Einfluss der Silbersubstitution auf die strukturellen, magnetischen, optischen und antibakteriellen Eigenschaften von Kobaltferrit

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 15730 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Silberdotierte Kobaltferrit-Nanopartikel AgxCo1−xFe2O4 mit Konzentrationen (x = 0, 0,05, 0,1, 0,15) wurden mithilfe einer hydrothermischen Technik hergestellt. Das XRD-Muster bestätigt die Bildung der Spinellphase von CoFe2O4 und das Vorhandensein von Ag-Ionen in der Spinellstruktur. Die Nanopartikel der Spinellphase AgxCo1−xFe2O4 werden durch FTIR-Analyse durch die bei 874 und 651 cm−1 gebildeten Hauptbanden bestätigt, die die tetraedrischen und oktaedrischen Stellen darstellen. Die Analyse der optischen Eigenschaften zeigt eine Zunahme der Bandlückenenergie mit zunehmender Konzentration des Dotierstoffs. Die dargestellten Energiebandlückenwerte für vorbereitete Nanopartikel mit Konzentrationen x = 0, 0,05, 0,1, 0,15 betragen 3,58 eV, 3,08 eV, 2,93 eV bzw. 2,84 eV. Der Ersatz des Co2+-Ions durch das nichtmagnetische Ag2+-Ion führt zu einer Änderung der Sättigungsmagnetisierung, wobei Ms-Werte von 48,36, 29,06, 40,69 und 45,85 emu/g aufgezeichnet werden. Die Nanopartikel CoFe2O4 und Ag2+ CoFe2O4 erwiesen sich als wirksam gegen die Arten Acinetobacter Lwoffii und Moraxella, mit einem hohen Hemmzonenwert von x = 0,15 und 8 × 8 cm gegen Bakterien. Aufgrund der obigen Ergebnisse wird vermutet, dass das synthetisierte Material für Speichergeräte und antibakterielle Aktivität geeignet ist.

In der heutigen Zeit verändert die Nanotechnologie aufgrund ihrer einzigartigen und wunderbaren elektrischen, physikalisch-chemischen und mechanischen Wirkungen nahezu jeden Bereich des menschlichen Lebens und spielt eine entscheidende Rolle1,2,3. Nanogroße Materialien gelten aufgrund ihrer einzigartigen und erstaunlichen Eigenschaften wie (1) einem großen Verhältnis von Oberfläche zu Volumen und (2) Quanteneffekten4 als diskreter Aggregatzustand der Materie. Diese makellosen Eigenschaftenverbesserungen machten sie für verschiedene biomedizinische Anwendungen wie gezielte Arzneimittelabgabe, MRT (Magnetresonanztomographie), Zellmarkierung, Gentherapie, Krebsbehandlung und verschiedene medizinische Geräte5,6,7,8,9,10,11 geeignet. 12,13,14,15,16. Magnetische Nanopartikel standen aufgrund ihrer faszinierenden Eigenschaften im Mittelpunkt des Interesses; Sie können möglicherweise zusammen mit Nanomaterialien als Basiskatalysatoren, Nanoflüssigkeiten und optische Filter in der Katalyse eingesetzt werden. Die Vorteile dieser Nanopartikel hängen normalerweise von der Herstellungstechnik und der chemischen Zusammensetzung ab17. Ferrite sind keramische Materialien, die von harter und spröder Natur sind18. Die Eigenschaften von Spinellferriten basieren auf verschiedenen Faktoren, wie der für die Materialsynthese verwendeten Methode, Zeit und Temperatur, dem stöchiometrischen Verhältnis, der Kationenverteilung zwischen tetraedrischen und oktaedrischen Plätzen, der Partikelgröße und der Morphologie19. Heutzutage sind magnetische Nanopartikel aus Kobaltferrit aufgrund ihrer hohen Koerzitivfeldstärke, magnetokristallinen Anisotropie, chemischen Stabilität, moderaten Sättigungsmagnetisierung und Morphologie von großem Interesse für Forscher20,21,22. Um die Einschränkungen zu überwinden, die bei der Verwendung dieser MNPs auftreten, wie z. B. schlechte Heizeffizienz, Biokompatibilität usw.; Die Verwendbarkeit von Eisenoxid-Nanopartikeln ist deutlich höher, da sie von Proteinen leicht verstoffwechselt und transportiert werden können und im pharmazeutischen Bereich im Nanomaßstab erfolgreich eingesetzt werden können. Die kubischen Spinellferrite (MFe2O4, wobei M ein zweiwertiges Metallion ist) sind ein grundlegender Typ magnetischer Materialien mit hoher Sättigungsmagnetisierung und hoher thermischer Wirksamkeit23. Es ist bekannt, dass im menschlichen Körper sowohl Kobalt als auch Eisen vorhanden sind. Daher ist die Stabilität von Co2+ im zweiwertigen Zustand und Fe+3 im dreiwertigen Zustand höher und daher ist die Wahrscheinlichkeit einer Luftoxidation in solchen Materialien geringer24. CoFe2O4 wird vorzugsweise mit Übergangsmetallen dotiert, um den Anwendungsbereich des Materials in biomedizinischen Anwendungen wie Hyperthermie, Magnetresonanztomographie, magnetischer Trennung, Arzneimittelabgabe, Biosensoren usw. zu erweitern.25,26. Diese Nanopartikel werden auch als antimikrobielle Wirkstoffe gegen krankheitserregende und arzneimittelresistente Mikroben eingesetzt, die den anregenden Forschungsbereich darstellen27. Verschiedene Übergangsmetalle wie Kupfer, Zink, Nickel, Silber usw. spielen in verschiedenen Lebensbereichen eine wichtige Rolle. Beispielsweise werden mit Zink substituierte Kobaltferrit-Nanopartikel zur Herstellung von Wandlern, Transformatoren und Biosensoren sowie für antibakterielle Eigenschaften verwendet28, wohingegen mit Nickel dotierte Kobaltferrit-Nanopartikel breite Anwendung in der Mikrowelle, in Aufzeichnungsmedien mit hoher Dichte und in elektronischen Geräten finden29. Silber (Ag) ist ein Übergangsmetall, das sowohl leitend als auch plasmonisch ist und dessen elektrische Struktur die Entwicklung einer Elektronenwolke ermöglicht. Diese oszillierenden und mit Licht interagierenden delokalisierten Elektronen können einzigartige optische und elektrische Merkmale erzeugen30. Es ist das bevorzugte metallische Element unter den Elementen, die für Elektronik, Photonik, biologische Sensorik, Oberflächenbeschichtungen von Solarzellen, Katalysatoren und Färbepigmente verwendet werden31. Silber (Ag)-Nanopartikel wurden aufgrund ihrer chemischen Stabilität, Erschwinglichkeit und höchsten thermischen und elektrischen Leitfähigkeit als das günstigste Metall unter allen ausgewählt32. In der Vergangenheit galt die Behandlung mit Antibiotika für verschiedene bakterizide Zwecke als die einzige Möglichkeit, unzählige Leben zu retten. Allerdings gibt es in mehreren Studien Hinweise darauf, dass ein übermäßiger Einsatz von Antibiotika zu multiresistenten Bakterienstämmen führen kann33. Zahlreiche Faktoren wurden zur Ursache für „Superbakterien“, wie etwa der Einsatz von Antibiotika in übermäßiger Menge, schlechter Qualität und falsche Verschreibungen. Um diese fatale Situation für die globale Gesundheitsversorgung zu überwinden, wurden verschiedene Nanopartikel auf antibakterielle Aktivität untersucht34,35. In alten Zivilisationen wurden Silber und seine kolloidalen Suspensionen üblicherweise zur Linderung von Infektionskrankheiten eingesetzt. Mögliche antimikrobielle Mechanismen sind an der Abtötung von Mikroben durch Ag-Nanopartikel beteiligt, wie z. B. DNA-Schäden, Zerstörung der Bakterienzellmembran, Freisetzung von Silberionen und Elektronentransport36,37,38. Diese Nanopartikel mit geringer Toxizität und überlegener oligodynamischer Leistung werden vorzugsweise als antimikrobielle Wirkstoffe in kommerzialisierten Konsumgütern verwendet, darunter diabetische Wundauflagen, bakterizide Beschichtungen auf chirurgischen Instrumenten, keimtötende Seifen, Hautlotionen und Cremes. AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikel im Nanomaßstab sind vorteilhafter für die antibakterielle Aktivität und die magnetischen Eigenschaften von Kobaltferrit-Nanopartikeln helfen dem Material, seine magnetische Dispersion zu stabilisieren und sie effektiver und weniger toxisch für die menschliche Gesundheit zu machen39,40,41. Aufgrund ihrer Erschwinglichkeit und umfassenden Kontrolle der Zusammensetzung ist die hydrothermale Methode eine der am weitesten verbreiteten Techniken. Die Keimbildung und die morphologische Wachstumsrate der Kristalle während des hydrothermischen Prozesses regulieren die Größe der kristallisierenden Partikel42. Palak Mahajan et al.43 untersuchten die antibakterielle Aktivität von AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikeln und kamen zu dem Schluss, dass sie gegen grampositive Bakterienstämme wirksamer sind als gegen gramnegative Bakterienstämme. Okasha et al.44 analysierten die durch die Ag-Dotierung in MgFe2O4 verursachten Schwankungen und beschrieben dessen thermische und elektrische Leitfähigkeit. MK Satheeshkumar et al.45 untersuchten die magnetischen, strukturellen und bakteriziden Eigenschaften von AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikeln und zeigten gute Ergebnisse der antibakteriellen Aktivität gegen einige Bakterien, z. B. Staphylococcus aureus, Escherichia coli und Candida ablicans.

