Улучшенные фото каталитические и антимикробные свойства Mg-добавленного ZnO наностержней: структурная характеристика и молекулярные доказы

Аннотация

Различные концентрации Mg-добавленного ZnO наностержней (НР) получены методом совместного осаждения. Цель — улучшить фото каталитические свойства ZnO. Влияние Mg-добавки на структуру, фазовый состав, функциональные группы, оптические свойства, элементный состав, поверхностную морфологию и микроструктуру изучали XRD, FTIR, UV-Vis, EDS, HR-TEM. Оптические спектры поглощения показали синий сдвиг при добавлении. XRD выявил гексагональную вурцитовую фазу нанокомпозита с постепенным уменьшением кристаллита при добавлении Mg. PL-спектроскопия показала эффективность захвата и миграции зарядовых носителей с рекомбинацией электрон-дырка, HR-TEM оценил межслойный d-интервал. Наличие химических связей, вибрационных мод и функциональных групп на границе ZnO раскрыли FTIR и Раман-спектры. Систематически исследованы фото каталитические, соно каталитические и сонофото каталитические свойства подготовленных НР по деградации смеси метиленового синего и ципрофлоксацина (MBCF). Эксперименты показали улучшенную деградационную способность Mg-добавленного ZnO НР. Синтезированный продукт перспективен как фото катализатор для очистки сточных вод. Mg-добавленный ZnO проявил существенную (p < 0,05) эффективность против грамотрицательных (G-ве) бактерий по сравнению с грамположительными (G+ве). In silico молекулярное докинг Mg-добавленного ZnO НР против DHFR (связывание −7,518 ккал/моль), DHPS (−6,973 ккал/моль) и FabH (−6,548 ккал/моль) E. coli предсказало ингибирование данных ферментов как возможный механизм бактерицидной активности.

Введение

Органические загрязнители в воде и бактериальные контаминанты в пищевых продуктах — ведущие вызовы для здоровой среды [1,2]. Инфекции Shigella flexneri уносят ~1,5 млн жизней в год из-за загрязнения еды и воды [3]. Токсичные и канцерогенные вещества в красителях, сбрасываемых в водную среду, создают серьезные риски для экологии и общественного здоровья [4]. Красители также влияют на фотосинтетическую активность водных организмов (цианобактерии, водоросли), снижая прозрачность пресных вод [5].

Многочисленные исследования посвящены физическим, биологическим, химическим методам и новым технологиям удаления красителей из сточных вод. Изучены физические методы: ультrafильтрация, адсорбция, осаждение [6] и биологические подходы. Биодеградация используется для разрушения растворимых органических веществ и устранения бактерий в сбросах. Химические методы: фотокatalytic деколоризация, хлорирование, озонирование [7]. Конвенциональные методы (химическое осаждение, адсорбция, коагуляция, разделение) не подходят, так как переносят красители из точки в точку и вызывают вторичное загрязнение [8]. Ищутся экологичные технологии прямого деградации органических загрязнителей в безвредные соединения [9].

Недавно фото каталитические и соно каталитические передовые окислительные процессы (AOPs) с полупроводниковыми наночастицами (НЧ) привлекли внимание благодаря химической стабильности, стоимостной эффективности и нетоксичности [10–12]. Фото катализаза — улучшенный окислительный метод: генерация зарядовых носителей в фото катализаторе под светом. Фотогенерированные носители участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, удаляя загрязнители [13,14]. Показано, что OH^· радикалы накапливаются на поверхности фото катализатора при фотобиохимических реакциях, деградируя органические красители. Сейчас синергизм фото катализаза (PCA) и ультразвука — сонофото катализаз (SPCA) — повышает деградационную эффективность нано катализаторов за счет увеличения OH^· ионов [15]. Металлоксидные НЧ для очистки воды привлекают исследователей стоимостной выгодой, экологичностью, стабильностью и повторным использованием [16,17]. Широкополосные неорганические полупроводники (TiO₂, WO₃, ZrO₂, ZnO) успешны в светово индуцированных каталитических окислительно-восстановительных процессах деградации красителей [18,19]. ZnO — известный широко-пропорциональный полупроводник (Eg=3,37 эВ) с выдающимся потенциалом благодаря активным поверхностным дефектным местам в PCA, отличной физикохимической стабильности, высокому окислительно-восстановительному потенциалу, большой энергии связи экситонов (~60 мэВ), низкой стоимости и нетоксичности [20–23]. Среди металлов магний (Mg) — самый привлекательный донор для синтеза оптически спроектированных ZnO наноматериалов. Замещение Mg в ZnO благоприятно: (i) инвариантность решетных констант, (ii) ионные радиусы близки (Mg²⁺=0,72 Å, Zn²⁺=0,74 Å), (iii) высокая растворимость Mg в ZnO, (iv) добавленный ZnO увеличивает Eg и интенсивность UV-Vis люминесценции для оптоэлектроники. Mg-добавленный ZnO служит эффективным фото катализатором для деградации красителей и антибактериальным агентом благодаря широкой оптической запрещенной зоне [23].

