دوپه Sn نانوساختار ZnO آنتی بیوتیک باکتری S.Aureus

دوپه Sn نانوساختار ZnO آنتی بیوتیک باکتری S.Aureus – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه پزشکی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

ارتقای القای دوپه شدگی Sn در فعالیت نانو ساختارهای ZnO در برابر مقاومت آنتی بیوتیک باکتری S. aureus

چکیده

نانو ساختارهای اکسید فلزی کاملا یونی به عنوان مواد قابل توجه به شمار می آیند و این ویژگی نه تنها به واسطه خواص فیزیکی شیمیایی آنها بلکه به واسطه فعالیت ضد میکروبی آنها نیز می باشد. نانو ساختارهای اکسید روی (ZnO) دارای فعالیت بازدارندگی در برابر بسیاری از پاتوژن ها یا عوامل بیماری زا می باشند، اما اطلاعات بسیار اندکی در خصوص تاثیرات دوپه شدگی بر روی آنها وجود دارد. فعالیت ضد باکتریایی ZnO دوپه نشده و نانو ساختارهای ZnO دوپه شده قلع (Sn) سنتز شده به وسیله یک فناوری ساده، متنوع و شیمیایی تر در برابر Escherichia coli، متیسیلین- مقاوم Staphylococcus aureus، و سویه های باکتری Pseudomonas aeruginosa مورد سنتز قرار گرفتند. به طور قابل توجهی مشاهده شد که دوپه سازی Sn به طور موثرتری سبب ارتقی فعالیت باز دارندگی ZnO در برابر S. aureus در مقایسه با دو سویه باکتری دیگر می شود. از مطالعات مرتبط با سمیت سلولی و گونه های اکسیژن فعال (ROS) این موضوع مشخص شده است که غلظت دوپه سازی Sn در ZnO سبب تغییر چندانی در تولید سمیت سلولی و ROS نخواهد شد. به علاوه مشاهده شده است که نانو ساختارهای ZnO دوپه نشده و دوپه شده با SN از طریق سلول های SH-SY5Y به صورت زیست ایمن و مواد زیست سازگار می باشند. رفتار مشاهده شده نانو ساختارهای ZnO با دوپه شدگی Sn به عنوان یک روش جدید جهت ممانعت از آلودگی های باکتریایی S. aureus، مخصوصاً بر روی پوست، به هنگام کاربرد این نانو ساختارها در کرم ها یا لوسیون ها به حساب آمده و علاوه بر این از نقطه نظر ویژگی محافظت در برابر نور خورشید نیز نوعی خاصیت فیلتر فرا بنفش از خود نشان می دهند. بررسی های ساختاری تشکیل یک فاز واحد ساختار شش گوشه ای روی سولفید  ZnO را تایید نموده است. ریخت شناسی نانو ساختارهای ZnO به نظر دارای ویژگی های متفاوتی از حالت کروی تا حالت میله ای شکل به عنوان تابعی از دوپه سازی Sn می باشند. پیک جذب بر انگیختگی ZnO بنظر دارای جابجایی بسوی آبی است، و دوپه شدگی Sn منجر به تغییر معنی داری در کاف نوار خواهد شد.

کلمات کلیدی: نانو ساختارها، Sn دوپه شده ZnO، S. aureus، فعالیت ضد باکتریایی.