Der Grund für die Übernahme der vorliegenden Arbeit ist die Stabilität, geringere Toxizität und Wirksamkeit von AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikeln bei verschiedenen Bakterien, die durch hydrothermale Technik mit verschiedenen Konzentrationen von Ag2+ (x = 0, 0,05, 0,1, 0,15) hergestellt wurden Untersuchung seiner strukturellen, optischen, magnetischen und bakteriziden Wirksamkeit gegen gramnegative Bakterien.

Kobalt(II)-nitrat-Hexahydrat (Co(NO3)2.6H2O)Riedel-deHaёn, Eisen(III)-nitrat-Nonahydrat (Fe(NO3)3.9H2O) UNI-CHEM, Silbernitrat-Hydrat (AgNO3.H2O)Sigma-Aldrich, Natriumhydroxid (NaOH) Riedel-deHaёn, absolutes Ethanol (C2H5OH) Sigma-Aldrich und destilliertes Wasser wurden für die Synthese von AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikeln verwendet.

Silberdotierte Kobaltferrit-Nanopartikel (AgxCo1−xFe2O4) mit einer Reihe von Konzentrationen (x = 0, 0,05, 0,1, 0,15) werden durch die hydrothermale Methode hergestellt. Zunächst werden 0,5 Mol jedes Nitrats eingewogen. Die wässrige Lösung jedes Nitrats wurde dann mit 30 ml destilliertem Wasser zubereitet und unter magnetischem Rühren stehen gelassen, bis feine Lösungen jedes Nitrats erhalten wurden. Um den pH-Wert der Lösung aufrechtzuerhalten, wird anschließend die wässrige Lösung von 2 Mol Natriumhydroxid nach und nach der kombinierten Lösung aus Kobaltnitrat und Eisennitrat unter mäßigem Rühren für 30 Minuten bei Raumtemperatur zugesetzt. Anschließend wurde diese Lösung in ein mit Teflon ausgekleidetes Autoklavensystem überführt und dieses Autoklavensystem für 12 Stunden in einen Ofen bei 180 °C gestellt. Schließlich wurde die Mischung im Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt. Zur homogenisierten Verteilung der Partikel wurden die erhaltenen Niederschläge 30 Minuten lang in ein Ultraschallbad gegeben. Nach der Ultraschallbehandlung wurden die Nanopartikel mehrmals mit entionisiertem Wasser und Ethanol gewaschen, bis der pH-Wert bei 7 gehalten wurde, und das Filtrat entnommen. Darüber hinaus wurden diese Nanopartikel 2 Stunden lang bei 100 °C in einem Ofen getrocknet. Abschließend wurden die erhaltenen Nanopartikel zur Kalzinierung bei 800 °C für 2 Stunden in den Ofen gegeben. Ein ähnliches Verfahren wurde für die Synthese von mit Silber dotierten Kobaltferrit-Nanopartikeln verwendet, indem ein weiteres Silbernitratsalz in den genannten Konzentrationen hinzugefügt wurde. Der komplette Vorgang ist in Abb. 1 erläutert.

Schematische Darstellung des Co1−xAgxFe2O4-Nanopartikel-Syntheseverfahrens.

Um eine Kontamination zu vermeiden, wurden Vorsichtsmaßnahmen getroffen: Zunächst wurden die Hände und die Laminar-Flow-Kammer mit Ethylalkohol sterilisiert. Für etwa 20 Minuten bei 121 °C wurden die Petrischalen auch durch Autoklavieren sterilisiert. Zur Isolierung der Mikroflora aus LBA wurde ein Medium entwickelt (Luria Bertani Agar).

Luria Bertani Agar-Medien (LBA) wurden unter Verwendung der folgenden Reagenzien hergestellt: (a) 2,5 g Hefeextrakt, (b) 2,5 g NaCl, (c) 5 g Trypton und (d) 7,5 g Agar; Alle diese Komponenten wurden dann in 500 ml destilliertem Wasser gelöst und das Medium zu Sterilisationszwecken etwa 15–20 Minuten lang bei 121 °C und 15 psi autoklaviert. Danach wurde das vorbereitete Medium in Petrischalen gegossen und zur Verfestigung beiseite gestellt. Das LBA-Medium wurde zum Zweck der Isolierung und Verfeinerung von Bakterienstämmen vorbereitet46.

