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Aug 10, 2023

Biosynthese der Co3O4-Nanomedizin unter Verwendung des wässrigen Blattextrakts von Mollugo oppositifolia L. und seiner antimikrobiellen, mückenlarviziden Wirkung

Wissenschaftliche Berichte Band 13,

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 9002 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Die Nanotechnologie ist ein relativ revolutionäres Gebiet, das täglich Fortschritte bringt. Es hat erhebliche Auswirkungen auf unser tägliches Leben. Beispielsweise verfügen Nanopartikel in der Parasitologie, Katalyse und Kosmetik über besondere Eigenschaften, die ihren Einsatz in einem breiten Spektrum von Bereichen ermöglichen. Zur Synthese von Co3O4-Nanopartikeln nutzten wir die chemische Reduktionsmethode Mollugo oppositifolia L. mit wässrigem Blattextrakt. Biosynthetisierte Co3O4-Nps wurden mittels UV-Vis-Spektroskopie, Rasterelektronenmikroskop, Röntgenbeugung, EDX, Fourier-Transformations-Infrarot- und HR-TEM-Analyse bestätigt. Die Kristallitgröße aus XRD-Untersuchungen ergab etwa 22,7 nm. Das biosynthetisierte Co3O4-Nanopartikel wurde außerdem auf seine larvizide Wirkung gegen Mückenlarven Culex quinquefasciatus und seine antimikrobielle Wirkung untersucht. Das synthetisierte Co3O4-Partikel (2) zeigte eine signifikante larvizide Aktivität gegenüber Mückenlarven Culex quinquefasciatus mit einem LD50-Wert von 34,96 µg/ml als wässriger Pflanzenextrakt (1) und Kontroll-Permethrin mit einem LD50-Wert von 82,41 und 72,44 µg/ml. Im Vergleich zur antibakteriellen Standardbehandlung Ciprofloxacin zeigen die erzeugten Co3O4-Nanopartikel (2) eine deutlich verbesserte antibakterielle Wirkung gegen die Krankheitserreger E. coli und B. cereus. Die MHK für Co3O4-Nanopartikel 2 gegen C. albicans lag unter 1 µg/ml und war damit viel niedriger als die MHK für das Kontrollarzneimittel Clotrimale, die bei 2 µg pro Milliliter lag. Co3O4-Nanopartikel 2 haben mit einer MHK von 2 μg/ml eine viel höhere antimykotische Aktivität als Clotrimal, dessen MHK 4 μg/ml beträgt, gegen M. audouinii.

Chemische Insektizide werden zur Mückenbekämpfung eingesetzt, sie sind jedoch schädlich für Nichtzieltiere und verursachen gesundheitliche Probleme beim Menschen. Daher müssen wirksame und wirtschaftliche Steuerungssysteme gezielt eingesetzt werden, um diese Herausforderung effektiv zu bewältigen. Um Mücken durch verschiedene Mechanismen erfolgreich zu überwachen, können Biopestizide entwickelt werden. Weltweit übertragen Mücken schreckliche Krankheiten und Parasiten wie Masern, Dengue-Fieber, Filariose usw. Mücken sind weit verbreitet und fordern jedes Jahr fast zwei Millionen Todesopfer1. Viele Mückenkrankheiten, wie z. B. Schäden durch sozioökonomische und manuelle Arbeit in subtropischen und tropischen Ländern, verbrauchen Finanzkraft, aber durch Vektoren übertragene Krankheiten sind im Klima der Ökosysteme der Erde nicht geschützt2. Anopheles stephensi ist der Hauptüberträger von Malaria in Indien. Malaria ist mit einer früheren Häufigkeit von 1,1 bis 2,7 Millionen eine der häufigsten schweren Infektionskrankheiten mit einer geschätzten Prävalenz von 300 bis 500 Millionen aufgrund gesundheitlicher Manifestationen. Fast 40 Prozent der in der Biosphäre lebenden Menschen leben auch in tropischen Malariagebieten3. Für zwischen 120 und 44 Millionen Bürger weltweit ist der Erreger der lymphatischen Filariose Culex quinquefasciatus, der sich normalerweise durch Regenfälle verbreitet, ein wiederkehrendes Phänomen4.