دوپه Sn نانوساختار ZnO آنتی بیوتیک باکتری S.Aureus

مقدمه

اکسید روی (ZnO) به عنوان یک نیمه رسانا با انرژی پیوند با بر انگیختگی زیاد (۶۰ meV) همراه با گاف نوار انرژی پهن مستقیم (۳٫۳۷ eV)، ثبات مناسب شیمیایی و حرارتی، رسانایی الکتریکی نوع p، و هم چنین فراوانی در طبیعت، غیر سمی و سازگار با محیط زیست می باشد. این خواص بی شمار چنین ماده ای را برای بسیاری از کاربردها نظیر ابزاره های الکترونیکی و آپتو الکترونیک، ابزار های الکترو شیمیایی، سلول های خورشیدی و کاتالیز نوری / فتو کاتالیز مناسب ساخته است. در سطح نانو مقیاس، ZnO معرف خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی می باشد که علت آن را می توان در نسبت منظری  بالای اتم های آن (همانند نسبت سطح به حجم) دانست. نانو ساختارهای ZnO دارای کاربرد های وسیعی نظیر سلول های خورشیدی حساس به رنگ، ترانزیستور های اثر میدانی، دارو رسانی هدفمند، عامل های ضد سرطان و فعالیت ضد میکروبی می باشند. این موضوع گزارش شده است که فرآیند دوپه  سازی نانو ساختارهای ZnO با عناصر دیگر قابلیت ارتقای خواص مختلف آن را خواهد داشت. به طور شایع، اجزای مختلف به عنوان یک دوپانت  یا ناخالص ساز در ZnO را می توان به دو گروه دسته بندی نمود: یک گروه قابلیت جایگزینی برای روی (Zn) را داشته و گروه دوم  را  می توان برای اکسیژن (O) جایگزین نمود. این دوپانت های مختلف قابلیت حصول و تطبیق خواص مختلف نانو ساختارهای ZnO را خواهند داشت. قلع (Sn) به عنوان یک کاتیون  دوپانت  نیز قابلیت جایگزینی برای Zn را داشته و می توان ویژگی های مختلف ZnO را بر مبنای آن حاصل آورد.

دوپه Sn نانوساختار ZnO آنتی بیوتیک باکتری S.Aureus

مواد و روش ها

سنتز نانو ساختارهای ZnO دوپه شده با Sn

برای سنتز نانو ساختارهای ZnO دوپه نشده و ZnO دوپه شده با SN، کلراید روی (ZnCl₂)، SnCl₄-5H₂O، و سدیم هیدروکسید (NaOH) (Sigma-Aldrich، St Louis، MO، USA) به کار گرفته شده اند. کلیه مواد شیمیایی دارای رتبه تحلیلی بوده و بدون خالص سازی متعاقب به کار گرفته شدند. سنتز نیز با استفاده از یک تکنیک هم رسوبی ساده با استفاده از آب مقطر به عنوان حلال انجام شد. برای سنتز نانو ساختارهای ZnO دوپه نشده، یک محلول ۱/۰ میلی ZnCl₂ در آب مقطر به مدت ۲۰ دقیقه برای انحلال کامل به هم زده شد. متعاقباً، یک محلول ۱ M NaOH در آب مقطر به محلول فوق به صورت قطره به قطره اضافه شده و مقدار pH نیز به صورت تقریبی ۸ تنظیم شد. پس از تنظیم مقدار pH، این محلول به مدت ۱ ساعت مخلوط شد. رسوبات حاصله از طریق فرآیند سانتریفوژ  از این محلول جدا شد. برای دوپه سازی Sn، رویه یکسانی اتخاذ گردید، البته به استثنی اضافه نمودن SnCl₄-5H₂O در نسبت های مولار مختلف به ZnCl₂ برای دوپه سازی Sn 2%، ۴% و ۶%. کلیه نمونه ها برای ۵ ساعت در دمای ۸۰ درجه سلسیوس در یک اجاق خشک شده و متعاقباً با استفاده از یک آسیاب به پودر تبدیل شدند. سپس نمونه ها در یک کوره محفظه دار برای ۲ ساعت در دمای ۶۰۰ درجه سلسیوس تحت فرآیند آنیلینگ یا ترمیم حرارتی قرار گرفتند. نمونه های سنتز شده از نقطه نظر بلورینگی، مورفولوژی  یا ریخت شناسی، باند گپ نوری و جذب نور به ترتیب با استفاده از پراش اشعه ایکس (XRD) میکروسکوپ الکترون پیمایشی (SEM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری یا انتقالی (TEM)، طیف بینی آشکار –UV و طیف بینی مادون قرمز تبدیل فوریه  (FTIR) مورد بررسی قرار گرفتند.