Die synthetisierten Proben wurden durch Röntgendiffraktometer (X'Pert PRO MPD) unter Verwendung von Cu-Kα-Strahlung (λ = 1,54 Å), Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (IRTracer-100 FTIR-Spektrometer) und Ultraviolett-sichtbare Spektroskopie (UV = 2800) charakterisiert Modell, Hitachi Japan, Wellenlänge = 300–900 nm, Quarz), Vibrationsprobenmagnetometer (VSM von Lakeshore 7400) und der antibakterielle Aktivitätstest wurde mit der Bohrlochdiffusionsmethode durchgeführt.

Der Autor bestätigt, dass der Artikel in keiner Zeitschrift veröffentlicht wurde.

Die XRD von silberdotiertem Kobaltferrit wurde mit Hilfe eines Röntgendiffraktometers durchgeführt, das mit Cu-Kα-Strahlung (1,54 Å) ausgestattet war. Die XRD der vorbereiteten Proben ist in Abb. 2 dargestellt. Das XRD-Muster von AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikeln mit verschiedenen Dotierungsverhältnissen wie (x = 0, 0,05, 0,1, 0,15), synthetisiert durch hydrothermale Technik, ist in Abb. 2 dargestellt. Das Gesamtbild Die erkannten Spitzen stimmten genau mit der JCPDS-Karten-Nr. überein. 22-1086 mit der Raumgruppe Fd-3 m, was das Muster der kubischen Spinellstruktur bestätigt47. Verschiedene Kristallebenen wie (220), (311), (400), (422), (511), (440) und (533) werden in Bezug auf die Position von 2θ (30,68, 35,54, 43,42, 53,66, 57,16, 62,39 bzw. 74,34)°. Zusätzliche Peaks in den Kristallebenen (111), (200) bei (37,00, 54,11)° werden aufgrund der Anwesenheit von Silber ab x = 0,05 erkannt; Dies bestätigt das Vorhandensein von metallischem Silber mit der JCPDS-Kartennummer. 04-078348,49. Die Peakverbreiterung weist darauf hin, dass die Partikelgröße der AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikel mit zunehmender Dotierstoffkonzentration den Nanobereich erreicht50. Aus der Literatur geht hervor, dass die Kristallgröße der Ferrite im Bereich von 0,4–69 nm liegt51. Aus Abb. 3 geht hervor, dass sich der Hauptsilberpeak bei 37 °C geringfügig ändert und aufgrund der Erhöhung der Ag-Konzentration die Höhe des Peaks schwach wird und von 37 auf 37,4 °C verschoben wurde.

(a) Verfeinerte Diagramme mit der Full Prof-Software. (b) Normalisierte XRD-Analyse verschiedener Ag-Konzentrationen mit Kobaltferriten.

Die Winkelvariation gegenüber der Ag-Konzentration.

Der interplanare Abstand des markantesten Peaks (311) wird mithilfe der Bragg-Relation50,52,53 berechnet:

wobei λ die Wellenlänge der Cu-Kα-Strahlung darstellt (λ = 1,54 Å) und θ den Bragg-Winkel darstellt54.

Der Gitterparameter der Proben wurde mit Hilfe der Miller-Indizes (hkl) des Hauptpeaks (311) und des Beugungswinkels durch die folgende Gleichung55 geschätzt:

Abbildung 4 zeigt, dass der Gitterparameter zunächst durch die Substitution von Silber zunimmt, nach der Sättigung jedoch ein Abnahmeverhalten der Gitterparameter durch die Erhöhung der Silberkonzentrationen beobachtet wird. Bei niedrigeren Konzentrationen wäre zu erwarten, dass die an der Oktaederstelle vorhandenen Kobaltionen durch Silberionen ersetzt werden und der Gitterparameter „a“ aufgrund des größeren Ionenradius von Silber als von Kobalt zunimmt. Bei einer Erhöhung der Silberkonzentration bildete sich jedoch eine Aggregation von Ag2+-Ionen an den Korngrenzen, die die weitere Ausdehnung des Spinellgitters behinderte, was zu einer Abnahme der Gitterparameter führte. Darüber hinaus könnte ein plötzlicher Abfall der Gitterparameter auf die Kompression des an den Korngrenzen gebildeten Spinellgitters durch die Bildung einer Sekundärphase aufgrund einer überschüssigen Menge an Ag2+56 zurückzuführen sein.

Gitterkonstante als Funktion der Ag-Konzentration in AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikeln.

Zur Messung der Kristallgröße wird die Scherrer-Formel von Debye verwendet57,58:

wobei λ für die Wellenlänge der Cu-Kα-Strahlung steht, 0,94 ein konstanter Wert des Formfaktors „K“ ist, β für das Halbwertsmaximum „FWHM“ in voller Breite des extremsten Peaks (311) steht, während θ zur Beugung gehört Winkel59. Aus Tabelle 1 geht hervor, dass die Kristallitgröße der Proben zwischen 46 und 35 nm variiert, was bestätigt, dass die Kristallitgröße der Nanopartikel durch die Erhöhung des Silbergehalts drastisch beeinflusst wird. Diese Zunahme der Kristallitgröße wurde auf eine Peakverbreiterung zurückgeführt, die als Folge der in der Elementarzelle erzeugten Spannung auftritt; als Ergebnis der Substitution von Kobalt mit kleineren Ionenradien durch Silber mit größeren Ionenradien. Darüber hinaus kommt es zu einer raschen Abnahme der Kristallitgröße, da an Korngrenzen gebildete Aggregate Spannungen im Material erzeugen; Daher nimmt die Kristallitgröße bei höheren Dotierstoffkonzentrationen ab60.

Die Röntgendichte der vorbereiteten Materialien wurde anhand der unten angegebenen Beziehung berechnet:

Dabei gibt „M“ das Molekulargewicht der Probe an, „N“ stellt die Avogadro-Zahl dar und ihr Wert ist „6,023 × 1023“, der Gitterparameter wird mit „a“ bezeichnet und „8“ stellt die Anzahl der vorhandenen Atome dar eine Elementarzelle mit kubischer Spinellstruktur61.

Aus Abb. 5 ist ersichtlich, dass der Wert der Röntgendichte mit zunehmender Silberkonzentration ein zunehmendes Verhalten zeigt; Dies ist auf die Erhöhung des Molekulargewichts durch die Zugabe von Silber zurückzuführen, was auf den führenden Anstieg des Molekulargewichts zurückzuführen ist, der mit dem der Gitterparameter vergleichbar ist.

Variation der Röntgendichte und Versetzungsdichte mit der Ag-Konzentration in AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikeln.

Der Versetzungsdichtefaktor wurde mithilfe der folgenden Beziehung dargestellt:

wobei „D“ für die Kristallitgröße verwendet wird, die durch die Scherrer-Gleichung62 bestimmt wird.