Der spezifische Mechanismus, der der larviziden Wirkung von AgNPs zugrunde liegt, ist angesichts der Existenz mehrerer Forschungsartikel zu diesem Thema nicht vollständig bekannt. Die geringere Größe von AgNPs hat einige Autoren zu der Annahme veranlasst, dass sie leicht in die Darmwand von Insekten eindringen und sich an die Schwefel- und Phosphorgruppe der Desoxyribonukleinsäure binden können, was zum Zelltod führt, indem sie normale Funktionen wie die Replikation beeinträchtigen. Der Wirkungsmechanismus von AgNPs gegenüber Larven ist kaum bekannt, es liegen nur wenige Veröffentlichungen vor5,6,7,8,9. Die Auswirkungen von NPs auf Mückenlarven wurden von Kumar et al. untersucht. im Hinblick auf morphologische, biochemische, physiologische und molekulare Veränderungen10.

Infektionskrankheiten stellen im Allgemeinen eine ernsthafte Gefahr für die öffentliche Gesundheit auf der ganzen Welt dar, insbesondere wenn antibiotikaresistente probiotische Krankheitserreger entstehen. Sowohl grampositive als auch gramnegative Bakterienstämme gelten als ein erhebliches Problem für die öffentliche Gesundheit. Antibiotika wurden viele Jahre lang sowohl in der Gemeinde als auch im Krankenhaus zur Behandlung von Krankheiten eingesetzt11,12,13.

Mollugo oppositifolia L., oft auch als Schlankes Teppichkraut bekannt, gehört zur Art der Molluginaceae (englisch). Es handelt sich um eine dünne, weitläufige, schlanke, verzweigte einjährige Pflanze mit 20 bis 30 cm hohen Zweigen, die sowohl in trockenen als auch in feuchten Umgebungen gedeiht. Die Blätter sind wechselständig oder ledrig, in 4–5-Ranken angeordnet, ungleichmäßig, lanzettlich oder linealisch-lanzettlich oder gelegentlich abgerundet oder scharf und an der Spitze spitz zulaufend, wobei sie sich stark in den unauffälligen Blattstiel verjüngen. Die Blüten sind weiß und stehen in zwei oder mehr Achselbüscheln. Die Kapseln haben eine ellipsoide Form und enthalten viele dunkelbraune Samen. Creaper und unerwünschte Wurzeln14. In der Ethnomedizin wird das Kraut bei Magen-, Ohren-, Bauch- und Hautproblemen eingesetzt. Die Blätter haben einen herben Geschmack und wirken antiseptisch. Es wurde gezeigt, dass Mollugo-Unterarten antibakterielle, krebsbekämpfende, entzündungshemmende und hepatoprotektive Eigenschaften haben15.

Aufgrund ihrer faszinierenden Eigenschaften haben nanostrukturierte Materialien in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit erregt. Unter diesen Elementen liegt ein großer Schwerpunkt auf der Erforschung grundlegender Eigenschaften und funktioneller Anwendungen von Übergangsmetalloxiden16,17,18,19. Unter den Übergangsmetalloxiden sind Kobaltoxide, Co3O4 und CoO flexible Materialien, die in der natürlichen Umgebung stabil sind20,21. In den letzten Jahren wurden aufgrund ihrer möglichen Anwendungen große Anstrengungen in die Synthese und Untersuchung von Co3O4- und CoO-Nanostrukturen 22,23,24 gelenkt. Co3O4 ist die thermodynamisch stabile Art von Kobaltoxid unterhalb von 1164 K in der Umgebungsluft, während Co3O4 oberhalb dieser Temperatur in CoO zerfällt25. Co3O4 ist bei Raumtemperatur ein natürlicher Spinell26 und hat mehrere mögliche Anwendungen in Gassensoren, magnetischen Materialien, Katalysatoren und Absorbern von Sonnenenergie27,28,29,30. Für die Herstellung von Co3O431,32,33,34 wurden kürzlich mehrere Verfahren wie Oxidation, mikrowellenunterstützte Hydrothermie, Ultraschall und Hydrothermie entwickelt. CoO hingegen kristallisiert in der Struktur von Steinsalz und kann in vielen Bereichen eingesetzt werden, beispielsweise als Anoden für Lithiumbatterien, Pigmente, magnetoresistente Leseköpfe und Gassensoren35,36,37. Obwohl es einige Studien zur Synthese von CoO in Massenform mit einfachen Methoden gibt, ist diese Verbindung in reiner Form schwer zu gewinnen, da sie meist mit Co3O4 und Co-Metall verunreinigt ist.

