana At adalah absorbansi pada 400 nm pada waktu t , dan A0 adalah absorbansi pada 400 nm pada waktu 0 . Berdasarkan hasil, PD-AuNPs secara efektif mengkatalisis reaksi reduksi 4-NP untuk menghasilkan 4-AP dengan adanya kelebihan natrium borohidrida.
Reaksi reduksi 4-NP oleh natrium borohidrida dengan adanya katalis PD-AuNP. a Spektrum UV-tampak dan b plot ln(Ct /C0 ) sebagai fungsi waktu (min)
Di laboratorium kami, berbagai konsentrasi asam caffeic digunakan untuk sintesis AuNPs, dan aktivitas katalitiknya dievaluasi menggunakan reaksi reduksi 4-nitrofenol [26]. Asam caffeic merupakan salah satu metabolit sekunder dan senyawa fenolik yang terdapat pada tumbuhan. Hasilnya menunjukkan bahwa konsentrasi terendah asam caffeic menunjukkan aktivitas katalitik tertinggi. Selain itu, penghilangan asam caffeic dari larutan koloid asli dengan sentrifugasi meningkatkan aktivitas katalitik hingga 6,41 kali lipat. Dalam sistem saat ini, konstanta laju PD-AuNPs diamati menjadi 3,4 × 10
−3
/S. Kemungkinan penghilangan PD setelah sintesis PD-AuNPs dengan sentrifugasi dapat meningkatkan aktivitas katalitik. Ini akan menjadi salah satu pekerjaan kami di masa depan. Baik asam caffeic dan PD adalah metabolit sekunder dari tanaman dan AuNP yang dihasilkan menunjukkan aktivitas katalitik yang sangat baik. Oleh karena itu, metabolit sekunder tanaman yang beragam dapat menjadi kandidat yang efisien untuk agen pereduksi hijau untuk menghasilkan nanokatalis AuNP.
Kesimpulan
PD adalah saponin platycodon utama di Platycodi Radix dan diketahui memiliki aktivitas biologis yang bermanfaat. Dalam laporan saat ini, fraksi yang diperkaya PD digunakan sebagai zat pereduksi hijau untuk sintesis PD-AuNPs dan PD-AgNPs. Gambar HR-TEM dan AFM memberikan informasi tentang ukuran dan morfologi. Kedua nanopartikel sebagian besar berbentuk bola dengan struktur kubik berpusat pada wajah. Evolusi yang bergantung pada kelengkungan digunakan untuk menghaluskan dan meningkatkan gambar AFM, memungkinkan pengukuran ukuran yang tepat. Gugus fungsi –OH, aromatik C=C, C–O, dan C–H berfungsi sebagai agen pereduksi untuk menghasilkan nanopartikel. Selain itu, PD-AuNPs menunjukkan aktivitas katalitik terhadap reaksi reduksi 4-NP, menunjukkan bahwa PD-AuNPs dapat diterapkan sebagai katalis di masa depan. Metabolit tanaman memiliki aktivitas biologis yang berharga, bersama dengan aktivitas intrinsik NMP, sering menunjukkan sifat sinergis. Dengan demikian, salah satu pekerjaan kami di masa depan mencakup evaluasi aktivitas biologis kedua nanopartikel dengan studi in vitro dan in vivo. Kesimpulannya, penggunaan dan perluasan metabolit tanaman seperti saponin dalam memproduksi nanomaterial baru akan terus meningkat.