In Abb. 5 wird der Schluss gezogen, dass die Versetzungsdichte bei höheren Konzentrationen des Ag2+-Gehalts zunächst abnimmt und dann zunimmt. Der Grund für den leichten Anstieg der Versetzungsdichte ist der Ersatz von Ag2+ mit größeren Ionenradien (1,08 Å) durch Co2+ mit kleineren Ionenradien (0,74 Å) an der oktaedrischen B-Stelle und die im Material erzeugte Spannung. Die Versetzungsdichte nimmt mit weiterer Dotierung ab, da die Ag2+-Ionen an Korngrenzen Aggregate bilden und die weitere Ausdehnung oder Versetzung im Spinellgitter eingeschränkt wird63,64.

Die für die Schätzung des Packungsfaktors (P) verwendete Beziehung ist unten angegeben:

Hier wird „D“ für die Kristallitgröße und „d“ für den Ebenenabstand65 verwendet.

Der in Tabelle 1 aufgeführte Packungsfaktor der AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikel zeigte, dass die Werte im Anfangsstadium leicht ansteigen, bei höheren Konzentrationen jedoch ein plötzlicher Rückgang zu beobachten ist; Dies zeigt, dass es in der Struktur nicht mehr zu Versetzungen durch den Dotierstoff und die an den Korngrenzen gebildeten Aggregate der Silberionen kommt, weshalb diese Nanopartikel eine weitere Expansion in der Spinellstruktur einschränken. Mit Hilfe einer Röntgenbeugungsmikroskopaufnahme extrahierte Parameter wie: Kristallitgröße, Packungsfaktor, FWHM (β), Röntgendichte, Versetzungsdichte, Gitterparameter und d-Abstand sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Zuvor wurde Ag-CoFe2O4 mithilfe einiger anderer Techniken hergestellt. Die verschiedenen Parameter sind in Tabelle 2 aufgeführt:

Die Kationenverteilung für die inverse Spinellstruktur wird durch die folgende Beziehung66 dargestellt:

Bei der Dotierung von Silber in Kobaltferrit wird eine kationische Fehlordnung beobachtet, die sich auf verschiedene Strukturparameter wie Bindungslänge, Ionenradien usw. auswirkt. Die Ergebnisse zeigten, dass durch die Dotierung von Ag2+ in CoFe2O4 nicht die Bindungswinkel, sondern die Bindungslängen beeinflusst werden werden aufgrund der kleinen Ausdehnungen und Kontraktionen, die an tetraedrischen und oktaedrischen Stellen auftreten, leicht beeinflusst67. Die geschätzte Kationenverteilung von AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikeln ist in Tabelle 3 dargestellt.

Um die Radien der Tetraeder- und Oktaederplätze zu berechnen, werden die folgenden Formeln verwendet68:

Gemäß der vorgeschlagenen Kationenverteilung; Der Großteil der gewünschten Ionen sollte anstelle des an der B-Stelle vorhandenen Co2+-Ions dotiert werden. Abbildung 6 zeigt, dass die Werte von rA und rB mit zunehmender Silberkonzentration zunehmen; Dies könnte auf den Unterschied in den Ionenradien zwischen den Substituenten- und Wirtsatomen zurückzuführen sein, der zu einer Vergrößerung des interatomaren Abstands führt, was wiederum die Werte von rA und rB erhöht.

Zusammenhang zwischen den Ionenradien rA und rB bei unterschiedlichen Ag-Konzentrationen.

Die Gitterkonstante (aTh) wird theoretisch mithilfe der folgenden Beziehung69 gemessen:

Hier zeigt „aTh“ den theoretischen Wert der Gitterkonstante, während „R0“ die Ionenradien des Sauerstoffions angibt. In Abb. 7 ist uns aufgefallen, dass die experimentell berechneten Werte der Gitterkonstante etwas höher sind als die theoretisch berechneten Werte. Solche Abweichungen in den jeweiligen Werten können auf die Bildung von Sekundärphasen zurückzuführen sein, die eine Störung in der Anordnung der Sauerstoffionen verursachen, und anschließend kommt es aufgrund des Ionenaustauschs durch dreiwertige oder zweiwertige Ionen zu einer Vergrößerung oder Kontraktion der tetraedrischen und oktaedrischen Plätze.

Zusammenhang zwischen den theoretischen und experimentellen Gitterkonstanten bei unterschiedlichen Ag-Konzentrationen.

Metallatome unterschiedlicher Größe weisen Hohlräume zwischen Sauerstoffatomen auf, was zu Störungen in dicht gepackten Strukturen führt. Deshalb verschieben sich O2−-Atome von ihrer mittleren Position in Richtung der diagonalen Position. Diese Verschiebung im O2−-Atom wird als „u“ (Sauerstoffparameter) bezeichnet. Idealerweise beträgt der Wert des Sauerstoffparameters 0,25, da die Ionen ideal angeordnet sind; aber in Wirklichkeit hat der Sauerstoffparameter niedrigere Werte im Vergleich zum Idealwert70. Der Sauerstoffparameter „u“ kann mit Hilfe der folgenden Beziehung abgeschätzt werden:

Die Werte des Parameters u für alle vorbereiteten Materialien sind in Tabelle 3 dargestellt.

Die beobachtete Abweichung vom Idealwert bestätigt die Substitution des Kobalt-Ions durch Silber, das im Vergleich zum besetzten Ion (Co2+) größere Ionenradien aufweist. Es wird beobachtet, dass der Wert des u-Parameters mit der Substitution des Ag2+-Ions leicht ansteigt. Diese Schwankung des u-Parameters vom idealen Sauerstoffparameter erfolgt aufgrund der Ausdehnung an der Oktaederstelle. Diese Abweichung könnte durch die folgende Beziehung71 gemessen werden:

wobei δ einen Inversionsparameter bezeichnet, dessen berechnete Werte in Tabelle 4 aufgeführt sind.

Zur Berechnung des Toleranzfaktors für AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikel wird die folgende Gleichung verwendet72:

Der Wert des Toleranzfaktors für alle Ag-Konzentrationen ist in Tabelle 4 aufgeführt. Der Toleranzfaktor liegt für alle Ag-Konzentrationen nahe 1, was darauf hinweist, dass die synthetisierte Probe eine kubisch-inverse Spinellstruktur aufweist. Die Variation des u-Parameters und des Toleranzfaktors bei unterschiedlichen Ag-Konzentrationen ist in Abb. 8 dargestellt.

Variation des Sauerstoffpositionsparameters und des Toleranzfaktors mit der Ag-Konzentration.

Durch Messung der Hoffnungslänge konnten der interionische Abstand und die Spinwechselwirkung magnetischer Ionen untersucht werden. Die Hoffnungslängen „La“ und „Lb“ an den Tetraeder- und Oktaederplätzen wurden unter Verwendung der folgenden Beziehungen berechnet73,74.