В работе метод совместного осаждения использован для синтеза эффективных Mg-добавленных ZnO нанокомпозитов для каталитической и бактерицидной активности. Образцы характеризованы XRD, HR-TEM, EDS, FTIR, UV-Vis, Раман-спектроскопией. Каталитическая активность изучена по деградации смеси MBCF, антибактериальная — против G+ве и G-ве бактерий. Молекулярное докинг проведено против дигидрофолат редуктазы (DHFR) и дигидроптероат синтазы (DHPS) фолатного биосинтетического пути и β-кетоацил-ацил-носителя белка синтазы III (FabH) жирнокислотного биосинтетического пути.

Методы

Материалы

Нитрат цинка тетрагидрат (Zn(NO₃)₂·4H₂O, 99,0%), хлорид магния гексагидрат (MgCl₂·6H₂O, 99,0%), гидроксид натрия (NaOH, 99,0%) — Sigma-Aldrich.

Синтез Mg-добавленного оксида цинка (ZnO)

Различные концентрации Mg в фиксированном количестве ZnO наноматериалов синтезированы совместным осаждением. 0,5 М раствор Zn(NO₃)₂·4H₂O — цинковый прекурсор, нужное количество донора (2, 4, 6, 8 вт.%) добавлено вливанием MgCl₂. Растворы помешивали в деионизированной воде 90 мин при 80 °C, pH поддерживали ~12 медленным добавлением NaOH (0,1 М). Осадок центрифугировали 4000 об/мин (20 мин), сушили 100 °C 24 ч, измельчали в тонкий порошок (рис. 1).

Характеризация материалов

Фазовый состав и структура — PANanalytical X-pert PRO XRD с CuKα-излучением (λ=1,541874 Å) в диапазоне 2θ 20°–80°. Функциональные группы — PerkinElmer FTIR. Оптические свойства — UV-Vis спектрофотометр (Genesys 10S). PL-эмиссионные спектры 300–500 нм — JASCO FP-8200 спектрофлюорометр. Элементный состав — EDS (INCA EDS software). Морфология и микроструктура — SEM (JEOL JSM 6460LV) и HR-TEM (JEOL JEM 2100F).

Фото каталитическая, соно каталитическая и сонофото каталитическая активность

Соно катализаз (SCA) и сонофото катализаз (SPCA) деградации MBCF тестировали в ультразвуковой ванне для ZnO и Mg:ZnO катализаторов на частоте ~35 кГц. Аналогично, под видимым светом — фото катализаз (PCA) для ZnO и Mg:ZnO нанокатализаторов против MBCF. В каждом эксперименте в 50 мл модельного красителя взвешивали фото катализатор (10 мг), выдерживали в темноте 10–15 мин для адсорбции-десорбционного равновесия. Видимый свет (PCA), ультразвук (SCA), комбинация (SPCA) последовательно применяли к взвесям. Каждые интервалы времени забирали 3 мл взвеси для абсорбционного анализа. Концентрация красителя определяли по разнице λ_max = 670 нм MBCF. Синий раствор бледнел со временем из-за деградации MBCF. Степень деградации (Ct/Co), где Ct — текущая концентрация, Co — начальная. Процент деградации = ((Co−Ct)/Co)×100.