دوپه Sn نانوساختار ZnO آنتی بیوتیک باکتری S.Aureus

آماده سازی جهت حصول یک راه حل اصلی

مقدار پیش آماده شده نانوساختارهای ZnO دوپه نشده و دوپه شده با Sn با آب استریل  بصورت مجزا با کمک یک دستگاه هم زن مغناطیسی ترکیب شد. پس از انحلال کامل نانوساختارها، محلول های مرتبط در یک دستگاه اولتراسونیکیتور قرار داده شده تا نانوساختار ها بصورت از هم جدا درآیند. پس از گذشت ۳۰ دقیه از انجام این فرآیند، نانوساختارهای پراکنده شده ZnO دوپه نشده و دوپه شده با Sn مهیا گردیده که دارای غلظت  mg/mL 2 بوده اند.

تعیین فعالیت ضد باکتریایی نانو ساختارها

فعالیت نانو ساختارهای سنتز شده در برابر E.  coli، Pseudomonas  aeruginosa و  S.  aureus  مورد بررسی قرار گرفتند. کلیه سویه ها به صورت هوازی در ۳۷ درجه سلسیوس تحت شرایط نور طبیعی لابراتوار رشد داده شدند.

برای ارزیابی ضد میکروبی، میکرو ارگانیزم  های فوق الذکر در یک رسانه آبی ( رسانه محیط آبی مغذی در حضور یک تعلیق کلوئیدی  نانو ساختارهای  ZnO دوپه نشده و دوپه شده SN رشد داده شدند. ظروف آزمایشگاهی بدون تعلیق کلوئیدی  نانو ساختارها تحت شرایط مشابهی به عنوان گروه  شاهد رشد داده شدند. رشد این کلونی  های میکروبی با استفاده از برآورد چگالی نوری در بازه های ۲ ساعته تحت طیف نور سنج آشکار –UV در طول موج ۶۰۰ nm کنترل گردید.

دوپه Sn نانوساختار ZnO آنتی بیوتیک باکتری S.Aureus

کشت سلولی فرآوری با نانو ساختارهای ZnO

خط سلولی انسانی SH-SY5Y از شرکت آمریکایی Type Culture Collection (Manassas، VA، USA) خریداری شد. سلول ها در یک رسانه Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium (DMEM) (Sigma-Aldrich) نگهداری شده و متعاقباً ۱۰% سرم جنینی گاوی (FBS) به آن اضافه شده و در دمای ۳۷ درجه سلسیوس در یک محیط مرطوب با ۵% CO₂ به علاوه ۹۵% هوا رشد داده شد. سلول ها در ظروف ۹۶ خانه ای بذر دار شده و به مدت ۴۸ ساعت رشد نمودند. تعلیق های نانو ساختارهای ZnO دوپه شده با غلظت های Sn مختلف نیز برای سلول ها به کار گرفته شد. سلول های بدون نانو ساختارهای ZnO دوپه شده SN به عنوان شاهد در این آزمایشات به کار گرفته شدند. یک میکروسکوپ فلورسانس  (Hitachi، Tokyo، Japan) برای ارزیابی زیست پذیری سلول به کار گرفته شد و سیتومتری جریان برای تشخیص گونه های اکسیژن واکنشی (ROS) استفاده گردید.

