Impact de la substitution de l'argent sur les propriétés structurelles, magnétiques, optiques et antibactériennes de la ferrite de cobalt

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 15730 (2023) Citer cet article

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Des nanoparticules de ferrite de cobalt dopées à l'argent AgxCo1−xFe2O4 avec des concentrations (x = 0, 0,05, 0,1, 0,15) ont été préparées à l'aide d'une technique hydrothermale. Le motif XRD confirme la formation de la phase spinelle de CoFe2O4 et la présence d’ions Ag dans la structure spinelle. Les nanoparticules AgxCo1−xFe2O4 en phase spinelle sont confirmées par analyse FTIR par les bandes majeures formées à 874 et 651 cm−1, qui représentent les sites tétraédriques et octaédriques. L'analyse des propriétés optiques révèle une augmentation de l'énergie de la bande interdite avec l'augmentation de la concentration du dopant. Les valeurs de bande interdite d’énergie représentées pour les nanoparticules préparées avec des concentrations x = 0, 0,05, 0,1, 0,15 sont respectivement de 3,58 eV, 3,08 eV, 2,93 eV et 2,84 eV. Le remplacement de l'ion Co2+ par l'ion non magnétique Ag2+ provoque une modification de l'aimantation à saturation, avec des valeurs Ms de 48,36, 29,06, 40,69 et 45,85 emu/g enregistrées. Les nanoparticules CoFe2O4 et Ag2+ CoFe2O4 se sont révélées efficaces contre les espèces Acinetobacter Lwoffii et Moraxella, avec une valeur de zone d'inhibition élevée de x = 0,15 et 8 × 8 cm contre les bactéries. Il est suggéré que, d'après les résultats ci-dessus, le matériau synthétisé convient aux dispositifs de stockage de mémoire et à l'activité antibactérienne.