Изоляция и идентификация S. aureus и E. coli

Образцы коровьего молока с субаклинным маститом собрали с ферм. Инкубированные образцы (5% овечья крови агар) посеяли на MSA (маннитол-солевая агар) и MA (МакКонки агар) для G+ве S. aureus и G-ве E. coli (pH~7). Характерные колонии идентифицировали биохимически (каталаза, коагулаза) и морфологически (Грам-окраска).

Антибактериальная активность

Бактерицидная способность НР изучали на G-ве и G+ве штаммах методом агарных колодцев: посев 1,5×10⁸ КОЕ/мл S. aureus и E. coli на MSA и MA. Колодцы диаметром 6 мм стерильным буравом. В сравнении с негативным контролем (деионизированная вода) и позитивным (ципрофлоксацин) использовали Mg:ZnO НР 0,5 мг/50 мкл и 1,0 мг/50 мкл. Петри в инкубаторе 37 °C на ночь, антибактериальная активность по диаметру зон ингибирования штангенциркулем. Статистическая значимость односторонним ANOVA (SPSS 20).

Молекулярное докинг

In silico молекулярное докинг для выявления ключевых структурных особенностей антибактериальной активности добавленного ZnO НР и предсказания механизма. Ключевые ферменты фолатного пути — DHFR и DHPS — известные мишени триметоприма и сульфаниламидов. Также β-кетоацил-ацил-носителя белка синтаза III (FabH) жирнокислотного пути. 3D-структуры из Protein Data Bank, подготовлены инструментом подготовки белка для докинга Mg-добавленного ZnO НР в активный центр. Коды доступа: 2ANQ (DHFR_E.coli), 5U0V (DHPS_E.coli), 4Z8D (FabH_E.coli). Докинг в ICM Molsoft (Molsoft L.L.C.) с оптимизацией структур минимизацией энергии. Водяные молекулы и ко-кристаллизованные лиганды удалены, добавлены полярные H-атомы, сетка для активного кармана. Лучшие докированные комплексы выбраны для анализа связывания. Discovery Studio Visualizer и PyMOL для анализа комплексов.

Результаты и обсуждение

Структурные свойства и фазовый состав. XRD (рис. 2a) бездонорного и добавленного ZnO. Пики 31,7°; 34,5°; 36,3°; 47,5°; 56,6°; 62,9°; 68,0° соответствуют плоскостям (100), (002), (101), (102), (110), (103), (112) — гексагональная структура ZnO (JCPDS №361451), группа P6₃mc. Два пика — примеси цинк-карбоксилат (черные стрелки), возможно, от реакции Zn-прекурсора с реагентами [28]. Кристаллит ZnO 26 нм (формула Шеррера), постепенно уменьшается до 23 нм при 8 вт.% Mg. Для подтверждения включения Mg в решетку отслеживали три заметных пика (100), (002), (101) [23]. Пики ZnO сдвигаются к высоким 2θ при добавлении Mg, кристаллит уменьшается при добавлении Mg, Fe, Al [29,30]. Факторы: компрессионное напряжение от разницы ионных радиусов, препятствие росту кристаллов, дефекты. Сдвиг пиков добавленного ZnO НР приписывают замещению Zn-ионов Mg-ионами из-за разницы ионных радиусов Mg²⁺ (0,57 Å) и Zn²⁺ (0,60 Å) [23,29].

SAED-паттерны добавленного ZnO (рис. 2b–d) показывают яркие точки электронной дифракции. Каждая точка — набор параллельных плоскостей в кристаллической структуре, удовлетворяющих условию Брэгга. Миллеровы индексы назначены: плоскости (002), (100), (101), (102) гексагонального ZnO с электронным пучком вдоль зоны [101] [31]. Анизотропное направление роста ZnO определяется интерфациальной свободной энергией и потенциалом растворения в воде, а также относительной скоростью роста разных плоскостей [32].

