سنتز سبز و بهینه‌سازی نانوذرات دی‌اکسیدتیتانیوم توسط عصاره آلوئه‌ورا جهت کاربردهای زیست‌پزشکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، 83111-84156، ایران

چکیده

نانوذرات دی‌اکسیدتیتانیوم به دلیل خواص زیست‌سازگاری، استحکام مکانیکی، خواص فتوکاتالیستی و مقرون‌به‌صرفه بودن برای کاربردهای زیستی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، ابتدا سنتز سبز و بهینه‌سازی پارامترهای سنتز نانوذرات دی‌اکسیدتیتانیوم به‌وسیله عصاره آلوئه‌ورا مورد بررسی قرار گرفت که پارامتر‌های سنتز شامل غلظت پیش‌ماده دی‌اکسیدتیتانیوم، حلال (آب دیونیزه) و عصاره آلوئه‌ورا می‌باشد. پس از انجام موفقیت‌آمیز سنتز نانوذرات دی‌اکسیدتیتانیوم، به بررسی و مشخصه‌یابی آن‌ها توسط روش‌های مشخصه‌یابی پرداخته شد. بر روی نمونه‌های سنتزشده، پراش پرتو ایکس، طیف‌سنجی تبدیل فوریه فروسرخ، طیف‌سنجی فرابنفش-مرئی، پتانسیل-زتا، میکروسکوپ الکترونی روبشی و درنهایت آزمون تجزیه‌وتحلیل پراکندگی انرژی پرتو ایکس انجام شد. نتایج نشان داد که نانوذرات دی‌اکسیدتیتانیوم سنتزشده در فاز کریستالی آناتاز تشکیل شده‌اند. همچنین طبق تصاویر میکروسکوپی الکترونی، اکثر نمونه‌های نانوذرات دی‌اکسیدتیتانیوم سنتزشده، به شکل کروی و در اندازه 5 ± 31 نانومتر بودند. نتایج آزمون طیف‌سنجی فرابنفش-مرئی نشان داد تمامی نمونه‌ها در محدوده نور فرابنفش و مرئی جذب داشتند. پس از انجام آزمون‌های مشخصه‌یابی و بررسی نتایج آن، نمونه بهینه از نانوذرات دی‌اکسیدتیتانیوم سنتزشده، انتخاب شد. در نهایت برای بررسی خواص زیستی نانوذرات بهینه دی‌اکسیدتیتانیوم، آزمون سمیّت سلولی با استفاده از سلول‌های فیبروبلاست (L929) به مدت 24 ساعت انجام شد. نتایج نشان داد که نانوذرات بهینه دی‌اکسیدتیتانیوم، سمیّت سلولی نداشته و برای کاربردهای زیستی مناسب است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Green Synthesis and Optimization of Titanium Dioxide Nanoparticles Using Aloe Vera Extract for Biomedical Applications

نویسندگان [English]

  • S. NazariMoghaddam
  • S. Labbf
  • M. Karbsi
  • M. Mohammadzadeh
Department of Materials Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111, Iran
چکیده [English]

Titanium dioxide nanoparticles have been attention due to their biocompatibility, mechanical strength, photocatalytic properties, and affordability. In this research, green synthesis and optimization of the synthesis parameters of titanium dioxide nanoparticles by means of aloe vera extract were investigated. The synthesis parameters include the concentration of titanium dioxide precursor, solvent (deionized water), and aloe vera extract. Upon synthesis of titanium dioxide nanoparticles, a range of techniques were employed to characterize the resultant structure. These tests include X-ray diffraction, fourier transform infrared spectroscopy, ultraviolet-visible spectroscopy, zeta potential, scanning electron microscope, and X-ray energy dispersive analysis. The results showed that the synthesized titanium dioxide nanoparticles were formed in the crystalline phase of anatase. Also, according to the SEM images, titanium dioxide nanoparticles were spherical in shape with the size range of 31 ± 5 nm. The results of the ultraviolet-visible spectroscopy showed that all samples were in the ultraviolet and visible light ranges. The optimal sample of synthesized titanium dioxide nanoparticles was selected after accomplishment of the characterization tests. Cytotoxicity test was performed on fibroblast cells (L929) for 24 hours to investigate the biological performance of the optimized titanium dioxide nanoparticles. The results revealed the non-cytotoxic nature of titanium dioxide nanoparticles, further confirming their potential for medical applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanoparticles
  • Titanium dioxide
  • Biocompatibility
  • Green synthesis
  • Cytotoxicity