دوپه Sn نانوساختار ZnO آنتی بیوتیک باکتری S.Aureus

نتایج و مباحث

جهت بررسی تاثیر دوپه سازی Sn بر روی خواص ساختاری نانو ساختارهای ZnO، آنالیز XRD نانو ساختارهای ZnO دوپه نشده و دوپه شده SN با اندازه مرحله ای ۰٫۲° (۲ q) و ۲q در محدوده ی ۲۰^°-۷۰^° همراه با تابش CuK_α با طول موج ۱٫۵۴Å انجام شد. شکل ۱ نشان دهنده الگو های XRD برای نانو ساختارهای ZnO دوپه نشده و دوپه شده SN می باشد. پهنای پیک  ها در الگو های XRD نشان دهنده طبیعت نانو بلوری کلیه نمونه های مهیا شده می باشد. کلیه پیک ها به سطوح (۱۰۰)، (۰۰۲)، (۱۰۱)، (۱۰۲)، (۱۱۰)، (۱۰۳)، (۲۰۰)، (۱۱۲) و (۲۰۱) ایندکس شده اند که منطبق با ساختار شش گوش روی سولفید ZnO می باشد. چنین موردی در توافق با مبحث ارائه شده و الگوی استاندارد ZnO می باشد. عدم وجود پیک های اضافه مرتبط با Sn یا دیگر ناخالصی ها در الگوهای XRD با دوپه شدگی Sn موکد خلوص فاز کلیه نمونه های سنتز شده می باشد. در اینجا شاهد نوعی تغییر به سمت زاویه بالاتر و کاهش به مقدار نیم ماکسیمم پهنای کامل با دوپه شدگی  Sn همانگونه که در شکل ۲ نشان داده شده است می باشیم، که خود موکد تعامل موفق  Sn در شبکه ZnO و کاهش سویه می باشد. اندازه های الگو از پهن سازی پیک اصلی (۱۰۱) با استفاده از فرمول Scherrer برای نمونه های ZnO دوپه نشده و دوپه شده SN محاسبه شده است. بر این اساس، اندازه های میانگین ذرات عبارتند از:  ۱۷nm، ۲۴nm، ۳۲nm و ۳۶nm برای ZnO دوپه نشده، ۲%، ۴% و ۶% برای ZnO دوپه شده SN. افزایش در اندازه ذره به عنوان یک تابع دوپه سازی Sn را می توان در ارتباط با این حقیقت دانست که شعاع یونی Sn⁴⁺ ممکن است بزرگ تر از Zn²⁺ (0.74Å) باشد، که به معنای آن خواهد بود که عدد مختصات Sn⁴⁺ در بلور بزرگ تر از ۴ می باشد (۰٫۶۹Å برای مختصات – ۴،  ۰٫۸۳Å برای مختصات – ۶ و ۰٫۹۵ و برای مختصات – ۸ ). افزایش در اندازه ذره با دوپه سازی Sn در شبکه ZnO به طور آشکار نشان دهنده ارتقاء در حالت بلورینگی نمونه های سنتز شده می باشد.

دوپه Sn نانوساختار ZnO آنتی بیوتیک باکتری S.Aureus

نتیجه گیری

در این تحقیق، ZnO دوپه نشده و ZnO دوپه شده با SN به طور موفقیت آمیزی با استفاده از یک فناوری هم رسوبی ساده و کم هزینه سنتز شدند. جزئیات این بررسی نشان دهنده آن است که کلیه نمونه های سنتز شده به عنوان نانو ساختارهای بلوری با ساختار شش گوشه ای روی سولفید به شمار می آیند. تغییر در پیک پراش  اصلی (۱۰۱)، سبب افزایش اندازه ذره، اصلاح در مورفولوژی، و تغییر پیک جذب برانگیختگی می شود، بعلاوه، این مورد با افزایش در غلظت SN در ZnO به طور موفقیت آمیزی معرف جایگزینی توام با موفقیت دوپانت SN در ماتریس میزبان می باشد. بررسی ضد باکتریایی و فعالیت ضد میکروبی آزمایشگاهی نانو ساختارهای ZnO دوپه نشده و دوپه شده با SN با استفاده از برآورد چگالی نوری و روش دیسکی به ترتیب انجام شدند. از مطالعات آزمایشگاهی این موضوع مشخص گردید که دوپه سازی Sn، به طور موثرتری در مقایسه با مقاومت آن در برابر دو سویه دیگر باکتریایی، سبب ارتقای فعالیت باز دارندگی ZnO در برابر S. aureus می شود. بر این اساس، این گونه نتیجه گیری می شود که میزان دوپانت Sn ، اندازه ذره و مورفولوژی آن نقش مهمی را در خصوص تاثیر بر روی فعالیت نانو ساختارهای ZnO در برابر کلیه سویه های باکتری تست شده بازی  می کند. از مطالعات سمیت سلولی و تولید ROS می توان این گونه نتیجه گیری نمود که دوپه سازی Sn در ZnO سبب بروز تغییر زیادی در سمیت سلولی و تولید ROS نخواهد شد. نانو ساختارهای ZnO دوپه نشده و دوپه شده با SN به صورت زیست ایمن و زیست سازگار با سلول های SH-SY5Y می باشند.