Riassunto analitico
Le nanoparticelle di ossido di zinco (ZnO NPs) sono state sintetizzate mediante metodo di precipitazione presso il laboratorio di Barchemicals (Castelnuovo Rangone, MO). Studi diffrattometrici indicano che il loro diametro medio (calcolato mediante la formula di Debye-Sherrer) è compreso tra i 23 e 51 nm. È dimostrato che le ZnO NPs posseggono proprietà antibatteriche e sono una valida alternativa alle TiO2 NPs, la cui atossicità è stata messa in discussione negli ultimi anni, indipendentemente da forma e dimensione. Le proprietà antibatteriche delle ZnO NPs sono dovute sia alla diretta interazione della nanoparticella con la parete cellulare, sia agli ioni Zn2+ liberati in soluzione che interagiscono anch’essi con la parete cellulare, sia alle proprietà fotocatalitiche dello ZnO. L’ossido di zinco è un semiconduttore con un largo band gap (3,37 eV) tra la banda di valenza piena (VB) e quella di conduzione vuota (CB). Ogni volta che un fotone con sufficiente energia promuove un elettrone dalla VB alla CB, si crea una coppia elettrone – lacuna elettronica. Sia le lacune sia gli elettroni, reagendo rispettivamente con l’acqua e l’ossigeno, sono responsabili della formazione delle specie reattive dell’ossigeno (ROS), le quali danneggiano le pareti cellulari batteriche, entrano nell’ambiente intracellulare e danneggiano le varie componenti della cellula fino alla morte. È possibile migliorare le prestazioni delle ZnO NPs grazie al dopaggio con vari ioni metallici, che hanno l’effetto di diminuire il band gap. In questo modo, il range di assorbimento dei fotoni si sposta dal UV alla luce visibile, aumentando la produzione dei ROS. Questo studio mette a confronto i vari elementi dopanti (Li+, Al3+, Ce3+, Mg2+e Gd3+) per verificare quale di questi incrementi maggiormente le proprietà biocide delle ZnO NPs grazie a test di efficacia batterica contro E. Coli.
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Abstract
Zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) were synthesized by precipitation method at Barchemicals laboratory (Castelnuovo Rangone, Modena, Italy). Diffractometric studies indicate their average diameter (calculated using the Debye-Sherrer formula) is between 23 and 51 nm. ZnO NPs have been reported to possess antibacterial properties and are a valid alternative to TiO2 NPs, whose non-toxicity has been questioned in recent years, regardless of shape and size. The antibacterial properties of ZnO NPs are due both to direct interaction of nanoparticle with bacterial cell walls, both with Zn2+ ions released in solution which also interact with cell walls. Lastly, also the photocatalytic properties of ZnO contribute to antibacterial properties of ZnO NPs. Zinc oxide is a semiconductor with a wide band gap (3.37 eV) between full valence band (VB) and empty conduction band (CB). Whenever a photon with enough energy promotes an electron from VB to CB, a positive hole is created in VB. Both holes and electrons, reacting with water and oxygen respectively, are responsible of reactive oxygen species' (ROS) formation, which damage bacterial cell walls and enter in intracellular environment harming various cell's components until the bacterium dies. It is possible to improve ZnO NPs' performance thanks to metal ions doping, which decreases the band gap. In this way, photon absorption range shifts from UV to visible light, increasing ROS production. This study compares different doping elements (Li+, Al3+, Ce3+, Mg2+ and Gd3+) to verify which one of these better increase biocidal properties of ZnO NPs thanks to bacterial efficacy tests against E. Coli.
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