Sintesi, caratterizzazione e influenza dell'energia di irradiazione sulle proprietà ottiche delle nanostrutture di ZnO

Nov 21, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 20016 (2022) Citare questo articolo

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Le nanoparticelle di ossido di zinco (NP) sono sintetizzate con il metodo sol-gel per applicazioni optoelettroniche, fotoniche e mediche. Le NP così sintetizzate vengono irradiate con laser con lunghezze d'onda di 1064 nm e 532 nm nel tentativo di migliorare le proprietà strutturali e funzionali delle particelle. Le NP sono caratterizzate mediante diffrazione di raggi X, tecniche di microscopia elettronica a scansione e trasmissione, microscopia a forza atomica e spettroscopia ultravioletto-visibile. L'analisi strutturale mostra che le particelle hanno una struttura esagonale policristallina del gruppo spaziale (P63mc). La dimensione media dei cristalliti delle nanoparticelle varia nell'intervallo 13-15 nm dopo e prima dell'irradiazione mediante un raggio laser. La caratterizzazione morfologica ha rivelato la formazione di agglomerati di NP nell'intervallo 42–46 nm. Si osserva uno spostamento negli spettri di assorbimento dopo l'irradiazione con un raggio laser. Questo spostamento è dovuto all'effetto dell'irradiazione sulla struttura elettronica del campione. Questo effetto è confermato da una diminuzione dell'energia del bandgap. Vengono anche dedotti e discussi i parametri ottici. L'irradiazione delle nanoparticelle di ZnO mediante raggi laser di lunghezza d'onda 1064 nm e 532 nm diminuisce la dimensione dei cristalliti aumentandone l'attività antibatterica. L'attività biologica delle NPS e il miglioramento dell'efficacia degli antibiotici vengono testati e analizzati. I risultati hanno sottolineato il ruolo positivo delle ZnO-NP nell'applicazione sopra menzionata.

Le nanoparticelle e le nanopolveri hanno attirato l'attenzione di scienziati, ingegneri e medici grazie alle loro applicazioni versatili e ai vantaggi promettenti per applicazioni e requisiti futuri1,2,3,4,5,6,7. Le ZnO-NP possono avere una forte capacità di innescare la produzione di specie di ossigeno e rilasciare ioni zinco. Questo, a sua volta, può indurre l’apoptosi cellulare. Inoltre, è noto che le ZnO-NP mantengono l'integrità dell'insulina. A causa della forte proprietà di assorbimento nella regione UV, le ZnO-NP sono state utilizzate come elemento antietà e nei cosmetici. Tuttavia, le ZnO-NP stanno ricevendo crescente attenzione da parte della comunità scientifica per il loro utilizzo come agenti antitumorali e antibatterici. Rispetto ad altre nanoparticelle, le ZnO-NP sono meno costose e meno tossiche se impiegate per applicazioni biomediche8. Gli agenti antibatterici possono essere classificati in agenti organici e inorganici. Di conseguenza, ZnO, come materiale inorganico, ha dimostrato di essere un agente antibatterico superiore. Tuttavia, l’attività antibatterica delle NP ZnO contro i batteri Gram-positivi e Gram-negativi è già stata identificata9. Inoltre, è stato identificato che le NP ZnO hanno un effetto antibatterico contro le spore10. Oggigiorno è ben noto che l'attività dello ZnO dipende fortemente dalla dimensione delle sue particelle, quindi dalla sua area superficiale, e dalla concentrazione. D'altra parte, la qualità della sua struttura e forma cristallina ha poco effetto11. Umair Manzoor et al. studiato, l'effetto dei parametri di sintesi (vale a dire temperatura, tempo di nucleazione e trattamento termico post-sintesi) sulle proprietà di rilevamento delle NP ZnO12. Si è scoperto che questi parametri influenzano enormemente le dimensioni delle particelle e la loro cristallinità. Le NP ZnO sono state sintetizzate mediante un metodo di co-precipitazione utilizzando acetato di zinco, idrossido di potassio e metanolo come mezzo solvente. Tuttavia, le dimensioni delle particelle delle polveri di ZnO variavano tra \(100 nm\) e \(458 nm\) a seconda della temperatura di sintesi. Diversi lavori in letteratura hanno riportato il successo della preservazione della selettività intrinseca delle ZnO-NP verso le cellule cancerose mediante sintesi di questi materiali utilizzando il metodo della precipitazione13,14. Il metodo Sol-Gel è un nuovo metodo per la sintesi di ZnO-NP15,16. Yin Zhang et al. hanno riferito, nel 2013, sulle applicazioni biomediche dei nanomateriali ZnO come l'imaging biomedico, il rilascio di farmaci e geni e il biorilevamento17,18,19.