绿色合成、表征和Antimicrobiological的影响HelbaNanoparticle-PMMA银纳米复合材料

文摘

纳米复合材料作为多相材料的特征,其中一个阶段有一个尺寸在纳米级。有巨大热情的商业化纳米复合材料各种各样的用途包括医药、电子,和基本的。一般本研究动机是对银纳米粒子的发展,由于目前的热情围绕这些金属由于其特殊的性质不太一样的有关散装材料。一部小说,简单,成本效益,无毒,环保技术开发合成银纳米颗粒- (AgNP)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纳米复合材料使用生长foenum-graecum(Helba)水提物。紫外可见光谱分析进行评估AgNPs的配方。AgNPs的粒度分布是由动态光散射(DLS)。的平均大小绿色AgNPs约83海里。球形绿色纳米颗粒的图像特征是使用透射电子显微镜(TEM)。绿色合成添加了AgNPs慢慢聚合物(PMMA)的解决方案。AgNPs封装在聚合物链通过x射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)。修改AgNP / PMMA纳米复合材料的热稳定性确认使用热重分析(TGA)。绿色AgNP / PMMA纳米复合材料显示,热稳定性提高。绿色AgNP / PMMA纳米复合材料薄膜证明抗菌在水中微生物测试。 Thus, the key findings of the work include the use of a safe and simple nanocomposite, which had marked antibacterial activity and potential application in water filtration.

1。介绍

纳米材料是研究最多的材料的世纪,生下了一个新的科学分支被称为“纳米技术。“纳米材料准备批量大小材料,但这些粒子的小尺寸和形状区分它们的化学行为与父母的材料(1]。纳米材料的小尺寸帮助他们进入特定细胞的位置,及其附加表面积有助于增加吸附和有针对性的物质(2]。纳米材料存在于火山尘、矿物复合材料和人为废料如煤燃烧,柴油废气,焊接烟雾(附带纳米材料)3]。工程纳米材料与纳米制造尺寸一般分为四种类型:碳、金属、金属氧化物、聚合物、复合材料(4]。

银纳米粒子(AgNPs)具有独特的光学、电气和热性能,并纳入产品,从光伏到生物和化学传感器。一些例子包括导电油墨、糊剂和填充剂,它利用AgNPs高导电性、稳定性和较低的烧结温度。额外的应用程序包括分子诊断和光子设备,利用小说这些纳米材料的光学性质。日益常见的应用程序是使用AgNPs抗菌涂料;纺织产品,现在键盘、伤口敷料和生物医学设备包含AgNPs不断释放银离子的低水平提供保护,以防止细菌(5]。

聚合物是宿主材料对金属纳米粒子6]。聚合物作为表面一流的专家当纳米粒子植入。显示升级获得的纳米复合材料光学性质(7]。然而,聚合物复合材料的性能取决于纳米粒子结合的类型和他们的大小、形状、浓度,与聚合物基质和交互。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一种高分子玻璃与范围广泛的应用程序。使用PMMA提供两方面的优势,如可用性羧酸盐官能团的化学成键金属离子和高溶解度的PMMA在DMF溶剂减少硝酸银(8]。

由于各自不同的聚合物纳米复合材料的性质等前所未有的性能,改善了性能与组成部分相比,设计的灵活性,和较低的生命周期成本,他们已经引起了相当大的关注。有机/无机纳米复合材料利用纳米粒子结合在聚合物生产新材料潜在的应用在催化,生物工程,光学,电子,和抗菌活性9- - - - - -11]。AgNPs已被证明与聚合物形成复合材料,如聚乙烯醇、聚吡咯、聚偏二氟乙烯,壳聚糖和纤维素。silver-polymer纳米复合材料,重要的是要保持一个可控的纳米颗粒的大小的矩阵以及聚合物基质中均匀分布相同。silver-polymer的合成纳米复合材料包括纳米颗粒的混合溶液聚合混合物。这些silver-polymer纳米复合材料具有广泛的应用,如在生物医药、纺织、水处理、食品存储容器,家用电器,医疗设备(12,13]。

有各种方式的合成纳米材料包括化学、物理和生物。一些化学和物理方法的使用造成了环境污染,因为涉及到的化学过程可以产生大量的有害副产品。因此,需要开发新的“绿色”为纳米粒子合成过程环保,安全,无毒程序在进行低能量和温度。纳米材料的生物合成方法包括提取的植物,细菌和真菌的物种,在其他程序(14,15]。