Kobalt-Nanopartikel (Co-NPs) haben aufgrund ihrer einzigartigen elektrischen und magnetischen Eigenschaften und geringeren Kosten im Vergleich zu Edelmetall-Nanopartikeln (NPs) in letzter Zeit großes Interesse geweckt38,39. Biomedizinische Forscher haben das Potenzial von CoNPs als Therapeutika zur Therapie von Erkrankungen wie mikrobiellen Infektionen untersucht40,41. In niedrigen Konzentrationen sind CoNPs für den Körper sicher, haben starke antimikrobielle und antimykotische Aktivitäten und haben weniger Nebenwirkungen als Antibiotika42,43.

Yin und Wang zeigten, dass bei Vorhandensein des Tensids Na(AOT) bei 130 °C in Luft die Zersetzung von Co2(CO)8 in Toluol in CoO-Nanokristallen in Kombination mit Co3O4 und Co44 erfolgt. Ye et al. entwickelten CoO-Nanomaterialien unter solvothermalen Bedingungen durch eine Veresterungsreaktion45. Ghosh et al. synthetisierten reine CoO-Nanopartikel unter solvothermalen Bedingungen durch die Zersetzung von Co(II)-Cupferronat in Decalin bei 270 °C46. Guo et al. präparierten CoO-Partikel mit der CoCl2-Lösung47. In diesem Artikel wird eine grundlegende Synthesestrategie vorgeschlagen, die sich von den oben beschriebenen unterscheidet. Mithilfe des Ansatzes der grünen Chemie und der Strategie, die den wässrigen Blattextrakt von Mollugo oppositifolia L. unterstützt, werden wir über den Syntheseprozess von Co3O4-Nanopartikeln und die Bewertung seiner larviziden und antimikrobiellen Aktivitäten gegen Mücken berichten.

Die detaillierte schematische Darstellung biosynthetisierter Co3O4-Nanopartikel ist in Abb. 1a dargestellt. FTIR-Spektren werden häufig zwischen 400 und 4000 cm−1 aufgenommen. Die FT-IR-Spektren der biosynthetisierten Co3O4-NPs sind in Abb. 1b dargestellt. Ein breiter Peak bei 3465,93 cm−1 weist auf das Vorhandensein der N-H-Gruppe hin, die möglicherweise als Amineinheit aufgetreten ist. Das Vorhandensein von C-H-Alkanen mit funktionellen Gruppen wird durch eine Bande zwischen 2800 und 3000 cm-1 angezeigt. C=O wurde bei 1644,01 cm−1 von der PVP-Einheit identifiziert, wie durch spektrale Peaks gezeigt. Sowohl tetraedrische als auch oktaedrische Co-O-Schwingungen werden durch die Banden bei 509,59 cm−1 bzw. 584,80 cm−1 bestätigt. Die funktionellen Gruppen des Verkappungsmittels und die Synthese von Co3O4-Nanopartikeln wurden durch FT-IR-Analyse authentifiziert. Darüber hinaus wurde das XRD-Muster verwendet, um die Phasenreinheit und die kristalline Natur biosynthetisierter Co3O4-NPs zu analysieren, wie in Abb. 1c dargestellt.

(a) Die schematische Darstellung biosynthetisierter Co3O4-Nanopartikel. (b) FT-IR-Spektren. (c) XRD-Spektren und (d) UV-sichtbare Spektren biosynthetisierter Co3O4-Nanopartikel.

Die reine flächenzentrierte kubische Spinellphasenstruktur von Co3O4-NPs wurde durch Beugungspeaks bei 2 = 31,2°, 37,6°, 38,7°, 44,8°, 55,6°, 59,8° und 66,3° identifiziert, die auf (220) indiziert wurden, ( 311), 222), 400, (422), 511 und 440) Flugzeuge. Es wurde festgestellt, dass Standard-Co3O4-NPs Beugungspeaks aufwiesen, die den erzeugten recht ähnlich waren. Die Beugungspeaks entsprechen alle ziemlich genau der typischen Verteilung für reine Co3O4-Nanopartikel (JCPDS Nr. 00-042-1467). Es wurden bestimmte Spitzen festgestellt, die auf Verunreinigungen hinweisen. Diese ausgeprägten Peaks zeigen, dass die resultierenden Nanopartikel sehr kristallin sind. Die durchschnittliche kristallographische Größe kann aus dem beobachteten primären gebeugten Peak mithilfe der Scherer-Gleichung bestimmt werden.

Dabei ist D(hkl) die typische kristallographische Dimension, k die Formkonstante (0,89), λ die Wellenlänge des einfallenden Röntgenstrahls (Cukα-Quelle, λ = 0,15405 nm), β das Halbwertsmaximum in voller Breite (FWHM). , θ ist der Einfallswinkel des Röntgenstrahls. Ein 22,70 nm großer Co3O4-Kristall wurde erfolgreich hergestellt.

