Eco – Friendly Synthesis of Ag / Tio 2 Nanoparticles Using Beta Vulgaris Leaf Extract and Their Biomedical Applications

Technische Samenvatting: Milieuvriendelijke synthese van Ag/TiO₂-nanodeeltjes met behulp van Beta vulgaris bladextract en hun biomedische toepassingen

Probleemstelling
De studie behandelt twee kritieke uitdagingen: de milieu-persistentie van farmaceutische verontreinigingen, specifiek diclofenac-natrium (DCF), en de behoefte aan duurzame, niet-toxische methoden voor de synthese van geavanceerde nanomaterialen. DCF is een veelgebruikt niet-steroïde ontstekingsremmend middel (NSAID) dat resistent is tegen conventionele afvalwaterzuivering, wat leidt tot accumulatie in aquatische ecosystemen en ecologische schade veroorzaakt, waaronder endocriene disruptie in het waterleven en populatiedalingen bij gieren. Hoewel geavanceerde oxidatieprocessen (AOP's) zoals het Fenton-proces oplossingen bieden voor degradatie, vertrouwen deze vaak op instabiele reagentia zoals waterstofperoxide. Gelijktijdig vereist de synthese van metaaloxide-nanocomposieten doorgaans gevaarlijke chemicaliën. Dit onderzoek stelt een "groen" alternatief voor: de synthese van zilver-gedoteerde titaniumdioxide (Ag/TiO₂) nanodeeltjes met behulp van Beta vulgaris (biet) bladextract om een milieuvriendelijke fotokatalysator te creëren voor de degradatie van geneesmiddelen en een multifunctioneel agens voor biomedische toepassingen.

Methodologie
De onderzoekers gebruikten een groen syntheseprotocol waarbij verse Beta vulgaris bladeren werden gewassen, in de schaduw gedroogd, vermalen tot poeder en werden gebruikt als reducerend en caping-agens voor de synthese van Ag/TiO₂-nanodeeltjes. De resulterende nanohybriden werden uitgebreid gekarakteriseerd met behulp van:

• Morfologische en structurele analyse: Scanning Elektronenmicroscopie (SEM) met Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) en elementaire mapping, Transmissie Elektronenmicroscopie (TEM) en Röntgen diffractie (XRD).
• Fysische en spectrale karakterisering: Dynamische Lichtverstrooiing (DLS) voor de deeltjesgrootteverdeling, Fourier-Transform Infrarood (FT-IR) spectroscopie voor functionele groepen, en UV-Vis spectroscopie voor optische eigenschappen.
• Fotokatalytische degradatie: De degradatie van diclofenac-natrium werd beoordeeld onder UV-Vis lichtbestraling met behulp van het gesynthetiseerde Ag/TiO₂ nanocomposiet. Kinetische studies werden uitgevoerd om reactiesnelheden te bepalen, en de invloed van pH (2,5 tot 10,5) werd geëvalueerd.
• Biomedische assays:
  • Cytotoxiciteit en anticancereuze activiteit: Geëvalueerd via de MTT-assay op normale Vero-cellen en menselijke borstkanker (MCF-7) cellijnen.
  • Antioxidant activiteit: Gemeten met de DPPH radicaal wegvangende assay.
  • Antimicrobiële activiteit: Getest tegen vier bacteriële stammen (Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa) en twee schimmelstammen (Candida albicans, Trichoderma viride) met de disc-diffusiemethode.

Belangrijkste Resultaten

• Synthese en Karakterisering: De groene synthese heeft succesvol Ag/TiO₂ nanohybriden geproduceerd. SEM- en TEM-analyses toonden een gemengde morfologie van sferische, staafvormige en bloemkoolachtige structuren met deeltjesgroottes variërend van 8 tot 60 nm (met enige aggregatie tot >100 nm). XRD bevestigde een face-centered cubic structuur met een gemiddelde kristallijngrootte van ongeveer 36 nm. Elementaire mapping bevestigde de homogene distributie van Ag, Ti en O, samen met fytochemische elementen (K, Cl, S, P, Si) uit het bladextract.
• Fotokatalytische Degradatie: Het Ag/TiO₂ nanocomposiet vertoonde een hoge efficiëntie in de degradatie van diclofenac-natrium. Onder UV-Vis bestraling werd een degradatie van ongeveer 90% tot 98% bereikt binnen 40 minuten. Het proces volgde pseudo-eerste-orde kinetiek. Het proces was het meest effectief onder zure condities (pH 2,5), waarbij elektrostatische aantrekking tussen het positief geladen katalysatoroppervlak en neutrale medicijnmoleculen de adsorptie en radicaalgeneratie faciliteerde.
• Biomedische Toepassingen:
  • Anticancereuze activiteit: De nanodeeltjes vertoonden concentratieafhankelijke cytotoxiciteit. Tegen MCF-7 borstkankercellen daalde de levensvatbaarheid naar 24,78% bij 1000 µg/mL, met een IC₅₀ waarde van ongeveer 31,2 µg/mL. Normale Vero-cellen vertoonden een hogere levensvatbaarheid (54,06% bij 1000 µg/mL), wat wijst op selectieve toxiciteit jegens kankercellen.
  • Antioxidant activiteit: De nanodeeltjes vertoonden significante DPPH radicaal wegvangende activiteit, reikend tot 82,91% inhibitie bij 1000 µg/mL.
  • Antimicrobiële activiteit: De nanocomposieten vertoonden sterke, concentratieafhankelijke antibacteriële activiteit, met name tegen Bacillus cereus (18 mm inhibitiezone bij 1000 mg/mL) en Pseudomonas spp. (15 mm). De antifungale activiteit tegen Candida albicans en Trichoderma viride was echter relatief zwak en vertoonde weinig variatie met de concentratie.

Significantie en Claims
Het artikel claimt dat de studie succesvol een eenvoudige, kosteneffectieve en milieuvriendelijke methode heeft aangetoont voor de synthese van Ag/TiO₂ nanodeeltjes met behulp van plantextracten, waardoor de noodzaak voor gevaarlijke chemische reagentia wordt geëlimineerd. De gesynthetiseerde nanomaterialen worden gepresenteerd als multifunctionele agentia met veelbelovende toepassingen in:

1. Milieuradiatie: Effectieve degradatie van persistente farmaceutische verontreinigingen zoals diclofenac-natrium uit aquatische omgevingen.
2. Biomedisch Onderzoek: Potentieel gebruik als anticancereus agens tegen borstkankercellen, antioxidant en antibacterieel agens.

De auteurs concluderen dat hoewel de nanodeeltjes een aanzienlijk potentieel vertonen, verdere in vivo studies en mechanistische onderzoeken vereist zijn om hun therapeutische effectiviteit en veiligheid te bevestigen voordat klinische toepassing kan plaatsvinden. Het werk positioneert groen gesynthetiseerde Ag/TiO₂ als een levensvatbare kandidaat voor toekomstige drug delivery systemen, farmaceutische formuleringen en milieubehandeltechnologieën.