在这项研究中,稳定AgNPs被还原硝酸银的合成生长foenum-graecum水提物。AgNPs是透射电子显微镜(TEM)、紫外可见光谱和zetasizer。AgNP / PMMA纳米复合材料是通过红外光谱和x射线衍射特征,及其使用TGA热稳定性评估。此外,PMMA纳米复合材料的抗菌效果评价在自来水。这项研究的主要目的是利用AgNPs PMMA纳米复合材料作为生物过滤器的自来水。

2。材料和方法

2.1。绿色合成AgNPs

生长foenum-graecum(Helba,3 g)种子从当地市场购买在利雅得(沙特阿拉伯)的城市。种子被洗了几次删除外围的种子上的灰尘,然后被干,浸泡在90毫升蒸馏水煮过夜。提取是通过Whatmann没有。1滤纸,合并后的滤液立即被用于制备纳米粒子。结果水滤液处理与硝酸银水溶液(AgNO₃)。

硝酸银(1更易/ mL,分析品位,科技Pharmchem,印度)在50毫升蒸馏水溶解在80°C的搅拌5分钟。然后,5毫升Helba提取物添加到硝酸银溶液中。胶体溶液的颜色变化在一个小时内,证实了银离子的还原,绿色AgNPs的形成。颜色的变化的反应是指出视觉观察。然后,绿色纳米粒子在室温下的解决方案是孵化直到使用。

2.2。制备绿色AgNP / PMMA纳米复合材料薄膜

甲基丙烯酸(6克,沙特基础工业公司公司、沙特阿拉伯)溶解在50毫升的N, N-dimethylformamide (DMF, R&M营销,埃塞克斯,英国)和连续搅拌3小时在80 C。之后,3毫升的绿色AgNPs刚做好的解决方案(前一节)添加恒定搅拌在80°C和8000 rpm。这种混合物进一步激起了1 h完成反应。以前整个流程进行了在一个通风橱。一个浅棕色的解决方案获得了由于银胶体的形成。在这一点上,解决方案是在玻璃板和DMF被允许在室温下创建一个纳米复合材料薄膜蒸发。这部电影是通风橱下风干。这部电影是用甲醇洗净去除残余DMF,促进干燥,干燥后被从玻璃板。

2.3。绿色纳米粒子和纳米复合材料的表征

x射线衍射(XRD)(力量D8发现)进行扫描识别绿色AgNP / PMMA纳米复合材料PMMA的电影。TGA分析绿色AgNP / PMMA纳米复合材料PMMA电影进行了热力系统(梅特勒-托利多TGA / DSC 1)。4毫克干膜是用于TGA实验。TGA热分析图中获得范围0 - 800°C下氮流10°C的速度最小¹。他们的不同的图形绘制与体重(百分比)和热流温度。

合成绿色AgNPs的大小进行了分析通过zetasizer(纳米系列,HT激光,ZEN3600 Molvern仪器、英国)。透射电子显微镜(JEOL jem - 1011年,日本)是用来描述的大小、形状和形态形成的绿色合成纳米粒子的加速电压100 kV。

2.4。水的微生物检测

2.4.1。平皿计数法

微生物的增长对自来水使用平皿计数法进行评估。板计数方法依赖于细菌生长营养培养基上的菌落,菌落的数量变得肉眼可见,殖民地在盘子里可以清点。要有效,原样品的稀释必须安排,这样平均目标细菌的菌落30至300人。确保一个适当的将生成的菌落数,几个稀释通常讲究的。这种方法被广泛用于水处理的有效性的评价代表失活的微生物污染物等大肠杆菌后(16,17]。

与绿色纳米复合材料薄膜,把自来水 绿膜浸泡在50毫升自来水在一个锥形烧瓶和保持48 h。

三种不同类型的媒体,伊红美蓝(E.M.B)琼脂、营养琼脂(厦门市)等革兰氏阴性细菌大肠杆菌,Muller-Hinton (M.H)琼脂,被用来获得许多孤立的微生物。水样本评估是正常的自来水控制(西北)和自来水(TW)治疗。