FTIR (рис. 2e) для функциональных групп, поверхностной химии, вибрационных мод. Полоса 400–560 см⁻¹ — растяжение Zn–O–Zn, подтверждает формирование ZnO. Низкочастотные полосы — M–O трансляционные вибрации (590, 670 см⁻¹) и O–M–O (430 см⁻¹) [33]. При увеличении Mg нет значимых изменений в полосе Zn-O и интенсивности. Пик 1651 см⁻¹ — симметричное растяжение C=O, интенсифицируется с Mg-нитратом. ~1362 см⁻¹ — асимметричное растяжение C–O. Углерод от исходных материалов мог случайно включиться в НР. Широкая полоса 3456 см⁻¹ — O–H растяжение адсорбированной воды [34].

UV-Vis спектрометрия для изменения поглощения при добавлении (рис. 3a). Спектры в диапазоне 250–600 нм. Максимальное поглощение 370–395 нм, сдвиг поглощения к меньшим длинам волны при разных концентрациях добавки. Увеличение поглощения и сдвиг — кислородная недостаточность, эффект размера частиц, дефекты зерновой структуры [35]. Оптическая запрещенная зона Eg (Tauc plot) выросла с 3,32 до 3,72 эВ при Mg-добавке (рис. 3b) [36,37]. Синий сдвиг Eg — эффект Бурштейна-Мосса. В металлоксидном методе уменьшение размера частиц дает синий сдвиг Eg квантовой конфинующей эффект (QCE). Но QCE не единственная причина: добавка может влиять на локальную симметрию и генерировать дефектные центры решетки, меняющие структуру зоны и сдвигая оптические свойства [38]. XRD показал, что Mg в ZnO генерирует кислородные вакансии, действующие как доноры, выпускающие электроны в зону проводимости (ЗП). Превышение концентрации электронных носителей над плотностью состояний в ЗП толкает уровень Ферми в ЗП. Замещение Zn²⁺ на Mg²⁺ увеличивает электронную концентрацию и кислородные вакансии из-за разницы ионных радиусов и электроотрицательности, повышение плотности носителей поднимает уровень Ферми в вырожденную ЗП (ZnO — один из самых вырожденных полупроводников). Это действие сдвигает уровень Ферми и его положение, зависящее от концентрации свободных электронов и возбуждения электронов из валентной зоны (ВЗ) в уровень Ферми, увеличивая плотность свободных электронов и расширяя запрещенную зону [39]. Сдвиг Бурштейна-Мосса вносит вклад в наблюдаемое расширение Eg Mg-добавленного ZnO НР.

PL-анализ (рис. 3c) — ценный инструмент для примесей, переходов, доноров через эмиссионные спектры. Квантовые размерные эффекты меняют физические свойства полупроводников в наноразмере, ZnO меняет оптические свойства при квантовой конфинующей, наблюдаемой в PL [40]. PL-спектры различных концентраций Mg в ZnO при возбуждении λ~325 нм при комнатной температуре. Для чистого и добавленного ZnO обнаружены широкий глубокий уровень и ближние к зоне эмиссии. Все образцы показывают эмиссионный пик в UV-области — экситонная рекомбинация. Пики в видимой области — дефектные состояния (донор): O₂ вакансии V_o, Zn интерстициалы Zn_i, дефектные состояния (акцептор): Zn вакансии V_z, O интерстициалы O_i [39]. Отношение интенсивностей UV/видимая области зависит от кристаллического качества добавленного материала, так как дефектность уменьшается с ростом кристалличности. Образцы показывают пики ~408 нм — переход ближний к границе зоны (NBE) ZnO [39]. Пики 408, 442, 467, 488 нм — синяя эмиссия, главная фиолетовая 408 нм — Zn интерстициалы. Слабые эмиссии 442, 467, 488 нм — донор-акцепторная (D/A) рекомбинация с разными дефектными уровнями. Эмиссия 488 нм — электроны в просто ионизированной O₂ вакансии с фото-возбужденными дырочками в ВЗ [41]. Интенсивность широкого глубокого уровня эмиссии выросла при добавлении, NBE пики сдвинулись в область более высоких энергий. Синий сдвиг NBE интерпретируется эффектом Бурштейна-Мосса. ZnO — n-тип, при сильном добавлении уровень Ферми сдвигается в ЗП, поглощение должно показать синий сдвиг по Бурштейну; заполненные области блокируют оптические или тепловые возбуждения [42]. Рост PL интенсивности для добавленных образцов указывает на сниженную эффективность электронного переноса.