Darüber hinaus wurden UV-sichtbare Spektroskopie verwendet, um die optischen Absorptionseigenschaften der biosynthetisierten Co3O4-NPs bei Raumtemperatur zu untersuchen. Die Ergebnisse sind in Abb. 1d dargestellt. Die Bildung von Co3O4-NPs wird durch einen UV-sichtbaren Absorptionspeak bei 409 nm angezeigt. Unsere Forschung konzentriert sich auf zwei unterschiedliche Absorptionsbanden, zwischen 200 und 340 nm und 336 und 409 nm. Laut veröffentlichter Forschung können diese Banden den Ladungstransferprozessen O2– → Co2+ bzw. O2– → Co3+ zugeordnet werden. Darüber hinaus zeigt der Pflanzenextrakt einen Absorptionspeak bei etwa 238 nm, der die erfolgreiche Bildung biosynthetisierter Co3O4-Nanopartikel bestätigt.

Rasterelektronenmikroskopie wurde verwendet, um die Größe und Form der resultierenden Co3O4-NPs zu regulieren (REM). Rasterelektronenmikroskopische (REM) Scans bestätigten die Kugelform der biosynthetisierten Co3O4-NPs (Abb. 2a–c). Die biosynthetisierten Co3O4-NPs wurden in der Wildnis als Population gleichmäßig großer Partikel verteilt. Darüber hinaus bestätigte die EDX-Analyse die atomare Zusammensetzung der biosynthetisierten Co3O4-NPs. Das Vorhandensein von Kobalt- und Sauerstoffpeaks in den EDX-Spektren bestätigte, dass es sich bei dem Material tatsächlich um Co3O4-NPs handelte (Abb. 2d). Das Molekulargewicht betrug 3,58 % Kobalt und 64,20 % Sauerstoff. Zusätzliche Peaks in den EDX-Spektren können auf das Vorhandensein bioorganischer Stoffe oder Verunreinigungen in der Lösung zurückzuführen sein. Die chemische Zusammensetzung der biosynthetisierten Co3O4-Nanopartikel ist in Abb. 2e dargestellt. Untersuchungen mit Rasterelektronenmikroskopie zur Kartierung des Nanopartikels bewiesen seine Identität als Co3O4 (Abb. 2f). Kobalt wird durch die rosa Punkte dargestellt, während Sauerstoff durch die grünen Punkte dargestellt wird. Detaillierte morphologische Merkmale und chemische Zusammensetzungen biosynthetisierter Co3O4-Nanopartikel wurden mittels HR-TEM analysiert. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Abb. 2g – j dargestellt. TEM-Bilder belegen die Existenz aggregierter polykristalliner Partikel mit eingeschränkter Größenverteilung und Kugelform. Die Partikelgröße aus TEM-Bildern stimmt gut mit der durch die Debye-Scherrer-Gleichung vorhergesagten Partikelgröße überein. Abbildung 2j zeigt die Elementkartierung biosynthetisierter Co3O4-Nanopartikel, die das Vorhandensein von Co- und O-Elementen mit gleichmäßiger Verteilung bestätigt.

(a–c) FE-SEM-Morphologiebilder (d–f) EDX-Spektren und Elementkartierung (g–j) HR-TEM-Bilder und (j) Elementkartierung von biosynthetisierten Co3O4-Nanopartikeln.

Das biosynthetisierte Co3O4-Partikel (2) war im Gegensatz zu Culex quinquefasciatus mit einem LD50-Wert von 34,96 μg/ml viel aktiver als der wässrige Pflanzenextrakt (1) und das Kontroll-Permethrin, die LD50-Werte von 82,41 bzw. 72,44 μg/ml aufwiesen . Der wässrige Pflanzenextrakt (1) zeigte mit LD50-Werten von jeweils 82,41 μg/ml die geringste Aktivität gegen Culex quinquefasciatus. Dies war eine der getesteten Proben. Im Vergleich zur Positivkontrolle Permethrin, die einen LD50-Wert von 72,44 μg/ml aufwies, zeigte das hergestellte Co3O4-Nanopartikel (2) ein sehr hohes Maß an Aktivität, während der wässrige Pflanzenextrakt (1) nur ein mäßiges Maß an Aktivität aufwies. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 unten aufgeführt.