准备营养琼脂媒体250克、7 g琼脂媒体在250毫升蒸馏水溶解,热压处理过的。准备250 g MacConkey琼脂,琼脂培养基的12.87 g是溶解在250毫升蒸馏水,然后热压处理过的。Muller-Hinton琼脂媒体,9.5 g的媒体在250毫升蒸馏水溶解,然后高压蒸汽。之后,1毫升处理和未经处理的自来水(TW或西北)添加到指定的培养皿。此后,媒体被彻底混合,热压处理过的,在37°C颠倒孵化24 - 48小时。

3所示。结果与讨论

3.1。目测法和紫外可见光谱分析

贵金属显示特殊的光学性质,因为表面等离子体共振(SPR) [18]。AgNPs第一次检查的发展变化的颜色从无色到布朗和紫外可见光谱。颜色的变化显示AgNPs的形成,因为减少银金属颗粒Ag)⁺纳米颗粒Ag)⁰(19]。这个颜色是指SPR的激发。如图1观察的特点SPR乐队AgNPs在339纳米左右。

3.2。TEM和粒度分析

TEM图像提出了单分散AgNPs球形,如图2(一个)。粒子的平均尺寸是由动态光散射(DLS)和被发现83.01 nm透露,规模分布曲线表明,单分散AgNPs(图2 (b))。这些结果同意通过TEM和确认结果。这些结果与Goyal协议等人谁教,大小测定的研究使用DLS显示合成银纳米粒子使用生长foenum-graecum种子提取大小之间的95和110海里(20.]。

3.3。x射线衍射分析

纯PMMA和AgNPs聚合物的结构矩阵研究了使用XRD分析。因此,x射线衍射模式的纯PMMA聚合物和绿色AgNPs /聚合物纳米复合材料得到如图3(一个)和3 (b)。

从图3(一个),显然,纯PMMA薄膜具有晶体结构。因此,我们可以说它有非晶态结构。观察图3 (b),绿色AgNP / PMMA纳米复合材料表现出确认银在聚合物基质的存在。它表明所有的山峰,金属纯银的球形结构。折射是由许多山峰 35 - 70°,第一和第二高峰被分配到晶格飞机(1 1 1)和(2 0 0),分别为(21- - - - - -23]。此外,聚合物/ AgNP复合模式表现出两阶段(晶体和无定形)结构。聚合物/ AgNP综合表现出广泛的反映和典型的非晶态聚合物的性质,如预期的那样,和典型模式的面心立方(FCC) Ag)晶体结构表示的形成金属Ag) (24]。

XRD的PMMA显示模式三大高峰出现,这与混合物的有序和无序结构的聚合物的无定形的阶段(25]。无定形的光环是由单个聚合物链的间距。比较衍射模式的PMMA和绿色AgNP / PMMA纳米复合材料显示,相对应的峰值PMMA变得更广泛,似乎消失了,因为小AgNPs嵌入式PMMA链(26]。

3.4。红外光谱分析

验证合成复合材料包含PMMA,我们确定了红外光谱光谱纯PMMA和AgNP / PMMA复合,分别。结果如图4(一)和4(b),可以看到在图4(一)乐队1550至1800厘米¹在纯PMMA是由于丙烯酸羧基组或C = O振动,这些都是典型的PMMA。高峰在3000 - 3007厘米¹被分配到碳氢键的伸缩振动。绿色AgNP / PMMA纳米复合材料,峰值的出现被分配到C = O振动在1550 - 1800厘米¹(图4(b))。的光谱图4(一个),可以看出,乐队在1203厘米¹起源于C-O-C组。然而,而图4(一)纯PMMA,图的峰值位置4(b)为绿色AgNP / PMMA转移,因为PMMA板和AgNPs强相互作用。AgNP / PMMA纳米复合材料(图4(b)),峰值在550 - 650厘米¹来自Ag-C伸缩振动,这进一步证明了存在和Ag)和长链烷基的PMMA之间的反应。此外,改变C = O酯羰基,C = C, CH₃和碳碳AgNP / PMMA纳米复合材料薄膜也看到的,这表明PMMA薄膜结构的修改由AgNPs [23,27- - - - - -29日]。

3.5。热重量分析

TGA估计进行了Ag / PMMA纳米复合材料与纯PMMA。解决重量的样品加热速度100°C /分钟从室温到800°C,在溶剂的沸点与聚合物的降解温度。图4演示了两个看重量和潜在的特定阶段减肥是算在PMMA和Ag / PMMA 20%和5%,分别从室温到300°C。