Раман-спектроскопия (рис. 3d) — чувствительный неразрушающий метод для микроструктуры и вибрационных состояний наноматериалов. Вурцит ZnO с примитивной ячейкой из двух формульных единиц в группе C_6ν. Оптические фононы в примитивной ячейке в обратном пространстве: Γ_opt = 1A₁+2B₁+E₁+2E₂, где B₁ — Раман-неактивные моды, A₁ и E₁ — полярные моды (дальнодействующие кулоновские силы), расколотые на продольные (LO) и поперечные (TO) фононы. Двойная частота фонона E₂ (неполярный) — E₂(low) и E₂(high), соответствуют Zn подрешетке и O₂ атомам [43]. В Раман-спектрах пики, сдвигающиеся к высоким/низким волновым числам, зависят от переменных длин связей. Увеличение длины связи сдвигает к низким волновым числам и наоборот. Высокочастотные пики выше 1300 см⁻¹ не наблюдаются. Доминирующий пик ~1069 см⁻¹ — E₂H (характерный) мода гексагонального ZnO [44]. Три второстепенных пика ~436, 723, 1386 см⁻¹ — от высокого флуоресцентного фона. Раман-спектр 8 вт.% добавленного ZnO синий сдвинут, что приписывают замещению Mg²⁺ на Zn²⁺ в решетке ZnO, влияющему на решетковую динамику [45]. Обычно Раман-сдвиги из-за: фононной конфинующей эффекта, напряжения решетки, кислородных вакансий. XRD и Раман подтвердили, что вурцит-ZnO структура не меняется при включении Mg, но кристаллическое качество значительно снижается.

HR-TEM (рис. 4a–e) для морфологической подтверждения гексагональной стержнеподобной морфологии ZnO:Mg. Mg выступает в роли нуклеации, растущей с добавлением [39]. Межслойные d-интервалы для чистого и добавленного ZnO рассчитаны ~0,464, 0,183, 0,333, 0,27, 0,232 нм (рис. 4a′–e′). d-интервалы согласуются с плоскостями XRD. Отсутствие примесей/вторичных фаз указывает на адекватное включение донорных атомов в ZnO НР без кластеризации [46]. Изменение d-интервала приписывают включению Mg в решетки ZnO.

EDS (рис. 5a–e) для элементного анализа Zn и O в ZnO нанопорошках. Среднее атомное отношение (67,6:23,6) количественно подтверждает формирование ZnO вместе с донором. Au пики — золотое напыление для уменьшения зарядного эффекта. Cu пики — Cu лента держателя. Дополнительные пики (Cl, Si) — загрязнение. Na пик — от NaOH для поддержания щелочного pH. Na пик перекрывает Zn, наличие в образце не достоверно.

Фото каталитический механизм. Генерация электрон-дырочных пар (e⁻, h⁺) с последующим разделением и рекомбинацией (рис. 6), демонстрирующая реакции окисления-восстановления [35].

Все образцы оценены по фото каталитической, соно каталитической, сонофото каталитической активности против MBCF. Профили деградации MBCF под UV-облучением нанокатализаторами на рис. 7a–c.

Псевдо-первого порядка константа скорости k определена по линейным кривым ln(Ct/Co) против времени t. Константы k для чистого и добавленного ZnO (2, 4, 6, 8 вт.%): 0,00546; 0,00948; 0,00274; 0,00353; 0,00336 мин⁻¹ (рис. 7a). Добавленный ZnO показал лучшую фото каталитическую эффективность, макс. деградация 26% для 8 вт.% (рис. 8a–c). Причина — поверхностные кислородные вакансии, увеличенная площадь поверхности [35]. Фотоиндуцированный перенос электронов в ЗП с дырочками в ВЗ — фундаментальный механизм фото катализаза [15]. Пока экситоны не аннигилированы, они участвуют в окислительно-восстановительных реакциях с красителями на поверхности катализатора. Фотоиндуцированные электроны — сильные восстановители, взаимодействуют с O₂ образуя реактивные O₂^·−. Дырочки — сильные окислители, генерируют OH^· из гидроксильных групп. Радикалы (O₂^·−, OH^·) взаимодействуют с красителями, деградируя их в нетоксичные продукты/минералы.

