مهندسی متالورژی و مواد

مهندسی متالورژی و مواد

سنتز احتراقی نانوکامپوزیت‌های اکسید فلزی/خاک‌رس و بررسی خواص ساختاری و ضدباکتریایی

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی مواد و متالورژی دانشگاه فردوسی مشهد
2 دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی مواد و متالورژی
3 دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی متالورژی و مواد
4 گروه بیولوژی، دانشکده علوم، دانشگاه فردوسی مشهد.
چکیده
گسترش سریع عفونت‌های باکتریایی و افزایش مقاومت دارویی، نیاز به توسعه مواد ضدباکتریایی نوین، ایمن و کارآمد را بیش از پیش برجسته کرده است. در این پژوهش، نانوکامپوزیت‌های سه‌جزئی ZnO/CuO/Clay با استفاده از روش سنتز احتراقی در محلول و به‌کارگیری سوخت سبز گلایسین سنتز شدند و اثر نسبت‌های مختلف فازی و مقدار خاک‌رس بر ویژگی‌های ساختاری و عملکرد ضدباکتریایی آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج ترمودینامیکی نشان داد که حضور کائولن با کاهش دمای آدیاباتیک واکنش، از رشد بیش‌ازحد ذرات جلوگیری کرده و زمینه را برای تشکیل نانوذرات ریزتر با تخلخل بالاتر فراهم می‌کند. آنالیزهای FE-SEM و EDS-MAP توزیع یکنواخت نانوذرات کروی ZnO و CuO را بر سطح و میان‌لایه‌های کائولن و تشکیل ساختارهای ناهمگون پایدار را تأیید کردند. نتایج BET وجود تخلخل‌های مزوحفره‌ای (۳–۵ نانومتری) و افزایش قابل‌توجه سطح ویژه، به‌خصوص در نمونه‌های حاوی %25 خاک‌رس، را نشان داد. ارزیابی فعالیت ضدباکتریایی علیه باکتری‌های گرم‌منفیE. coli و گرم‌مثبت S. aureus بیانگر عملکرد برتر نمونه‌های با %25 خاک‌رس و نسبت‌های بالاتر ZnO و CuO بود، به‌طوری‌که مهار %100 از رشد باکتری حتی در غلظت‌های پایین نیز حاصل شد. بررسی مکانیسم عملکرد ضدباکتریایی نشان داد که تخریب مکانیکی غشای سلولی، تولید گونه‌های فعال اکسیژنی و رهایش یون‌های فلزی، نقش‌های اصلی را ایفا می‌کنند. در مجموع، نانوکامپوزیت‌های ZnO/CuO/Clay سنتزشده به روش احتراقی در محلول، به‌عنوان سامانه‌هایی چندمنظوره و دوست‌دار محیط‌زیست، پتانسیل بالایی برای کاربردهای زیست‌پزشکی و ضدباکتریایی دارند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Solution Combustion Synthesis of Metal Oxide/Clay Nanocomposites and Investigation of Their Structural and Antibacterial Properties

نویسندگان English

Setareh Khosrovan 1
Jalil Vahdati Khaki 2
Mostafa Mirjalili 3
Maryam Moghaddam Matin 4
Naeemeh Esfandiari 3
1 Ferdowsi University of Mashhad, Faculty of Engineering, Department of Materials Science and Engineering
2 Ferdowsi University of Mashhad, Faculty of Engineering, Department of Materials Science and Engineering
3 Ferdowsi University of Mashhad, Faculty of Engineering, Department of Materials Science and Engineering
4 Department of Biology, Faculty of Sciences, Ferdowsi University of Mashhad
چکیده English

The rapid spread of bacterial infections and the increasing prevalence of antimicrobial resistance have intensified the demand for the development of novel, safe, and efficient antibacterial materials. In this study, ternary ZnO/CuO/Clay nanocomposites were synthesized via solution combustion synthesis using glycine as a green fuel, and the effects of different phase ratios and clay contents on their structural characteristics and antibacterial performance were systematically investigated. Thermodynamic analysis revealed that the incorporation of kaolin reduced the adiabatic reaction temperature, thereby suppressing excessive particle growth and promoting the formation of finer nanoparticles with enhanced porosity. FE-SEM and EDS mapping analyses confirmed the uniform distribution of spherical ZnO and CuO nanoparticles on the surface and within the interlayers of kaolin, leading to the formation of stable heterojunction structures. BET results demonstrated the presence of mesoporous structures (3–5 nm) and a significant increase in specific surface area, particularly in samples containing 25% clay. Antibacterial evaluations against Gram-negative Escherichia coli and Gram-positive Staphylococcus aureus indicated superior performance for nanocomposites with 25% clay and higher ZnO and CuO contents, achieving 100% bacterial growth inhibition even at low concentrations. Mechanistic investigations suggested that mechanical disruption of the bacterial cell membrane, reactive oxygen species generation, and metal ion release are the dominant antibacterial pathways. Overall, the ZnO/CuO/Clay nanocomposites synthesized via solution combustion synthesis exhibit multifunctional and environmentally friendly characteristics, highlighting their strong potential for antibacterial and biomedical applications.

کلیدواژه‌ها English

Nanocomposite
Solution combustion synthesis
ZnO
CuO
Metal oxide
Kaolin
Antibacterial
ارسال نظر در مورد این مقاله
نام را وارد کنید.
نشانی پست الکترونیکی را به درستی وارد کنید.
وابستگی سازمانی را به درستی وارد کنید.
توضیحات را وارد کنید (حداقل 50 حرف)
CAPTCHA Image
شناسه امنیتی را به درستی وارد کنید.