코발트 페라이트의 구조적, 자기적, 광학적, 항균 특성에 대한 은 치환의 영향

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 15730(2023) 이 기사 인용

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농도(x = 0, 0.05, 0.1, 0.15)의 은 도핑 코발트 페라이트 나노입자 AgxCo1-xFe2O4가 열수 기술을 사용하여 제조되었습니다. XRD 패턴은 CoFe2O4의 스피넬 상의 형성과 스피넬 구조에 Ag 이온의 존재를 확인합니다. 스피넬 상 AgxCo1-xFe2O4 나노입자는 FTIR 분석을 통해 사면체 및 팔면체 위치를 나타내는 874 및 651 cm-1에 형성된 주요 밴드로 확인됩니다. 광학 특성 분석을 통해 도펀트 농도가 증가함에 따라 밴드 갭 에너지가 증가하는 것으로 나타났습니다. 농도 x = 0, 0.05, 0.1, 0.15인 준비된 나노입자에 대해 표시된 에너지 밴드 갭 값은 각각 3.58eV, 3.08eV, 2.93eV 및 2.84eV입니다. Co2+ 이온을 비자성 Ag2+ 이온으로 대체하면 포화 자화의 변화가 발생하며 Ms 값은 48.36, 29.06, 40.69 및 45.85 emu/g로 기록됩니다. CoFe2O4 및 Ag2+ CoFe2O4 나노입자는 Acinetobacter Lwoffii 및 Moraxella 종에 대해 효과적인 것으로 밝혀졌으며 박테리아에 대한 x = 0.15 및 8 x 8 cm의 높은 억제 구역 값을 갖습니다. 이상의 결과를 통해 합성된 물질이 메모리 저장소자 및 항균 활성에 적합함을 시사한다.