Die antibakterielle Aktivität von Ciprofloxacin wurde in vitro gegen vier verschiedene Bakterien getestet: zwei gramnegative (E. coli und Pseudomonas aeruginosa) und zwei grampositive (S. aureus und Bacillus cereus). Die MHK-Werte wurden mit der Standard-Agar-Methode bestimmt. Abbildung 3 und Tabelle 2 zeigen die MHK-Werte sowohl für das synthetisierte Co3O4-Nanopartikel (2) als auch für den wässrigen Blattextrakt von Mollugo oppositifolia L. (1). Im Vergleich zu einem wässrigen Blattextrakt von Mollugo oppositifolia L. ist die antibakterielle Aktivität des synthetischen Co3O4-Nanopartikels viel größer (1). Co3O4-Nanopartikel (2) weisen eine signifikante antibakterielle Aktivität gegen E. coli auf, mit einer minimalen Hemmkonzentration (MHK) von 23,60 μg/ml im Vergleich zu einer MHK von 25,00 μg/ml für das Kontroll-Ciprofloxacin. Co3O4-Nanopartikel (2) hatte eine wesentlich niedrigere MHK von 26,56 μg/ml als die 50,00 μg/ml des Kontroll-Ciprofloxacins gegen B. cereus. Die MHK für Co3O4-Nanopartikel (2) gegen P. aeruginosa und S. aureus betrug 34 bzw. 28 μg/ml, was etwas höher ist als die MHK für normales Ciprofloxacin. Das synthetische Co3O4-Nanopartikel (2) übertraf die Referenzaktivität bei der Abtötung von E. coli und B. cereus im Vergleich zum antibakteriellen Goldstandard Ciprofloxacin deutlich.

Antibakterielle Bildplatten aus biosynthetisierten Co3O4-Nanopartikeln (IZ – Hemmzone).

Frischer Blattextrakt 1 von Mollugo oppositifolia L. und synthetischer Nanopartikel 2 wurden beide auf ihre Fähigkeit untersucht, die Aktivität von vier verschiedenen Pilzarten zu hemmen. Im Vergleich zu Verbindung 1 ist Verbindung 2 wesentlich wirksamer gegen Pilze. Verbindung 2 bekämpft wirksam die durch Candida albicans und Malassezia audouinii verursachten Pilzinfektionen. Die minimale Hemmkonzentration (MHK) von Verbindung 2 für das Wachstum von C. albicans betrug 0,1 μg/ml und war damit viel niedriger als die des Kontroll-Clotrimal (0,2 μg/ml). Verbindung 2 hat eine noch niedrigere MHK gegen M. audouinii als Clotrimale, das eine MHK von 4 μg/ml hat. Die Ergebnisse können Sie Tabelle 3 und Abb. 4 entnehmen.

Antimykotische Bildplatten aus biosynthetisierten Co3O4-Nanopartikeln.

Die Co3O4-Nps wurden über das Autodock Vina-Programm auf ihr Andockverhalten mit dem 3OGN-Protein untersucht. Das Co3O4 Nps zeigt eine ausgezeichnete Bindungsaffinität (− 8,5 kcal/mol) als Permethrin mit einer Bindungsaffinität von (− 4,4 kcal/mol) im 3OGN-Protein. Wasserstoffbrückenbindungen sind einer der wesentlichen Faktoren für die Stabilität der Protein-Ligand-Bindung, und der günstige Bindungsabstand zwischen den H-Donor- und H-Akzeptoratomen beträgt weniger als 3,5 Å. Die Wasserstoffbindungsabstände von Co3O4 Nps lagen im jeweiligen 3OGN-Protein unter 3,5 Å, was auf eine starke Wasserstoffbindung hinweist. Co3O4 Nps bildet drei Wasserstoffbrückenbindungen mit dem Rezeptor 3OGN. An Wasserstoffbrückenkontakten waren die Aminosäurereste Asp118 (Bindungslänge: 2,10), His121 (Bindungslänge: 1,63) und Phe123 (Bindungslänge: 1,98) beteiligt. Die Aminosäurereste Tyr10, Pro11 und Ile87 waren an hydrophoben Wechselwirkungen beteiligt. Die Wechselwirkungen von Co3O4 Nps mit dem 3OGN-Protein sind in Abb. 5 dargestellt. Das Kontrollpermethrin bildete keine Wasserstoffbrückenbindungswechselwirkung mit dem Rezeptor 3OGN. An hydrophoben Wechselwirkungen waren die Aminosäurereste Leu15, Leu19, Phe59, Leu76, Leu76, His77, Leu80, Ala88, Met89, Gly92, His111, Trp114, Phe123 und Leu124 beteiligt. Die Wechselwirkungen der Verbindung Permethrin mit dem 3OGN-Protein sind in Abb. 6 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass Co3O4 Nps im larviziden Mückengeruchsbindungsprotein 3OGN eine bemerkenswerte Hemmfähigkeit aufweist als Kontrollpermethrin. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefasst.

