[논문 리뷰] Green synthesis of silver nanoparticles using Curcuma longa flower extract and antibacterial activity

Kamal Kishor Rajak, Pavan M. Pahilani외 4명|arXiv (Cornell University)|2023. 04. 10.

Nanoparticles: synthesis and applications인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 녹색 합성법을 통해 커큐머마 로unga 꽃 추출물을 환원제 및 캡싱제로 사용하여 은 나노입자를 합성하는 것을 보여준다. 자외선-가시광선, X선 회절, 고해상도 투과전자현미경을 통해 특성화한 5 nm의 구형 나노입자는 강력한 항박테리아 활성을 보였으며, 마이코박테리움 스메그마티스에 대해 26 mm까지의 억제환형 영역과 다양한 병원성 미생물에 대해 39.06~625 µg/mL의 최소 억제 농도(MIC)를 나타냈다.

ABSTRACT

Silver nanoparticles (AgNP's) possess inherent biological potentials that have obliged an alternative, eco-friendly, sustainable approach to "Green Synthesis." In the present study, we synthesized Green Silver Nanoparticles (GAgNP's) using Curcuma longa L. (C. longa) flower extract as a reducing and capping agent. The synthesized GAgNP's were characterized using UV-Visible spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), and High-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM), which confirmed their homogeneity and physical characteristics. The GAgNP's were found to contain crystalline silver through XRD, and the particles were confirmed to be homogeneous and spherical with a size of approximately 5 nm, as evidenced by UV-Visible spectroscopy, XRD, and HR-TEM. In addition, the biological potential of GAgNP's was evaluated for their antibacterial activities. GAgNP's showed significant activity and formed different sizes of inhibition zones against all selected bacteria: Mycobacterium smegmatis (M. smegmatis) (26 mm), Mycobacterium phlei (M. phlei), and Staphylococcus aureus (S. aureus) (22 mm), Staphylococcus epidermidis (S. epidermidis) and Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae) (18 mm), and Escherichia coli (E. coli) (13 mm). The MIC value of GAgNP's was found to be between 625 ug/mL-39.06 ug/mL for different microbes tested. With further research, the green synthesis of GAgNP's using C. longa flower extracts could lead to the development of effective antibacterial treatments in the medical field.

연구 동기 및 목표

• 자연 식물 추출물을 이용한 친환경적이고 지속 가능한 은 나노입자 합성 방법 개발
• 커큐머마 로unga 꽃 추출물을 나노입자 형성에서 이중 환원제 및 캡싱제로 활용하기
• 합성된 녹색 은 나노입자(GAgNP)의 물리화학적 특성 특성화하기
• 임상적으로 관련성이 있는 여러 박테리아 균주에 대한 GAgNP의 항박테리아 효과 평가하기
• 치료 잠재력 평가를 위해 다양한 박테리아에 대한 GAgNP의 최소 억제 농도(MIC) 결정하기

제안 방법

• 물 추출 및 여과를 통해 커큐머마 로unga 꽃 추출물 제비
• 은 질산염(AgNO3) 용액과의 혼합을 통해 조건을 통제하면서 환원 반응 유도
• 표면 플라즈몬 공명(SPR) 피크가 약 420 nm에서 관찰되는 자외선-가시광선 분광법을 통해 나노입자 형성 모니터링
• 은 나노입자의 결정성과 면심정육면체(FCC) 구조를 확인하기 위해 X선 회절(XRD) 사용
• 입자 크기, 형태, 균일성을 결정하기 위해 고해상도 투과전자현미경(HR-TEM) 사용
• agar well diffusion 방법을 이용한 항박테리아 실험을 통해 억제환형 영역 직경 측정 및 MIC 값 결정

실험 결과

연구 질문

• RQ1 커큐머마 로unga 꽃 추출물은 녹색 합성 과정에서 Ag+ 이온을 안정한 은 나노입자로 효과적으로 환원할 수 있는가?
• RQ2 합성된 은 나노입자의 물리화학적 특성(크기, 형태, 결정성)은 무엇인가?
• RQ3 녹색 합성된 은 나노입자는 그람 양성균, 그람 음성균 및 산성고정균에 대해 어떤 항박테리아 활성을 보이는가?
• RQ4 다양한 박테리아 균주에 대한 나노입자의 최소 억제 농도(MIC)는 얼마인가?
• RQ5 나노입자의 크기 및 형태는 항박테리아 효과와 어떻게 관련이 있는가?

주요 결과

• 커큐머마 로unga 꽃 추출물을 이용한 녹색 합성은 평균 크기가 약 5 nm인 안정적이고 구형이며 균일한 나노입자를 생성하였다.
• 자외선-가시광선 분광법을 통해 ~420 nm에서 뚜렷한 표면 플라즈몬 공명 피크가 관찰되어 은 나노입자의 형성을 확인하였다.
• XRD 분석을 통해 나노입자의 결정성과 면심정육면체(FCC) 구조를 확인하였으며, 2θ = 38.1°, 44.1°, 64.4°에서 특징적인 피크를 보였다.
• HR-TEM 영상 분석을 통해 나노입자의 구형 형태와 균일한 크기 분포를 확인하였으며, 5 nm 중심의 좁은 크기 범위를 가졌다.
• GAgNP는 강력한 항박테리아 활성을 보였으며, 마이코박테리움 스메그마티스에 대해 가장 큰 억제환형 영역(26 mm)을 나타냈다.
• 시험한 박테리아 균주에 대해 MIC 값은 39.06 µg/mL에서 625 µg/mL 사이로 변동하였으며, 특히 마이코박테리움 스메그마티스 및 스테파로코쿠스 올레우스에 대해 강력한 활성을 보였다.