减重到这个温度被认为低亚原子体重的寡聚物,失去水分,剩下的溶剂。第二个减肥了纯PMMA(图的退化5(一)超过360°C,这完全解体在400°C,而Ag / PMMA纳米复合材料解体超过800°C(图5(b))。第二个重要的减肥是归因于聚合物的基本恶化。重量减少Ag / PMMA纳米颗粒和纯PMMA如图5(一)和5(b)。Ag / PMMA纳米复合材料的热重调查表明分解配置文件开始在400°C程序,直到超过800°C。这证明了高聚合物的热稳定性增强的Ag作为nanofiller [30.]。

3.6。微生物生长的结果

在这工作,自来水进行了微生物检测和处理过的水纳米复合材料薄膜运用不同类型的媒体。结果表明,板与水处理微生物的纳米复合材料薄膜没有增长与板与普通自来水(图6)。这是因为这部电影在处理过的水的绿色AgNPs特别是氮、磷等自然物质,细菌代谢的反应的基础。

环保纳米复合材料显示出非凡的微生物活动取决于纳米粒子大小这个参数改变了表面接触细菌物种。绿色AgNPs纳米复合材料的存在澄清抗菌财产中合成纳米复合材料薄膜。

绿色纳米复合材料表现出抗菌活性取决于纳米粒子大小这个参数改变了表面接触细菌物种。绿色AgNPs纳米复合材料的存在解释了制备纳米复合材料中发现的抗菌性。

白痴et al。31日)宣布,小尺寸的纳米粒子穿过细胞膜,导致电池故障。它可以推断合成绿色AgNP / PMM纳米复合材料对微生物有效,考虑到纳米粒子均匀分散在聚合物基质。一般来说,系统的抑制Ag)粒子对微生物的影响还不完全清楚。一些调查详细Ag)上的正电荷粒子至关重要的抗菌活性之间通过静电吸引负电荷的微生物的细胞膜和带正电的纳米颗粒。AgNPs的抗菌机制并不明确。有几种理论在许多文献提出了。这些理论之一是AgNPs可引起细胞内物质的损失和泄漏附着在细胞膜上。第二个理论提到细胞死亡的原因是被AgNPs自由基的形成,因为他们有能力生成膜的孔。第三理论认为完整性和膜的渗透性的损害是由纳米颗粒的释放银离子,这些离子可以与功能蛋白质分子反应和DNA;因此,他们干扰DNA代谢和复制导致细胞死亡(32]。

强大的抗菌活性与细菌已经揭示了纳米复合材料薄膜在几项研究已经报道(33)另外,AgNP纳米复合抗菌效果与不同的理论在许多研究已报告;最有可能的情况似乎是,银离子结合细菌细胞膜,破坏干扰膜受体和细菌的电子传递。另一种可能性是,造成的影响是由于接触细菌杀死(34,35]。因此,这种轻松的方法生产环保AgNP /聚合物纳米复合膜在许多工业应用是有价值的。技术许可利用无毒、廉价、环保、生物材料(26]。

4所示。结论

介绍了工作证明快速绿色合成AgNPs利用生长foenum-graecum种子与PMMA聚合物及其复合材料。这里的技术是无毒的,生态友好,简单,涉及最少的努力和没有致命化学物质。形成绿色AgNPs决心通过TEM和紫外可见光谱,可以看到表面等离子体吸收最大值在339 nm的紫外可见范围。Zetasizer证明了由此产生的纳米颗粒的平均尺寸是83.01海里。纳米复合材料的特点是利用红外光谱和x射线衍射技术。TGA被用来探索热稳定性和界面AgNPs和聚合物矩阵之间的联系。TGA证明AgNP / PMMA纳米复合材料具有较高的热稳定性比PMMA聚合物。纳米复合材料薄膜显示出显著的抗菌活性的细菌表现出没有增长的微生物处理过的水。这保证一个有前途的潜在利用纳米复合材料在水净化,渠道,和水储备,除了水和废水处理。

数据可用性

我们所有的数据用于支持本研究的结果中包括这篇文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢国王阿卜杜拉的财务和后勤支持纳米技术研究所科研院长以来,沙特国王大学,利雅得,沙特阿拉伯。

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