مراجع

  1. Samhitha SS, Raghavendra G, Quezada C, Bindu PH. Green synthesized TiO2 nanoparticles for anticancer applications: Mini review.Mater Today. 2022;54: 765-70. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.11.073
  2. Shah Z, Nazir S, Mazhar K, Abbasi R, Samokhvalov IM. PEGylated doped-and undoped-TiO2 nanoparticles for photodynamic Therapy of cancers. Photodiagnosis Photodyn Ther. 2019;27:173-83. https://doi.org/10.1016/j.pdpdt.2019.05.019
  3. Borgheti-Cardoso LN, Viegas JSR, Silvestrini AVP, Caron AL, Praca FG, Kravicz M, Bentley MVLB. Nanotechnology approaches in the current therapy of skin cancer. Adv Drug Deliv Rev. 2020;153:109-36. https://doi.org/10.1016/j.addr.2020.02.005
  4. Gour V, Agrawal P, Pandey V, Kanwar IL, Haider T, Tiwari R, Soni V. Nanoparticles and skin cancer. In: Nano drug delivery strategies for the treatment of cancers. Amsterdam: Elsevier; 2021. https://doi.org/ 10.1016/B978-0-12-819793-6.00011-4
  5. Ziental D, Czarczynska-Goslinska B, Mlynarczyk DT, Glowacka-Sobotta A, Stanisz B, Goslinski T, Sobotta L. Titanium dioxide nanoparticles: prospects and applications in medicine. Nanomater. 2020; 10(2):387. https://doi.org/10.3390/nano10020387
  6. Shi J, Li J, Wang Y, Zhang CY. TiO2-based nanosystem for cancer therapy and antimicrobial treatment: A review. Chem Eng J. 2022;431:133714. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133714
  7. Chaudhari A, Kumar A, Kumar S, Kushwaha S. Synthesis of TiO2 nanoparticles by green approach: Application as photoanode for dye-sensitized solar cells. Mater Res Bull. 2024;179:112909. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2024.112909
  8. Huilan Z, Juan W, Wen Z, Dong H, Aiping Z. TiO2/SiO2‐NHOC‐FA Nanocomposite as a Photosensitizer with Targeting Ability for Photocatalytic Killing MCF‐7 Cells in Vitro and its Mechanism Exploration. J Photochem Photobiol. 2021;97(2):398-407. https://doi.org/10.1111/php.13336
  9. Yu F, Wang C, Li Y, Ma H, Wang R, Liu Y, et al. Enhanced solar photothermal catalysis over solution plasma activated TiO2. Adv Sci. 2020;7(16): 2000204. https://doi.org/10.1002/advs.202000204
  10. Ahmed RM, Hasan I. A review on properties and applications of TiO2 and associated nanocomposite materials. Mater Today 2023;81:1073-8. https://doi. org/10.1016/j.matpr.2021.04.381
  11. Gan YX, Jayatissa AH, Yu Z, Chen X, Li M. Hydrothermal synthesis of nanomaterials. J Nanomater. 2020. https://doi.org/10.1155/2020/8917013
  12. Verma V, Al-Dossari M, Singh J, Rawat M, Kordy MG, Shaban M. A review on green synthesis of TiO2 NPs: photocatalysis and antimicrobial applications. Polym. 2022;14(7):1444. https://doi.org/10.3390/polym 14071444
  13. Baamer DF, Helmy ET, Mostafa MMM, Pan JH. Synthesis of TiO2 nanoparticles using different routes with enhanced photocatalytic and antibacterial properties. Ceram Int. 2024;50(9):15780-9. https:// doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.02.058
  14. Ahmad MZ, Alasiri AS, Ahmad J, Alqahtani AA, Abdullah MM, Abdel-Wahab BA, et al. Green synthesis of titanium dioxide nanoparticles using Ocimum sanctum leaf extract: In vitro characterization and its healing efficacy in diabetic wounds. Mol. 2022;27(22):7712. https://doi.org/10. 3390/molecules27227712
  15. Rajkumari J, Magdalane CM, Siddhardha B, Madhavan J, Ramalingam G, Al-Dhabi NA, et al. Synthesis of titanium oxide nanoparticles using Aloe barbadensis mill and evaluation of its antibiofilm potential against Pseudomonas aeruginosa PAO1. J of Photoch and Photob B: Bio. 2019;201:111667. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2019.111667
