Un nuovo metodo per il nucleo ZnO@NiO

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 5441 (2023) Citare questo articolo

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Data la loro natura versatile e l’ampia gamma di possibili applicazioni, le nanoparticelle (NP) nucleo-guscio hanno ricevuto notevole attenzione. Questo articolo propone un nuovo metodo per sintetizzare nanoparticelle core-shell ZnO@NiO utilizzando una tecnica ibrida. La caratterizzazione dimostra la riuscita formazione di nanoparticelle core-shell ZnO@NiO, che hanno una dimensione media dei cristalli di 13,059 nm. I risultati indicano che le NP preparate hanno un’eccellente attività antibatterica sia contro i batteri Gram-negativi che contro quelli Gram-positivi. Questo comportamento è causato principalmente dall'accumulo di NP ZnO@NiO sulla superficie dei batteri, che si traduce in batteri citotossici e in un aumento relativamente elevato di ZnO, con conseguente morte cellulare. Inoltre, l’uso di un materiale nucleo-guscio ZnO@NiO impedirà ai batteri di nutrirsi nel mezzo di coltura, tra molti altri motivi. Infine, il PLAL è un metodo facilmente scalabile, economico ed ecologico per la sintesi di NP e le NP core-shell preparate potrebbero essere utilizzate in altre applicazioni biologiche come la somministrazione di farmaci, il trattamento del cancro e un'ulteriore funzionalizzazione biomedica.

Le nanoparticelle sono attualmente considerate uno strumento potente e l'area più efficace per gli studi di ricerca grazie alle loro proprietà uniche che dipendono dalle loro dimensioni. Il prefisso "Nano" sta per dieci potenze fino a meno nove potenze, ovvero su scala nanometrica1. Le particelle con un diametro inferiore a 100 nm sono chiamate nanoparticelle. Le nanoparticelle metalliche (NP) presentano vantaggi significativi in ​​una varietà di campi, tra cui la medicina, il biosensing, le scienze biomediche, i cosmetici, il cibo e l'elettronica2,3.

Scienziati e ricercatori nutrono grande interesse per l'ibridazione di vari elementi su scala nanometrica a causa delle loro caratteristiche fisico-chimiche uniche, come quelle elettriche, ottiche, catalitiche e termiche4. Queste proprietà uniche e nuove risultano dalla combinazione delle caratteristiche di vari materiali e dell'effetto di riduzione delle dimensioni delle particelle da macro a nanostruttura, che porta ad un aumento del rapporto superficie-volume, seguito da un cambiamento completo delle proprietà fisico-chimiche5,6 ,7.

Negli ultimi anni è stato sviluppato un nuovo tipo di NP ibride chiamate "NP core-shell", costituite da due o più tipi di singoli nanomateriali8. I ricercatori hanno scoperto che la maggior parte delle caratteristiche fisiche delle NP dipendono dalle loro superfici nanostrutturate a causa delle caratteristiche delle NP che aiutano ad aumentare il numero di legami pendenti che influenzano le loro proprietà fisico-chimiche. Queste qualità potrebbero essere ulteriormente migliorate utilizzando un materiale di rivestimento per creare il guscio esterno di questa forma nanostrutturata attraverso la passivazione chimica come successivo processo di riduzione del nucleo. Questo processo è noto come formazione "nucleo-guscio". Inoltre, lo strato esterno potrebbe migliorare le proprietà fisico-chimiche del materiale del nucleo, come la sua attività catalitica e le proprietà non lineari9, portando a nuove proprietà uniche che potrebbero accelerare lo sviluppo in diversi campi applicativi10,11.

L'interesse della ricerca sull'ossido di zinco (ZnO) è aumentato, in particolare nella nanotecnologia, per sintetizzare ZnO su nanoscala a causa delle sue proprietà e applicazioni12,13,14,15. È fondamentale nella creazione di possibili farmaci antimicrobici nonché in campi scientifici e tecnologici come l'ottica non lineare, i dispositivi elettrici, la catalisi e le applicazioni medicinali per la loro ampia area superficiale e elevata cristallinità16,17. Le NP ZnO sono state impiegate come agenti antibatterici grazie alla loro efficacia contro ceppi resistenti ai patogeni, alla bassa tossicità e alla resistenza al calore18,19,20. Le prestazioni del sistema fotocatalitico del semiconduttore a ossido di metallo vengono migliorate utilizzando metalli di transizione come Fe, Co, Ni e Mn. Poiché il nichel ha lo stesso stato di valenza e raggio ionico degli altri metalli di transizione, può essere aggiunto ad essi (come core@shell) per aumentare la loro attività fotocatalitica e antibatterica. Inoltre, mostra eccellenti attività fotocatalitiche e antibatteriche se utilizzato come nucleo con diversi ossidi metallici21,22,23,24. In questo lavoro, abbiamo scelto NiO come guscio per ZnO perché NiO ha le stesse caratteristiche non riscontrabili in altri materiali; il più importante è la transizione attraverso la cellula, che gli conferisce la capacità di trattenere il materiale del nucleo nelle cellule. Questa proprietà potenzia l'effetto del materiale del nucleo e apre la porta a un vasto numero di applicazioni, soprattutto nel campo biomedico e farmaceutico. Questa struttura è proposta per la prima volta in questo lavoro.