Соно катализаз. Альтернативный подход для эффективной деградации органических отходов [15]. Влияние ультразвука на деградацию MBCF изучали с чистым и добавленным ZnO (рис. 7b). Деградация MBCF добавленным ZnO следовала псевдо-первому порядку. Константы k для чистого и добавленного ZnO (2, 4, 6, 8 вт.%): 0,02062; 0,01332; 0,00456; 0,00653; 0,00204 мин⁻¹. Недавние работы по SC деградации красителей на основе горячих точек и соно люминесценции с катализаторами. Образование кавитационных пузырьков усиливается асимметричной нуклеацией, создавая горячие точки, пиролизирующие H₂O в OH. Сонохимический механизм требует соно лиза воды — растворителя под высоким давлением и температурой в коллапсирующих кавитационных пузырьках. В растворе MBCF и нанокатализатора ультразвук не только вызывает соно лиз воды, но и катализатор создает зарядовые пары. OH радикалы и супероксидные анионы ^·O²⁻ от электрон-дырочных пар декомпозируют красители в нетоксичные виды [15,47].

Сонофото катализаз (SPC) также следует псевдо-первому порядку. Константы k для чистого и добавленного ZnO (2, 4, 6, 8 вт.%): 0,00242; 0,04493; 0,1776; 0,01903; 0,01883 мин⁻¹ (рис. 7c). Деградационная способность добавленного ZnO: 12, 29, 53, 58, 87% (рис. 8c).

Результаты показывают, что добавка играет решающую роль в эффективности ZnO фото катализаза. При одинаковых условиях SPC имеет более высокую скорость деградации, чем отдельные механизмы. Константа скорости комбинированного процесса больше суммы индивидуальных: K_SPC > K_photo + K_sono, что приписывают: (i) увеличению OH производства в смеси, (ii) повышению переноса массы между раствором и поверхностью катализатора, (iii) усиленной активности от ультразвуковой дезагломерации, увеличивающей площадь поверхности [15,48]. Повторное использование (рис. 9a): фото катализаз выключал деградацию MBCF под аналогичными условиями после 4 циклов. Эффективность снизилась с 82 до 75%. На рис. 9b — некоторое истощение наноматериала при центрифугировании/промывке при рециклинге. Продукт стабилен и обладает bemerkenswerter способностью для опасных сточных вод. Таблица 2 — сравнение фото каталитической эффективности с другими материалами.

Антибактериальная активность. In vitro бактерицидное действие чистого и добавленного ZnO НР для G-ве и G+ве бактерий в Таблице 1. Улучшенная бактерицидная активность добавленного ZnO против E. coli в отличие от S. aureus. Зоны ингибирования: (1,05–2,05 мм) и (2,10–4,15 мм) для S. aureus; (0–6,15 мм) до (0–8,65 мм) для E. coli. ZnO показал пренебрежимую эффективность для E. coli по сравнению с S. aureus. Позитивный контроль — зона 9,00 мм для обоих, негативный — 0 мм. Mg-добавленный ZnO проявил существенную (P < 0,05) эффективность против G-ве по сравнению с G+ве.

Окислительный стресс от добавленного ZnO зависит от концентрации, формы и размера НР, увеличение размера снижает антибактериальную активность. Наностержни генерируют реактивные кислородные виды (ROS), повреждают бактериальную мембрану экструзией цитоплазмы, вызывая смерть (рис. 10). Другой механизм — сильное взаимодействие негативно заряженной мембраны с катионами (Mg²⁺, Zn²⁺), приводящее к разрушению микропатогенов [49].

Молекулярное докинг. Лекарственная устойчивость — главная угроза, нужен поиск новых антибиотиков. Бактерицидная активность металлических НР документирована, их роль как кандидатов для новых антибиотиков предложена [50]. In silico докинг дает понимание механизма. DHFR и DHPS фолатного пути — известные мишени триметоприма и сульфаниламидов [51,52]. Оценена связывающая способность Mg-добавленного ZnO НР к DHFR, DHPS, FabH E. coli. Докированные комплексы раскрыли паттерн связывания в активном центре и предложили их как возможные ингибиторы.