Angedockter Komplex (a), Helix (b), molekulare Oberfläche (c) und 3D-Wechselwirkungsmodi (d) der Verbindung Co3O4 Nps innerhalb der Bindungsstelle des 3OGN-Proteins.

Angedockter Komplex (a), molekulare Oberfläche (b), 3D- (c) und 2D-Interaktionsmodi (d) von Kontrollpermethrin innerhalb der Bindungsstelle des 3OGN-Proteins.

Fortschrittliche Erfahrung ist ein Muss für eine erfolgreiche Regulierung von Mückenüberträgern. Die aktuelle Forschung hebt die aufgezeichnete Methode des wässrigen Blattextrakts von Mollugo oppositifolia L. hervor, der die Synthese von Co3O4-Nanopartikeln unterstützt. Biosynthetisierte Co3O4-Nps wurden durch UV-Vis-Spektroskopie, Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie, Röntgenbeugung, Rasterelektronenmikroskop, HR-TEM und Kartierungsstudien bestätigt. Darüber hinaus wurden Co3O4-Nanopartikel weiter auf ihre larvizide, antibakterielle und antimykotische Wirkung untersucht. Im Vergleich zu einem wässrigen Pflanzenextrakt (1) und Kontrollpermethrin (LD50 = 82,41 bzw. 72,44 μg/ml) war die Aktivität des synthetisierten Co3O4-Partikels (2) gegen Culex quinquefasciatus viel höher. Das synthetisierte Co3O4-Nanopartikel (2) zeigt eine viel größere antibakterielle Aktivität als die Kontrolle Ciprofloxacin sowohl bei den Krankheitserregern E. coli als auch bei B. cereus. Im Vergleich zum Kontroll-Clotrimale, das einen MHK-Wert von 2 μg/ml aufwies, hatten die Co3O4-Nanopartikel 2 einen MHK-Wert von 1 μg/ml, was sie wesentlich wirksamer gegen C. albicans machte. Im Vergleich dazu ist die antimykotische Aktivität von Co3O4-Nanopartikeln 2 gegen M. audouinii viel größer als die von Clotrimale, das eine minimale Hemmkonzentration (MIC) von 4 μg/ml aufweist. Folglich könnten Co3O4-Nanopartikel eine wahrscheinliche Grundlage für die Entwicklung umweltfreundlicher bioaktiver Verbindungen sowie ökologischer Biopharmazeutika und Insektizide sein.

Alle chemischen Substanzen und Lösungsmittel wurden von Nice and Loba Chemicals bezogen. Für Syntheseprozesse wurden hochreine Lösungsmittel ohne weitere Reinigung verwendet. Die Bakterienstämme E. coli, Pseudomonas aeruginosa, S. aureus und Bacillus cereus sowie verschiedene Pilzarten wurden vom iranischen Zentrum für biologische Ressourcen, dem Pasture Institute of Iran, erworben.

Der in dieser Studie verwendete Mollugo oppositifolia L. wurde an mehreren Standorten im Großraum Chennai gesammelt. Für die Produktion von Co3O4 Np wurden Blattabfälle aus jüngsten Ernten verwendet. Die Sammlung von Pflanzenmaterial und die damit verbundenen Studien entsprechen den relevanten institutionellen, nationalen und internationalen Richtlinien und Gesetzen.

Zur Erzeugung der Extraktlösung aus den Blättern der Pflanze wurde die Pflanzenart Mollugo oppositifolia L. verwendet. Grünpflanzen einer Pflanze, die erst vor Kurzem geerntet wurden, mit entionisiertem Wasser gewaschen und sehr grob gehackt. Nach dem Kochen des Pflanzenmaterials in 100 ml destilliertem Wasser bei 100 °C wurde es filtriert und dann zur weiteren Untersuchung bei 4 °C gelagert.

Die Herstellung von Kobaltoxid-Nanopartikeln begann mit dem Auflösen von CoCl2⋅6H2O (0,1 g) in einer ausreichenden Menge entionisiertem Wasser, gefolgt von der Zugabe von 10 ml einer Lösung, die einen Extrakt der Pflanze Mollugo oppositifolia L. enthielt. Anschließend wurde die Mischung 3 Stunden lang bei Raumtemperatur mit einem Magnetrührer bei einer Geschwindigkeit von 1000 U/min gerührt. Der pH-Wert der Reaktionsmischung wurde durch Zugabe von 1 ml einer 10 %igen NaOH-Lösung zur Mischung eingestellt. Der Niederschlag wurde filtriert und dann 12 Stunden lang eingedampft, der Ofen wurde auf 150 °C eingestellt und man ließ es arbeiten. Nach der Sammlung wurde das Pulver 3 Stunden lang bei 500 °C kalziniert, bevor es zu einem feinen Pulver gemahlen wurde.