À l’ère actuelle, la nanotechnologie modifie et joue un rôle vital dans presque tous les domaines de la vie humaine en raison de ses effets électriques, physico-chimiques et mécaniques uniques et merveilleux1,2,3. Les matériaux de taille nanométrique sont censés constituer l’état discret de la matière, en raison de leurs attributs uniques et étonnants tels que (1) un grand rapport surface/volume et (2) des effets quantiques4. Ces améliorations parfaites de leurs propriétés les ont rendus adaptés à diverses applications biomédicales telles que l'administration ciblée de médicaments, l'IRM (imagerie par résonance magnétique), le marquage cellulaire, la thérapie génique, le traitement du cancer et divers dispositifs médicaux5,6,7,8,9,10,11, 12,13,14,15,16. Les nanoparticules magnétiques suscitent beaucoup d’intérêt en raison de leurs propriétés fascinantes. ils peuvent potentiellement être utilisés en catalyse avec des nanomatériaux comme catalyseurs de base, nanofluides et filtres optiques. Les atouts de ces nanoparticules dépendent généralement de la technique de fabrication et de la composition chimique17. Les ferrites sont des matériaux céramiques de nature dure et cassante18. Les propriétés des ferrites spinelles reposent sur divers facteurs, tels que la méthode adoptée pour la synthèse des matériaux, le temps et la température, le rapport stoechiométrique, les distributions cationiques entre les sites tétraédriques et octaédriques, la taille des particules et la morphologie19. De nos jours, les nanoparticules magnétiques de ferrite de cobalt présentent un grand intérêt pour les chercheurs en raison de leur forte coercivité, de leur anisotropie magnétocristalline, de leur stabilité chimique, de leur magnétisation à saturation modérée et de leur morphologie20,21,22. Pour surmonter les limites soulevées par l'utilisation de ces MNP, telles qu'une mauvaise efficacité de chauffage, une biocompatibilité, etc. ; la facilité d'utilisation des nanoparticules d'oxyde de fer est bien plus élevée car elles peuvent être métabolisées et transportées par des protéines facilement et utilisées avec succès dans le domaine pharmaceutique à l'échelle nanométrique. Les ferrites spinelles cubiques (MFe2O4, où M est un ion métallique divalent) sont un type fondamental de matériaux magnétiques dotés d'une magnétisation à saturation élevée et d'une efficacité thermique élevée23. Il est bien connu que le cobalt et le fer sont présents dans le corps humain, donc la stabilité du Co2+ à l’état divalent et du Fe+3 à l’état trivalent est plus élevée, par conséquent, le risque d’oxydation aérienne est moindre dans ces matériaux24. CoFe2O4 est de préférence dopé avec des métaux de transition pour intensifier la portée du matériau dans les applications biomédicales telles que l'hyperthermie, l'imagerie par résonance magnétique, la séparation magnétique, l'administration de médicaments, les biocapteurs, etc.25,26. Ces nanoparticules sont également utilisées comme agents antimicrobiens contre les microbes morbides et résistants aux médicaments qui constituent le domaine de recherche stimulant27. Différents métaux de transition tels que le cuivre, le zinc, le nickel, l'argent, etc. jouent un rôle essentiel dans différents domaines de la vie. Par exemple, les nanoparticules de ferrite de cobalt substituées au zinc sont utilisées pour fabriquer des transducteurs, des transformateurs et des biocapteurs ainsi que des propriétés antibactériennes28, tandis que les nanoparticules de ferrite de cobalt dopées au nickel ont de nombreuses applications dans les micro-ondes, les supports d'enregistrement haute densité et les appareils électroniques29. L'argent (Ag) est un métal de transition à la fois conducteur et plasmonique, et sa structure électrique permet le développement d'un nuage électronique. Ces électrons délocalisés oscillant et interagissant avec la lumière peuvent produire des caractéristiques optiques et électriques uniques30. C'est l'élément métallique préféré parmi ceux utilisés pour l'électronique, la photonique, la détection biologique, les revêtements de surface des cellules solaires, les catalyseurs et les pigments colorants31. Les nanoparticules d'argent (Ag) ont été choisies comme métal le plus favorable parmi tous en raison de leur stabilité chimique, de leur prix abordable et de leur conductivité thermique et électrique la plus élevée32. Dans le passé, le traitement antibiotique était considéré comme le seul moyen, à diverses fins bactéricides, de sauver d'innombrables vies. Cependant, plusieurs études démontrent qu’une utilisation excessive d’antibiotiques peut provoquer des souches bactériennes multirésistantes33. De nombreux facteurs sont devenus la cause des « superbactéries », tels que l'utilisation d'antibiotiques en quantité excessive, de mauvaise qualité et de mauvaises prescriptions. Pour surmonter cette situation fatale pour les soins de santé mondiaux, diverses nanoparticules ont été étudiées pour leur activité antibactérienne34,35. Dans les civilisations anciennes, l’argent et ses suspensions colloïdales sont généralement utilisés pour diminuer les troubles infectieux. Des mécanismes antimicrobiens réalisables ont été impliqués dans les actions de destruction microbienne des nanoparticules d'Ag, telles que les dommages à l'ADN, la perturbation de la membrane cellulaire des bactéries, la libération d'ions d'argent et le transport d'électrons36,37,38. Ces nanoparticules à faible toxicité et aux performances oligodynamiques supérieures sont de préférence utilisées comme agents antimicrobiens dans les biens de consommation commercialisés, notamment les pansements pour plaies diabétiques, les revêtements bactéricides sur les instruments chirurgicaux, les savons germicides, les lotions pour la peau et les crèmes. Les nanoparticules AgxCo1−xFe2O4 à l'échelle nanométrique sont plus bénéfiques pour l'activité antibactérienne et la propriété magnétique des nanoparticules de ferrite de cobalt aide le matériau à stabiliser sa dispersion magnétique et les rend plus efficaces et moins toxiques pour la santé humaine39,40,41. En raison de son prix abordable et de son contrôle étendu de la composition, la méthode hydrothermale est l’une des techniques les plus largement utilisées. Le taux de nucléation et de croissance morphologique des cristaux au cours du processus hydrothermal régule la taille des particules cristallisantes42. Palak Mahajan et al.43 ont étudié l'activité antibactérienne des nanoparticules AgxCo1−xFe2O4 et ont conclu qu'elles sont plus efficaces contre les souches bactériennes à Gram positif que contre les souches bactériennes à Gram négatif. Okasha et al.44 ont analysé les variations provoquées par le dopage Ag dans MgFe2O4 et ont décrit sa conductivité thermique et électrique. MK Satheeshkumar et al.45 ont examiné les propriétés magnétiques, structurelles et bactéricides des nanoparticules AgxCo1−xFe2O4, révélant de bons résultats d'activité antibactérienne contre certaines bactéries, à savoir Staphylococcus aureus, Escherichia coli et Candida ablicans.