Die magnetische Wechselwirkung der A-A-, A-B- und B-B-Kationenstelle und der A-O- und B-O-Anionenstelle hängt von ihren Bindungslängen und -winkeln ab. Die magnetische Stärke steht in direktem Zusammenhang mit dem Bindungswinkel und ist umgekehrt proportional zur Bindungslänge. Die Bindungslängen, die den tetraedrischen und oktaedrischen Stellen entsprechen, wurden unter Verwendung der folgenden Beziehung berechnet75:

Die Bindungslänge der tetraedrischen Stelle d A-OA nimmt mit zunehmender Ag2+-Konzentration zu. Dies geschieht aufgrund der Ausdehnung der tetraedrischen A-Stelle, da sich einige der Kobaltionen von der B-Stelle in Richtung der A-Stelle bewegen. Andererseits nimmt die Länge der oktaedrischen Bindung d B-OB mit zunehmender Ag2+-Konzentration ab. Der Grund dafür ist eine Substitution des Ag-Ions durch das Co-Ion, das im Vergleich zum Silberion kleinere Ionenradien aufweist und daher schrumpft die B-Seite.

Der interatomare Abstand zwischen Kation-Kationen (b–f) und Kation-Anion (p–s) wurde unter Verwendung der experimentell berechneten Gitterkonstante (a) und des Sauerstoffparameters (u) wie unten angegeben berechnet und ihre Werte sind in Tabelle 5 aufgeführt.

Die Längen zwischen den A- und B-Kationen wurden anhand der folgenden Beziehung45 berechnet:

Die Bindungslänge zwischen den B-B-Kationen kann abgeschätzt werden durch76:

Die Bindungslängen von AA-Kationen können mithilfe der folgenden Beziehung47 bestimmt werden:

Die kürzeren Kantenbindungslängen zwischen A-O- und B-O-Atomen werden mit „q“ bzw. „p“ bezeichnet. Die Längen der Bindungen zwischen A-O- und B-O-Atomen an den größeren Kanten werden durch „r“ bzw. „s“ symbolisiert. Die kürzesten und größten Bindungslängen zwischen Kationen (A, B) und Anionen O wurden durch die folgenden Gleichungen77 geschätzt:

Zur Berechnung der Bindungswinkel zwischen den Kationen sowie zwischen Kation und Anion werden die folgenden Beziehungen verwendet78:

Anhand der berechneten Bandwinkelwerte haben wir beobachtet, dass aufgrund der Ag-Substitution der Winkel θ3 und θ4 zunimmt, während θ1, θ2 und θ5 abnehmen. Diese Variation zeigt, dass die Wechselwirkung zwischen der BB-Stelle abnimmt und daher die Winkel θ3 und θ4 zunehmen, während θ1, θ2 und 5 aufgrund der Zunahme der magnetischen Wechselwirkungen zwischen der AB- und AA-Stelle allmählich abnehmen.

Das Vorhandensein sauerstoffbasierter funktioneller Gruppen und ihre Reaktionen können durch FTIR-Spektroskopie berechnet werden. Die FTIR-Spektren von AgxCo1−xFe2O4 mit verschiedenen Konzentrationen (x = 0, 0,05, 0,1, 0,15), die mit der Hydrothermaltechnik im Bereich von 500–4000 cm−1 synthetisiert wurden, sind in Abb. 9 dargestellt. Alle Bindungspeaks sind in der Tabelle dargestellt 6. Anhand der Abbildung wurde analysiert, dass die Bande bei 3736,16 cm−1 der OH-Streckschwingung der freien Alkoholgruppe79 und die Bande bei 2305,83 cm−1 den Streckschwingungen der CH-Bindung80 zugeordnet wird. In ähnlicher Weise erscheinen die mit den Wellenlängen 1649,53 cm−1 und 1504,61 cm−1 verbundenen Banden aufgrund der Schwingungsdehnung von C=O- und CO-Bindungen81,82. Die Absorptionsbande im Bereich 1100–1300 cm−1 entspricht der Schwingung der NO3−-Ionen83. Darüber hinaus entsprechen die Peaks im Zusammenhang mit den Wellenlängen 874,65 cm−1 und 651,5 cm−1 den Fe-O- und Co-O-Streckschwingungen der tetraedrischen bzw. oktaedrischen Plätze, was die Bildung der inversen Spinellstruktur des charakterisierten AgxCo1 bestätigt −xFe2O4-Nanopartikel79.

FTIR-Spektren von AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikeln mit verschiedenen Konzentrationen.

Die optischen Eigenschaften von AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikeln, die durch hydrothermale Technik mit unterschiedlichen Konzentrationen (x = 0, 0,05, 0,1 und 0,15) hergestellt wurden, wurden mittels UV-sichtbarer Spektroskopie untersucht. Für die UV-Vis-Spektroskopie wurde jede synthetisierte Probe in 4 ml entionisiertem Wasser gelöst. Die Absorptionsspektren aller Proben wurden im Wellenlängenbereich von 200–1000 nm aufgenommen. Die Parameter, die den Absorptionswert eines Materials beeinflussen, sind Bandlücke, Oberflächenrauheit, Korngröße, Gitterparameter und Verunreinigungen84. Die Bandlückenenergie der Proben kann mithilfe der Tauc-Beziehung85 geschätzt werden:

Hier bezieht sich „Eg“ auf die optische Bandlückenenergie und „h“ gehört zur Planckschen Konstante (6,62 × 10–34 J/s)52,86. Die Bandlückenenergien der Nanopartikel mit unterschiedlichen Dotierstoffkonzentrationen wurden durch Auftragen von Diagrammen zwischen der direkten Bandlücke (αhν)2 und der Photonenenergie (hν) gemessen, wie in Abb. 10 dargestellt.

Bestimmung der optischen Bandlücke für AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikel mit verschiedenen Konzentrationen (x = 0, 0,05, 0,1 und 0,15).

Die dargestellten Energiebandlückenwerte für vorbereitete Nanopartikel mit Konzentrationen x = 0, 0,05, 0,1 und 0,15 betragen 3,58 eV, 3,08 eV, 2,93 eV bzw. 2,84 eV. Die Bandlückenwerte liegen im Bereich von 0–4 eV, was zeigt, dass das analysierte Material Halbleitereigenschaften aufweist87. Aus der Grafik geht hervor, dass der Wert von Eg zunimmt, wenn die Konzentration des Substituenten Ag2+ im Material zunimmt. Es ist allgemein bekannt, dass die Bandlückenenergie normalerweise zunimmt, wenn die Partikelgröße abnimmt88. Dies kann auf die Tatsache zurückzuführen sein, dass immer dann, wenn die Kristallitgröße den Nanobereich erreicht; Wenn alle Elemente aus einer endlichen Anzahl von Atomen bestehen, kommt das Elektron-Loch-Paar sehr nahe beieinander; Somit ist die kolumbianische Kraft nicht länger zu vernachlässigen, was zu einer insgesamt höheren kinetischen Energie führen kann. Eine größere Bandlücke weist jedoch darauf hin, dass die große Energie für die Anregung eines Elektrons vom Valenzband in das Leitungsband erforderlich ist. Bei einer Konzentration von x = 0,05 wurde beobachtet, dass sowohl die Kristallitgröße als auch die Bandlückenenergie zunehmen: wahrscheinlich aufgrund einiger Grenzflächendefekte und der Entwicklung von Energieniveaus89.