Kobaltoxid-Nanopartikel wurden mithilfe der ultraschallunterstützten chemischen Fällungstechnik synthetisiert. UV-sichtbare Spektren wurden mit dem UV-sichtbaren Spektrophotometer V-730 in einem Wellenlängenbereich zwischen 200 und 800 nm aufgezeichnet. FT-IR-Spektren wurden mit einem Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer (FT/IR-6600) (CHI 1000C) im Bereich von 4000–400 cm−1 aufgezeichnet, Pulver-XRD wurde mit X'Pert Pro von PANalytical, FE-SEM mit EDX und bewertet Die Kartierung erfolgte mit FESEM sigma essential von Zeiss Microscopy. HR-TEM-Bilder und Kartierungsbilder des biosynthetisierten Co3O4-Nanopartikels werden von HR-TEM (Hitachi) erhalten. Molekulare Docking-Studien wurden verwendet, um die Wechselwirkung und den Bindungsmodus zwischen den Verbindungen Co3O4 Nps, Permethrin und dem Mückengeruchsbindungsprotein mithilfe von Autodock vina 1.1.228 zu untersuchen. Die Kristallstruktur des Mückengeruchsbindungsproteins (PDB-ID: 3OGN) wurde der Proteindatenbank (http://www.rcsb.org) entnommen. Die 3D-Assemblierung der Verbindungen Co3O4 Nps und Permethrin wurde mit der Software ChemDraw Ultra 12.0 und Chem3D Pro 12.0 erreicht. Die Eingabedateien für Autodock Vina wurden mit dem Programmpaket Autodock Tools 1.5.6 erstellt. Das Suchgitter des 3OGN-Proteins wurde auf center_x: 18,681, center_y: 49,66 und center_z: 11,409 mit den Abmessungen size_x: 22, size_y: 20 und size_z: 22 mit einem Abstand von 1,0 Å festgelegt. Der Vollständigkeitswert wurde auf 8 gesetzt. Die anderen Parameter wurden für das Andocken von Vina auf die Standardwerte gesetzt und nicht erwähnt. Die Verbindung mit dem geringsten Bindungsaffinitätswert ist die Verbindung mit der besten Bewertung und die Ergebnisse wurden visuell mit dem Programm Discovery Studio 2019 analysiert.

Das biosynthetisierte Co3O4-Nanopartikel wurde weiter auf larvizide Wirkung gegen die Larven der südstädtischen Mücke Culex quinquefasciatus untersucht. Die Beurteilungen erfolgten auf der „toten/lebendigen“ Prämisse. Die Auswertungen basieren auf einer Ratengröße im Bereich von 0 bis 100, wobei 0 überhaupt keine Aktivität und 100 völligen Mord bedeutet. Der Bioassay wurde mehrmals wiederholt und die Ergebnisse des Bioaktivitätstests dienten als Standard für jede dieser Wiederholungen. Die Eigenschaften werden mit denen der Positivkontrollsubstanz Permethrin verglichen. Die LD50-Werte einiger verschiedener dynamischer Titelmischungen wurden durch Probit-Analyse bestimmt und die Ergebnisse mithilfe der Software SPSS v16 analysiert.

Der wässrige Pflanzenextrakt (1) und die kombinierten Co3O4-Nanopartikel (2) wurden auf larvizide Wirkung gegen die Larven der südstädtischen Mücke Culex quinquefasciatus untersucht. Die Bewertung der larviziden Aktivität bei der Konvergenz des Startertests von 100 μg/ml im Gegensatz zu den südstädtischen Mückenlarven Culex quinquefasciatus im 4. Stadium durch Wasserimmersionsstrategie bei relativer Klebrigkeit von 50–70 %, Photoperiode von 10:14 (hell:dunkel). und einer Temperatur von (27 ± 2) °C. Die Tests wurden bei Konvergenzen von 100, 75, 50, 25 μg/ml unter Verwendung von löslichem Dimethylsulfoxid (DMSO) durchgeführt. Alle Testmessgläser, bestehend aus zwanzig Culex quinquefasciatus, wurden für eine 24-stündige spätere Handhabung beurteilt. Die Ergebnisse wurden anhand der durchschnittlichen prozentualen Sterblichkeit dokumentiert.