Для DHFR_E.coli лучший комплекс: H-соединения с Ile94 (3,1 Å), Tyr100 (3,1 Å), металл-контакт с Met20 и Ala7, общий скор −7,518 ккал/моль. Взаимодействия с ключевыми аминокислотами и ориентация Mg-добавленного ZnO НЧ на рис. 11a.

Для DHPS_E.coli: H-соединения с Leu21 (3,1 Å), Asp56 (3,4 Å), Gly59 (2,9 Å), Thr62 (2,8 Å), Arg255 (2,8 Å). Металл-контакт Asn22 и Ile20 внутри активного центра (рис. 11b). Блокировка активного центра (скор −6,973 ккал/моль), возможные ингибиторы DHPS.

Для FabH (β-кетоацил-ацил-носителя белка синтаза III) жирнокислотного пути: H-соединения с Glu302 (3,3 Å), Leu220 (2,9 Å), Thr254 (3,2 Å), Gln245 (2,7 Å), скор −6,548 ккал/моль (рис. 12). Металл-контакт с Ile250 и His241.

Блокировка активного центра лигандом предотвращает вход субстрата, ведет к потере ферментативной активности. Благодаря лучшей антибактериальной активности Mg-добавленного ZnO НР против E. coli vs S. aureus, in silico предсказания против выбранных ферментов раскрыли возможные паттерны связывания и предложили их как потенциальные ингибиторы данных ферментов.

Сравнение сонофото катализаза с литературой в Таблице 2.

Заключение

Методом совместного осаждения успешно синтезированы Mg-добавленные ZnO НР, изучено влияние Mg на фазовый состав, элементный состав, морфологию и оптические свойства ZnO. XRD: ZnO гексагональная вурцитовая фаза, кристаллит < 100 нм. Кристаллическая структура улучшена Mg-добавкой, что увеличило люминесценцию и расширило запрещенную зону. UV-Vis: синий сдвиг, указывающий на расширение зоны. EDS: формирование ZnO стержней подтверждено, среднее атомное отношение 67,6:23,6. Раман: синий сдвиг для 8 вт.% от замещения Mg²⁺ на Zn²⁺. PL: увеличение видимых эмиссий с Mg, рост делокализации электрон-дырочных пар. Деградация красителей MBCF: лучшие результаты сонофото катализазом, макс. 87% для Mg-добавленного ZnO. Зоны ингибирования: (1,05–2,05 мм) и (2,10–4,15 мм) для S. aureus; (0–6,15 мм) до (0–8,65 мм) для E. coli. Добавленные наностержни могут служить контрольным материалом для минимизации антибиотикоустойчивости. In silico докинг предсказал Mg-добавленный ZnO НР как потенциальный ингибитор DHFR, DHPS, FabH. Ингибирование данных ферментов — возможный механизм бактерицидной активности против E. coli.

Доступность данных и материалов

Все данные полностью доступны без ограничений.

Аббревиатуры

DHFR:

Дигидрофолат редуктаза (Dihydrofolate reductase)

DHPS:

Дигидроптероат синтаза (Dihydropteroate synthase)

EDS:

Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (Energy-dispersive X-ray spectroscopy)

FTIR:

Фурье-спектроскопия ИК (Fourier transform infrared spectroscopy)

FESEM:

Раскатная электронная микроскопия с полевой эмиссией (Field emission scanning electron microscopy)

G+ве:

Грамположительные (Gram-positive)

G-ве:

Грамтрицательные (Gram-negative)

HR-TEM:

Высокое разрешение трансляционной электронной микроскопии (High-resolution transmission electron microscopy)

JCPDS:

Объединенный комитет по стандартам порошковой дифракции (Joint Committee on Powder Diffraction Standards)

Mg:

Магний (Magnesium)

UV-Vis:

Ультрафиолетово-видимая спектроскопия (Ultraviolet–visible spectroscopy)

XRD:

Рентгеновская дифракция (X-ray diffraction)

ZnO:

Оксид цинка (Zinc oxide)