Die BET-Analyse des synthetisierten Materials ist in Abb. 11 dargestellt. Die Oberflächentexturcharakterisierung wurde anhand der Adsorptionseigenschaften analysiert. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die Stickstoffadsorptions-Desorptions-Isotherme von CoFe2O4 gegenüber dem Relativdruck P/Po eine Hystereseschleife aufwies. Gemäß der IUPAC-Klassifikation kann es dem Typ IV zugeordnet werden, der große und Mikroporen enthält. Gemäß der IUPAC-Klassifizierung zeigte das Diagramm eine Hystereseschleife vom Typ H2. Aus dem Porengrößenverteilungsdiagramm lässt sich erkennen, dass die Porenweite zwischen 2 und 95 nm liegt.

Porengrößenverteilung (im Satz) mit der BET-Isotherme von COF.

Zur Synthese von COF wurden verschiedene Methoden eingesetzt und mittels BET-Analyse analysiert. In der folgenden Tabelle 7 werden verschiedene SBET-Werte aus der Literatur dargestellt.

In Abb. 12 ist das Ag-dotierte COF mit Isotherme und Porengrößenverteilung dargestellt. Mithilfe der BJH-Methode (Barrett-Joyner-Halenda) wird die Porengrößenverteilung berechnet und in Abb. 12 dargestellt.

Porengrößenverteilung (im Satz) mit der BET-Isotherme von Ag-dotiertem COF.

Die Hystereseschleife von AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikeln mit unterschiedlichen Konzentrationen ist in Abb. 13 dargestellt. Die Werte der Sättigungsmagnetisierung, Koerzitivfeldstärke, Remanenz, magnetischen Anisotropie und des magnetischen Moments aller Proben sind in Tabelle 6 aufgeführt. Es ist seit langem bekannt, dass Kobalt Ferrit-Nanopartikel weisen eine inverse Spinellstruktur auf, in der Eisen- und Kobaltionen sowohl die tetraedrische (A-Stelle) als auch die oktaedrische (B-Stelle) besetzen. Die Nettomagnetisierung der ferromagnetischen Spinellstruktur wurde aufgrund des Unterschieds in den magnetischen Momenten der Untergitter der A- und B-Stellen beobachtet90.

Hystereseschleife von AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikeln mit unterschiedlichen Konzentrationen x = 0, 0,05, 0,1 und 0,15.

Die Sättigungsmagnetisierung nimmt bei der Konzentration auf x = 0,05 ab, nimmt jedoch bei höheren Konzentrationen allmählich zu. Diese Änderung der Sättigungsmagnetisierung wird durch den Ersatz von Co2+-Ionen durch nichtmagnetische Ag2+-Ionen beobachtet. Das magnetische Moment von Eisen beträgt 5 μB und die Oktaeder- und Tetraederflecken sind gleichmäßig verteilt. Kobaltionen erreichen einen oktaedrischen Punkt mit einem magnetischen Moment von 3 μB, und Silber hat eine größere Umlaufbahn von 0 μB, das bevorzugt den Punkt B besetzt und einige Kobaltionen zum Punkt A schiebt. Folglich nimmt die Sättigungsmagnetisierung ab, weil Co2+-Ionen im Die B-Oktaederspitze wird durch Ag2+-Ionen ersetzt, was das magnetische Moment im B-Oktaederpunkt verringert. Bei hohem Ag-Gehalt können sich Silberionen nicht mehr im Netzwerk lösen und an den Korngrenzen die zweite Phase von Silberionen bilden. Die Bildung von Sekundärphasen kann zu einem Anstieg der Co2+-Ionen auf der Oktaederstelle und damit zu einer Erhöhung der Sättigungsmagnetisierung führen. Somit wird das magnetische Nettomoment der Eisen- und Kobaltionen beobachtet. Die verbleibende Magnetresonanz zeigt, dass der Magnetismus im Medium verbleibt, nachdem das äußere Magnetfeld entfernt wurde. In Tabelle 8 sind verschiedene magnetische Parameter von Kobaltferriten dargestellt.

Die Art und Weise, wie Materialien auf das angelegte Magnetfeld reagieren können, lässt sich anhand der Magnetisierungsänderungen in Abb. 14 erkennen. Aus der Abbildung lässt sich schließen, dass die synthetisierten MNPs eine einzige magnetische Phase haben. Die Peakhöhe und -form der dM/dH-Kurve zeigen, dass die magnetischen Nanopartikel von einer Hülle aus einer nichtmagnetischen Schicht umgeben sind, während die Peakbreite der dM/dH-Kurve die Partikelgrößenverteilung widerspiegelt. Die schmale scharfe Breite der dM/dH-Kurve von CoFe2O4 (x = 0) zeigt an, dass der magnetische Kern von einer nichtmagnetischen Hülle umgeben ist, während die breite Peakbreite der dM/dH-Kurve bei Konzentrationen x = 0,05, 0,1 und 0,15 dies zeigt große Partikelgrößendispersion. Obwohl die magnetische Hysterese ein niedriges Koerzitivfeld zeigt, zeigt ihre Ableitung einen breiten Peak, was stark auf das Vorhandensein einer Sekundärphase in den bei der magnetischen Kopplung verwendeten Materialien schließen lässt.

Änderung der Magnetisierung als Reaktion auf das angelegte Magnetfeld.

Das Rechteckigkeitsverhältnis (Mr/Ms) wurde mithilfe einer M-H-Hystereseschleife berechnet. Es scheint, dass der Wert des Quadratheitsverhältnisses weniger als 0,5 beträgt, was im Widerspruch zur einachsigen magnetokristallinen Anisotropie synthetisierter Nanopartikel steht91.

Unter Verwendung des Sättigungsgesetzes (LAS) und des Magnetisierungsanteils (1 TH ≤ 2 T) wurde die einachsige magnetokristalline anisotrope Konstante Ku für die vorbereiteten AgxCo1−xFe2O4-Nanopartikel berechnet, wenn die Magnetisierung den Sättigungswert erreichte. Das modifizierte Morish-Gesetz der Sättigung lautet wie folgt92:

Dabei ist B ein durch einen Anpassungsprozess erhaltener Parameter. Gleichung (34) wird verwendet, um die Werte von Ku zu bewerten, und die Ergebnisse sind in Tabelle 8 aufgeführt. Es wurde festgestellt, dass die Partikelgröße der hergestellten Nanopartikel die magnetische Anisotropie beeinflusst. Die Spin-Bahn-Kopplung, Kristallfeldwechselwirkungen und ihr Verhältnis sind die Ursachen der einachsigen magnetischen Anisotropie. Die einachsige magnetokristalline Anisotropie entsteht durch Spin-Bahn-Kopplung, die durch ungelöschte Metallionen an den B-Stellen von MFe2O4-Ferriten verursacht wird93,94.