현 시대에 나노기술은 독특하고 놀라운 전기적, 물리화학적, 기계적 효과로 인해 인간 생활의 거의 모든 분야에서 중요한 역할을 하고 있습니다1,2,3. 나노 크기의 물질은 (1) 큰 표면적 대 부피 비율 및 (2) 양자 효과4와 같은 독특하고 놀라운 특성으로 인해 물질의 개별 상태로 간주됩니다. 이러한 완벽한 특성 개선으로 인해 표적 약물 전달, MRI(자기공명영상), 세포 라벨링, 유전자 치료, 암 치료 및 다양한 의료 기기와 같은 다양한 생물의학 응용 분야에 적합해졌습니다5,6,7,8,9,10,11, 12,13,14,15,16. 자성 나노입자는 그 매혹적인 특성으로 인해 관심의 초점이 되어 왔습니다. 이들은 잠재적으로 기본 촉매, 나노 유체 및 광학 필터와 같은 나노 물질과 함께 촉매 작용에 사용될 수 있습니다. 이러한 나노입자의 자산은 일반적으로 제조 기술 및 화학 조성에 따라 달라집니다. 페라이트는 단단하고 부서지기 쉬운 특성을 지닌 세라믹 재료입니다18. 스피넬 페라이트의 특성은 재료 합성에 채택된 방법, 시간 및 온도, 화학량론적 비율, 사면체 및 팔면체 사이트 간의 양이온 분포, 입자 크기 및 형태와 같은 다양한 요소에 따라 달라집니다. 오늘날 코발트 페라이트 자성 나노입자는 높은 보자력, 자기 결정질 이방성, 화학적 안정성, 적당한 포화 자화 및 형태로 인해 연구자에게 큰 관심을 끌고 있습니다. 낮은 가열 효율, 생체 적합성 등과 같은 MNP 사용 시 제기되는 한계를 극복하기 위해; 산화철 나노입자는 단백질에 의해 대사 및 운반이 용이하고 제약 분야에서 나노 규모로 성공적으로 사용될 수 있기 때문에 활용도가 상당히 높습니다. 큐빅 스피넬 페라이트(MFe2O4, 여기서 M은 2가 금속 이온)는 높은 포화 자화 및 높은 열 효율을 갖는 기본 유형의 자성 재료입니다. 코발트와 철이 인체에 모두 존재하므로 2가 상태에서 Co2+, 3가 상태에서 Fe+3의 안정성이 더 높기 때문에 이러한 물질에서 공기 산화 가능성이 낮다는 것은 잘 알려져 있습니다24. CoFe2O4는 고열치료, 자기공명영상, 자기분리, 약물전달, 바이오센서 등과 같은 생체의학 응용분야에서 재료의 범위를 강화하기 위해 전이금속으로 도핑되는 것이 바람직합니다.25,26. 이러한 나노입자는 또한 연구의 자극 영역을 구성하는 병리학 및 약물 내성 미생물에 대한 항미생물제로도 사용됩니다27. 구리, 아연, 니켈, 은 등과 같은 다양한 전이금속은 다양한 생명 분야에서 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 아연 대체 코발트 페라이트 나노입자는 항균 특성뿐만 아니라 변환기, 변압기 및 바이오센서를 만드는 데 사용되는 반면 니켈 도핑된 코발트 페라이트 나노입자는 전자레인지, 고밀도 기록 매체 및 전자 장치29에서 폭넓게 응용됩니다. 은(Ag)은 전도성과 플라즈몬성을 모두 지닌 전이 금속이며, 그 전기적 구조로 인해 전자 구름이 발달할 수 있습니다. 이러한 진동 및 빛 상호 작용 비편재화된 전자는 독특한 광학적 및 전기적 특징을 생성할 수 있습니다. 전자, 포토닉스, 생물학적 감지, 태양 전지 표면 코팅, 촉매 및 염색 안료에 사용되는 것 중에서 선호되는 금속 요소입니다. 은(Ag) 나노입자는 화학적 안정성, 경제성, 가장 높은 열 및 전기 전도성으로 인해 가장 유리한 금속으로 선택되었습니다. 과거에는 수많은 생명을 구하기 위한 다양한 살균 목적을 위해 항생제 치료가 유일한 방법으로 여겨졌습니다. 그러나 여러 연구에서는 과도한 항생제 사용이 다제내성 박테리아 균주를 유발할 수 있다는 증거가 있습니다33. 항생제의 과다사용, 품질저하, 잘못된 처방 등 다양한 요인이 '슈퍼박테리아'의 원인이 됐다. 글로벌 헬스케어에 대한 이러한 치명적인 상황을 극복하기 위해 다양한 나노입자의 항균 활성이 연구되었습니다34,35. 고대 문명에서는 은과 그 콜로이드 현탁액이 일반적으로 전염병을 줄이는 데 사용되었습니다. 실현 가능한 항균 메커니즘은 DNA 손상, 박테리아 세포막 파괴, 은 이온 방출 및 전자 수송과 같은 Ag 나노입자에 의한 미생물 사멸 작용에 관여합니다36,37,38. 독성이 낮고 올리고역학적 성능이 뛰어난 이러한 나노입자는 당뇨병 상처 드레싱, 수술 기구의 살균 코팅, 살균 비누, 스킨 로션 및 크림을 비롯한 상용 소비재에서 항균제로 사용되는 것이 바람직합니다. 나노 규모의 AgxCo1-xFe2O4 나노입자는 항균 활성에 더 유익하며 코발트 페라이트 나노입자의 자기 특성은 재료가 자기 분산을 안정화하는 데 도움이 되고 인체 건강에 더 효과적이고 덜 독성을 갖게 합니다39,40,41. 경제성과 광범위한 조성 제어로 인해 열수 방법은 가장 널리 사용되는 기술 중 하나입니다. 열수 공정 중 결정의 핵 생성 및 형태학적 성장 속도는 결정화 입자의 크기를 조절합니다. Palak Mahajan 등43은 AgxCo1-xFe2O4 나노입자의 항균 활성을 연구하여 그람 음성균에 비해 그람 양성균에 대해 더 효과적이라는 결론을 내렸습니다. Okasha 등44은 MgFe2O4의 Ag 도핑으로 인한 변화를 분석하고 열 및 전기 전도성을 설명했습니다. MK Satheeshkumar 등45은 AgxCo1-xFe2O4 나노입자의 자성, 구조 및 살균 특성을 조사하여 일부 박테리아, 즉 황색포도상구균, 대장균 및 칸디다 아블리칸스에 대한 항균 활성의 좋은 결과를 밝혔습니다.