Kirby Bauer testete die antibakterielle Wirksamkeit eines wässrigen Pflanzenextrakts (1) und einer gemischten Co3O4-Nanopartikelsuspension gegen Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Klebsiella pneumophila und Pseudomonas aeruginosa in vitro (2). Scheiben sind die bevorzugte Methode zum Dispergieren von Molekülen48. Als Standard wurde die antibakterielle Aktivität von Ciprofloxacin genutzt. Bakterien wurden auf Petrischalen unter Verwendung von Nähragar kultiviert. Die gesamte Synthese wurde in DMSO durchgeführt und die Chemikalien wurden auf einer Filterpapierscheibe mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Dicke von 1 mm gehalten. Nach 24-stündiger Inkubation bei 37 °C wurden die Scheiben auf antibakterielle Aktivität getestet, indem die Größe der Hemmzone49,50 gemessen wurde, die jede einzelne auf den zuvor implantierten Platten abgelegte Fläche umgab. Minimale Hemmkonzentrationen (MHK) wurden verwendet, um die antibakterielle Aktivität eines wässrigen Pflanzenextrakts (1) und von Co3O4-Nanopartikeln (2) zu vergleichen.

Die standardisierte Disc-Agar-Diffusionstechnik51,52 wurde verwendet, um die antimykotische Aktivität von wässrigem Pflanzenextrakt (1) und kombinierten Co3O4-Nanopartikeln (2) zu bewerten. Microsporum audouinii (MTCC-8197), Candia albicans (MTCC-227), Cryptococcus neoformans (rekultiviert) und Aspergillus niger (MTCC-872) wurden zum Testen der antimykotischen Aktivität verwendet. Die Materialien wurden durch Filtrieren unter Verwendung von 0,22 m Millipore-Filtern sterilisiert, nachdem sie in 10 % Dimethylsulfoxid (DMSO) auf eine gewünschte Konzentration von 30 mg/ml gelöst wurden. Anschließend wurden Antimykotika-Studien unter Verwendung der Scheibendiffusionstechnik mit 100 l Lösung mit 104 Sporen/ml Pilzen, dispergiert über PDA-Medium, durchgeführt. Die Scheiben (6 mm Durchmesser) wurden mit 10 ml der Proben (300 g/Scheibe) behandelt und auf den infizierten Agar gelegt. Das typische Medikament war Clotrimale. Zur Herstellung der Negativkontrollen wurde 10 Prozent DMSO verwendet. Für Pilzproben wurden die Impfplatten dann 72 Stunden lang bei 37 °C inkubiert. Mit Pflanzen verbundene Pilze wurden bei 27 °C kultiviert. Die Hemmzone gegen die getesteten Stämme wurde zur Beurteilung der antimykotischen Aktivität verwendet. In dieser Studie wurde jeder Test zweimal durchgeführt.

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

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Diese Forschung wurde vom „Projekt zur Einrichtung einer regional spezialisierten Smart City Graduate School“ der Hongik University unterstützt. Diese Arbeit wurde auch durch das Förderprogramm International Science & Business Belt über die Korea Innovation Foundation unterstützt, die vom Ministerium für Wissenschaft und IKT finanziert wird.

PG Department of Chemistry, Shrimati Devkunvar Nanalal Bhatt Vaishnav College for Women, Chennai, Indien

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G. Boopathie

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AG Ramu & Dongjin Choi

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PG: Konzeptualisierung, Untersuchung, Schreiben – Originalentwurf. AK: Untersuchung, Visualisierung. SM: Datenkuration, experimentelle Instrumentenquellen, Probenanalyse. GB: Instrumentenquellen, Untersuchung, Datenkuratierung, Visualisierung. AGR: Datenkuration, experimentelle Instrumentenquellen, Probenanalyse. DC: Konzeptualisierung, Schreiben – ursprünglicher Entwurf, Überarbeitung, Überwachung, Projektverwaltung, Finanzierungseinwerbung.

Korrespondenz mit A. Kosiha oder Dongjin Choi.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Gowthami, P., Kosiha, A., Meenakshi, S. et al. Biosynthese der Co3O4-Nanomedizin unter Verwendung des wässrigen Blattextrakts von Mollugo oppositifolia L. und seiner antimikrobiellen, mückenlarviziden Wirkung. Sci Rep 13, 9002 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35877-z

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Eingegangen: 23. März 2023

Angenommen: 25. Mai 2023

Veröffentlicht: 02. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35877-z

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