Das magnetische Anisotropiefeld (Ha) der vorbereiteten Proben wird mit Hilfe der folgenden Beziehung95 geschätzt

Die magnetokristalline Anisotropiekonstante wurde berechnet, um die Funktion der magnetischen Anisotropie zu verstehen. Die Koerzitivfeldstärke beeinflusst den Wert der magnetischen Anisotropiekonstante. Infolgedessen hängt sein größerer Wert mit dem starken Widerstand der Dipole gegen Vernichtung zusammen, wenn ein umgekehrtes Magnetfeld angelegt wird. Mittlerweile geht man davon aus, dass der niedrigere Wert der Anisotropiekonstante auf die Relaxation der Magnetisierung für Partikel mit geringerer Anisotropie aufgrund des Einflusses der Wechselwirkungen zwischen den Partikeln zurückzuführen ist.

Es wurden zwei Arten des magnetischen Moments berechnet, nämlich das berechnete magnetische Moment und das beobachtete magnetische Moment. Das beobachtete magnetische Moment wurde aus der Hystereseschleife mithilfe der folgenden Beziehung abgeschätzt60,96,97:

Dabei ist M das Molekulargewicht und „MS“ die Sättigungsmagnetisierung. Aufgrund des Zwei-Untergitter-Modells von Neel wurde das berechnete magnetische Moment unter Verwendung der Beziehung98 berechnet:

wobei „MA“ dem magnetischen Moment des A-Untergitters und „MB“ dem B-Untergitter entspricht.

Das berechnete magnetische Moment von silbersubstituiertem Kobaltferrit wird gemäß der geschätzten Kationenverteilung wie folgt berechnet:

Bei x = 0:

Ebenso ein magnetisches Moment bei x = 0,1:

Es ist offensichtlich, dass die Werte des berechneten magnetischen Moments an der tetraedrischen A-Stelle ansteigen und aufgrund der Substitution des nichtmagnetischen Ag2+-Ions an der oktaedrischen B-Stelle eine Abnahme des magnetischen Moments beobachtet wurde. Abbildung 15 zeigte, dass das berechnete magnetische Moment „M(Calc)“ eine gute Übereinstimmung mit dem beobachteten magnetischen Moment „nB“ aufweist, beide nehmen leicht ab; Bei höheren Konzentrationen des Dotierstoffs nimmt das magnetische Moment jedoch wieder zu, da das nichtmagnetische Ag2+-Ion nicht weiter im Gitter aufgelöst wurde, was zu einem Anstieg des magnetischen Moments führt, der durch Kobalt- und Eisenionen verursacht wird. Die Co2+-Ionen an der oktaedrischen B-Stelle werden durch die nichtmagnetischen Ag2+-Ionen ersetzt, und einige der Kobaltionen wandern in Richtung der tetraedrischen A-Stelle. Der Unterschied in der Untergittermagnetisierung, der durch die antiferromagnetische Wechselwirkung zwischen den Spins auf beiden Seiten verursacht wird, bildet das magnetische Nettomoment pro Formeleinheit bei null Kelvin. Neels Zwei-Untergitter-Ferrimagnetismus-Modell sagt voraus, dass die magnetischen Momente von Ionen auf den tetraedrischen (A) und oktaedrischen (B) Plätzen antiparallel zueinander ausgerichtet sind, was darauf hindeutet, dass ihre Spins eine kollineare Struktur haben. Nach dem Untergittermodell von Neel wird beobachtet, dass die Magnetisierung an der oktaedrischen B-Stelle abnimmt; Die Folge ist die Schwächung der B-B-Wechselwirkung. Daher wurde die Gesamtmagnetisierung im System als Ergebnis der Anwesenheit von Eisen- und Kobaltionen geschätzt. Gemäß dem Yafet-Kittle-Modell verringert der Ersatz von Ag2+-Ionen (nicht magnetisch) durch Co2+-Ionen an der oktaedrischen B-Stelle das magnetische Moment der entsprechenden Stelle, wodurch eine Verringerung der AB-Wechselwirkung beobachtet wird. Allerdings ist der Ionenradius von Silber größer als der von Kobalt; Daher verschiebt es einige Kobaltionen gewaltsam in Richtung der tetraedrischen A-Stelle, da diese AA-Wechselwirkung mit zunehmender Konzentration zunimmt, was wiederum zu einem Anstieg des magnetischen Moments führt.

Diagramm zwischen dem berechneten und dem beobachteten magnetischen Moment.

Aus den Ergebnissen in Tabelle 9 geht hervor, dass die Werte der Koerzitivfeldstärke, der Remanenz und der Quadratizitätsverhältnisse den Trend der Sättigungsmagnetisierung aufweisen, d. h. für x = 0,05 nimmt die Sättigungsmagnetisierung aufgrund der Substitution nichtmagnetischer Ionen plötzlich ab; Danach steigen die Sättigungsmagnetisierungswerte mit steigenden Konzentrationen von Ag2+-Ionen in Kobaltferrit-Nanopartikeln allmählich an.

Darüber hinaus wurde eine erhebliche Verschiebung der Hystereseschleife beobachtet und mit Exchange Bias-Ereignissen in Verbindung gebracht. Eine Möglichkeit, das Exchange-Bias-Feld zu beschreiben, ist wie folgt:

wobei H (+) und H (−) die Schnittpunkte der Magnetisierung mit +ve bzw. −ve auf der Feldachse sind. HEB hat einen Maximalwert von 1,98 Oe für AgCoFe2O4 und einen Minimalwert von 1,8 Oe für CoFe2O4. H2, H3 und H4 haben die Werte (1,55, 1,75, 1,85) für einen höheren Achsenabschnitt und (1,40, 1,63, 1,71) für einen niedrigeren Achsenabschnitt. Da sich die magnetische Struktur der Oberfläche von der im Kern unterscheidet, kann diese Tendenz durch das Vorhandensein mehrerer Spinkonfigurationen in der Nanostruktur erklärt werden. Dieses Verhalten wird jedoch auf die Wechselwirkung zwischen den schwachen antiferromagnetischen Spins im Kern der Ag-Ferritkörner und den schwachen ferrimagnetischen Spins auf ihrer Oberfläche zurückgeführt. Dies ist mit der Kern-Schale-Hypothese der Kornstruktur vereinbar.

Die Schaltfeldverteilung (SFD) wird dargestellt als:

SFD bezeichnet die Rechteckigkeit der H-M-Schleife und ΔH wird aus der Halbwertsbreite des Peaks der dM/dH-Kurve geschätzt. Aufgrund der intrinsischen magnetischen Eigenschaften der Kristallinität und der Gleichmäßigkeit der Substitution existiert SFD.

Es wurde beobachtet, dass die Magnetisierung einen direkten Einfluss auf die antibakterielle Aktivität hat99. Aufgrund des Vorhandenseins von Oxiden im Verbundwerkstoff wird ein magnetisches Moment in den magnetischen Eigenschaften beobachtet, und aufgrund der magnetischen Eigenschaften zieht es die Membran von Bakterien an. Es wurde festgestellt, dass die Partikelgröße der Hauptgrund für die antibakterielle Aktivität ist, und aus den antibakteriellen Ergebnissen lässt sich erkennen, dass die Nanopartikel eine hohe antibakterielle Wirkung haben.

In LBA-Medien (Luria Bertani Agar) wurden erkrankte Ag-substituierte Kobaltferritproben beimpft. Nach 24-stündiger Inkubation bei 25 °C war das Bakterienwachstum deutlich sichtbar. Mithilfe der Ausstreichmethode wurden die Bakterienkolonien in separaten Platten gereinigt.

Ag2+-dotierte Kobaltferrit-Nanopartikel wurden mithilfe der hydrothermischen Methode und ihrer antibakteriellen Wirkung gegen Acinetobacter Lwoffii (eine Ursache chronischer Krankheiten wie Diabetes mellitus, Nierenerkrankungen, starkes Rauchen usw.) und Moraxella-Arten (eine Ursache von Krankheiten) hergestellt wie Blut- und Augeninfektionen). Verschiedene Konzentrationen von Ag-dotierten Kobaltferriten [H1(x = 0), H2(x = 0,05), H3(x = 0,1) und H4(x = 0,15)] Nanopartikelpulverproben wurden gegen Acinetobacter Lwoffii- und Moraxella-Arten verwendet Hemmzonen prüfen. Zu diesem Zweck wurde die Methode der guten Diffusion verwendet. Abbildung 16 wird als Referenz verwendet und nun wird Aktivität auf der Platte beobachtet, während die antibakterielle Aktivität in Abb. 17 dargestellt werden kann. Aus Abb. 16 ist ersichtlich, dass sich die Bakterien über die gesamte Platte verteilt haben. In Abb. 17 ist jedoch zu erkennen, dass die Nanopartikel beginnen, Bakterien abzutöten, und in Abb. 17 ist ein klares Bild der Bakterientötung zu erkennen.

Die Referenzplatte und das Bakterienwachstum werden auf der Referenzplatte erfasst.

Die Ergebnisse von H1, H2, H3 und H4 bei Acinetobacter Lwoffii (a) und Moraxella-Arten (b).

Die Gesamtabmessungen der Glas-Petrischale betrugen 10 × 10 × 2 cm. Die Hemmzone des Moraxella-Stammes mit Ag-dotierten Kobaltferrit-Nanopartikeln der H1-, H3- und H4-Probe hatte eine durchschnittliche Länge von etwa 2,7 cm oder 15 mm, 3,7 cm oder 37 mm, 4,72 cm oder 47,2 mm und 4,9 cm oder 49 mm und die Hemmzone von Acinetobacter Lwoffii mit Ag-dotierten Kobaltferrit-Nanopartikeln der H1-, H3- und H4-Probe hatte eine durchschnittliche Länge von ungefähr 2,5 cm oder 25 mm, 4,5 cm oder 45 mm, 5,3 cm oder 53 mm und 6,9 cm oder 69 mm (Abb. 18).

Hemmzonen von H1, H2, H3 und H4 gegen Acinetobacter Lwoffii- und Moraxella-Arten.

Die Studie bestätigte die Existenz pathogener Mikroorganismen. Bei den isolierten und identifizierten Arten handelte es sich um Pseudomonas syringae und Bacillus-Arten.

Für die Eudämonie von Einzelpersonen und Gesellschaften waren einige der Heilpflanzen von großem Interesse. Aus den Abbildungen geht hervor, dass die Proben H4 und H3 eine antibakterielle Aktivität gegen Pseudomonas syringae zeigen und die Hemmzonenwerte berechnet werden, was sehr hohe Konzentrationswerte gegen Pseudomonas syringae darstellt. Andererseits haben die Konzentrationsproben H1 und H2 keinen Einfluss auf Pseudomonas syringae, was aufgrund der geringen Ag-Konzentration in Kobaltferrit vermutet wird. Andererseits hat die hohe Ag-Konzentration in Kobaltferrit möglicherweise keine Wirkung auf Bacillus-Arten, und eine niedrigere Konzentration zeigt antibakterielle Wirkung bei Bacillus-Arten.

Silberdotierte Kobaltferrit-Nanopartikel (AgxCo1−xFe2O4) mit unterschiedlichen Konzentrationen an Ag2+ (x = 0, 0,05, 0,1, 0,15) werden durch hydrothermale Technik hergestellt. Die XRD-Analyse bestätigt die Bildung der kubisch-inversen Spinellstruktur. Die FTIR-Analyse bestätigte die Bildung einer inversen Spinellstruktur mit der Hauptbande bei 874 cm−1, was auf die Streckschwingungen einer Metall-Sauerstoff-Bindung zurückzuführen sein könnte. Die optische Bandlückenenergie nimmt mit steigender Ag-Konzentration aufgrund einer Abnahme der Kristallitgröße zu. Die Sättigungsmagnetisierung nimmt zunächst ab, aber mit zunehmender Silberkonzentration nimmt die Sättigungsmagnetisierung zu. Es wurden antibakterielle Aktivitätstests gegen Acinetobacter Lwoffii und Moraxella beobachtet. Es wurde der Schluss gezogen, dass Nanopartikel mit einer hohen Silberkonzentration eine wirksamere bakterizide Wirkung gegen den Bakterienstamm Acinetobacter Lwoffii haben, während Nanopartikel mit einer höheren Konzentration wirksamer sind und die Bakterien abtöten, um den Bakterienstamm Moraxella abzutöten. Dieses Material eignet sich zur Gedächtnisspeicherung und zur antibakteriellen Aktivität.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim jeweiligen Autor erhältlich.

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Wir sind dem Dekanat für wissenschaftliche Forschung der King Khalid University, Saudi-Arabien, sehr dankbar für die Finanzierung dieser Arbeit durch das Forschungsgruppenprogramm unter der Fördernummer RGP2: 233/44. Wir danken der Schlesischen Technischen Universität, Polen, und dem Lahore College for Women University, Lahore, Pakistan, für ihre Unterstützung der Forschungsaktivitäten.

Fachbereich Physik, Lahore College for Women University, Lahore, Pakistan

Waqia Tahir, Talat Zeeshan, Salma Waseem und Zohra Kayani

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Muhammad Danish Ali

Ph.D. Schule, Schlesische Technische Universität, 2a Akademicka Str., 44-100, Gliwice, Polen

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Safa Ezzine

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WT, MDA bereiteten die Proben vor, MDA, WT und TZ schrieben die Manuskriptdaten, MDA, TZ, SW, FM, ZH, AA, SYA und ZK führten die Aufsicht durch.

Korrespondenz mit Talat Zeeshan oder Muhammad Danish Ali.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Tahir, W., Zeeshan, T., Waseem, S. et al. Einfluss der Silbersubstitution auf die strukturellen, magnetischen, optischen und antibakteriellen Eigenschaften von Kobaltferrit. Sci Rep 13, 15730 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-41729-7

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Eingegangen: 30. Juni 2023

Angenommen: 30. August 2023

Veröffentlicht: 21. September 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-41729-7

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