  16. Aravind M, Amalanathan M, Mary MSM. Synthesis of TiO 2 nanoparticles by chemical and green synthesis methods and their multifaceted properties. SN Appl Sci. 2021;3:1-10. https://doi.org/10.1007/ s42452-021-04281-5
  17. Ajmal N, Saraswat K, Bakht MA, Riadi Y, Ahsan MJ, Noushad M. Cost-effective and eco-friendly synthesis of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles using fruit’s peel agro-waste extracts: characterization, in vitro antibacterial, antioxidant activities. Green Chem Lett Rev. 2019;12(3):244-54. https://doi.org/10.1080/17518253.2019.1629641
  18. Ekambaram R, Saravanan S, Selvam N, Dharmalingam S. Statistical optimization of novel acemannan polysaccharides assisted TiO2 nanorods based nanofibers for skin cancer application. Carbohydr Polym Technol Appl. 2021;2:100048. https://doi.org/10.1016/j.carpta.2021.100048
  19. Khadar A, Behara DK, Kumar MK. Synthesis and characterization of controlled size TiO2 nanoparticles via green route using Aloe vera extract. Int J Sci Res. 2016;5(1):1913-6.
  20. Rao KG, Ashok C, Rao KV, Chakra C, Tambur P. Green synthesis of TiO2 nanoparticles using Aloe vera Int J Adv Res Phys Sci. 2015;2(1A):28-34.
  21. Praveen P, Viruthagiri G, Mugundan S, Shanmugam N. Structural, optical and morphological analyses of pristine titanium di-oxide nanoparticles–Synthesized via sol–gel route. Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc. 2014;117:622-9. https://doi.org/10.1016/ j.saa.2013.09.037
  22. Ahmad MM, Mushtaq S, Al Qahtani HS, Sedky A, Alam MW. Investigation of TiO2 nanoparticles synthesized by sol-gel method for effectual photodegradation, oxidation and reduction reaction. Cryst. 2021;11(12):1456. https://doi.org/10.3390/ cryst11121456
  23. Berg JM, Romoser A, Banerjee N, Zebda R, Sayes CM. The relationship between pH and zeta potential of∼ 30 nm metal oxide nanoparticle suspensions relevant to in vitro toxicological evaluations. Nanotoxicology. 2009;3(4):276-83. https://doi.org/ 10.3109/17435390903276941
  24. Mohamed AL, Hassabo AG. Core–shell titanium@ silica nanoparticles impregnating in poly (itaconic acid)/poly (N-isopropylacrylamide) microgel for multifunctional cellulosic fabrics. J Polym Res. 2022;29(2):68. https://doi.org/10.1007/s10965-022-02921.
  25. Alturki AM, Ayad R. Synthesis and characterization of titanium dioxide nanoparticles with a dosimetry study of their ability to enhance radiation therapy using a low energy X-ray source. Ind J Sci Technol. 2019;12. https://doi.org/10.17485/ijst/2019/v12i9/140977.
  26. International Organization for Standardization. Biological evaluation of medical devices—Part 5: Tests for in vitro cytotoxicity. Geneva: ISO; 2009.
  27. Ramasamy K, Dhavamani S, Natesan G, Sengodan K, Sengottayan S-N, Tiwari M, et al. A potential role of green engineered TiO 2 nanocatalyst towards enhanced photocatalytic and biomedical applications. Environ Sci Pollut Res Int. 2021;28:41207-23. https://doi.org/10.1007/s11356-021-13530-4
  28. Maddah A, Danesh H, Ghasemi P, Ziamajidi N, Salehzadeh M, Abbasalipourkabir R. The Effect of Titanium Dioxide (TiO2) Nanoparticles on Oxidative Stress Status in the HCT116 Human Colon Cancer Cell Line. BioNanoScience. 2023;13(2):600-8. https://doi.org/10.1007/s12668-023-01103-3.

 

 

 

مواد پیشرفته در مهندسی
دوره 43، شماره 4
آذر 1403
صفحه 23-36

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی