تعهد نامه
مجله پژوهش در بهداشت محیط

مجله پژوهش در بهداشت محیط

بررسی اثر ضد باکتریایی و فوتوکاتالیستی نانوکامپوزیت مغناطیسی سنتز شده به روش سبز بر پایه فریت منگنز

نوع مقاله : Research Paper

نویسندگان
فاطمه سادات ارغوان 1
بهنام باریک بین 2
نگین ناصح 3
حسین علیدادی 4
1 کارشناسی ارشد، کمیته تحقیقات دانشجویی، گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی مشهد، مشهد، ایران.
2 مرکز تحقیقات عوامل اجتماعی موثر بر سلامت، گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی مشهد، مشهد، ایران. مرکز
3 1. مرکز تحقیقات سلولی و مولکولی، دانشگاه علوم پزشکی بیرجند، بیرجند، ایران 2. گروه آموزش بهداشت و ارتقاء سلامت، دانشکده بهداشت، دانشگاه علوم پزشکی بیرجند، بیرجند، ایران
4 دانشگاه علوم پزشکی مشهد - دانشکده بهداشت - گروه مهندسی بهداشت محیط و حرفه ای
10.22038/jreh.2023.64998.1510
چکیده
زمینه و هدف: حذف مواد دارویی از فاضلاب به‌دلیل پایداری بالا و اثرات سمّی آن­ها بر انسان و دیگر موجودات زنده قبل از ورود به محیط زیست ضروری است. نانوکامپوزیت­های سنتز شده به روش سنتز سبز علاوه بر قابلیت تجزیه بالای ترکیبات دارویی، دارای اثرات ضد باکتریایی نیز می­باشند، لذا مطالعه حاضر با هدف بررسی اثرات فتوکاتالیستی و ضد باکتریایی نانوکامپوزیت مغناطیسی سنتز شده به روش سبز انجام شد.
مواد و روش‌ها: در این مطالعه تجربی به‌منظور بررسی فعالیت فتوکاتالیستی نانوکامپوزیت سنتز شده، فرآیند فتوکاتالیستی بر روی محلول حاوی تتراسایکلین انجام شد. اثر ضد باکتریایی نانوکامپوزیت نیز بر روی باکتری­های گرم منفی و مثبت به روش رقت‌سازی در محیط مایع انجام گردید.
یافته‌ها: راندمان تجزیه آنتی­بیوتیک تتراسایکلین در شرایط غلظت 10 میلی‌گرم بر لیتر آلاینده، دوز نانوکامپوزیت 26/0 گرم بر لیتر، pH برابر 7 در مدت زمان 54 دقیقه در برابر لامپ زنون به میزان 95/87% حاصل شد. حداقل غلظت بازدارندگی نانوکامپوزیت سنتز شده برای باکتری گرم مثبت استافیلوکوکوس اورئوس 25/1 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر و برای باکتری­های اشرشیاکلای و کلبسیلا 5 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر تعیین شد. حداقل غلظت کشندگی در برابر باکتری­های اشرشیاکلای و استافیلوکوکوس اورئوس 5 میلی‌گرم بر میلی‌لیتر مشخص شد.
نتیجه‌گیری: نانوکامپوزیت سنتز شده به روش سبز بر پایه فریت منگنز علاوه بر خاصیت مهارکنندگی و کشندگی باکتری­ها، توانست به‌عنوان کاتالیست مؤثری در تجزیه آنتی­بیوتیک تتراسایکلین از محلول­های آبی مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
نانوکامپوزیت مغناطیسی
تتراسایکلین
حداقل غلظت بازدارندگی
حداقل غلظت کشندگی

عنوان مقاله English

Investigation the antibacterial and photocatalytic properties of green synthesized manganese-ferrite based nanocomposite

نویسندگان English

Fatemeh Sadat Arghavan 1
Behnam Barikbin 2
Negin Nasseh 3
Hosein Alidadi 4
1 M.Sc., Student Research Committee, Department of Environmental Health Engineering, School of Health, Mashhad University of Medical Sciences, Mashhad, Iran
2 Department of Environmental Health Engineering, School of Health, Mashhad University of Medical Sciences, Mashhad, Iran. Social Determinants of Health Research Center, Department of Environmental Health Engineering, Faculty of Health, Birjand Univers
3 1. Cellular and Molecular Research Center, Birjand University of Medical Sciences, Birjand, Iran 2. Department of Health Promotion and Education, School of Health, Birjand University of Medical Sciences, Birjand, Iran
4 Department of environmental health engineering, Mashhad university of medical sciences
چکیده English

Background and Purpose: Removing pharmaceutical substances from wastewater is essential due to their high stability and toxic effects on humans and other living organisms before they enter the environment. Green-synthesized nanocomposites possess significant abilities to degrade pharmaceutical compounds and exhibit antibacterial effects. Therefore, this study aimed to investigate the photocatalytic and antibacterial effects of a green-synthesized magnetic nanocomposite.
Materials and Methods: In this experimental study, the photocatalytic process was conducted on a solution containing tetracycline to examine the photocatalytic capabilities of the synthesized nanocomposite. The antibacterial effect of the nanocomposite was also assessed on Gram-negative and Gram-positive bacteria using the broth dilution method.
Results: The results of the tetracycline antibiotic photocatalytic degradation test showed a removal rate of 87.95% under the following conditions: pH = 7, nanocomposite dose = 0.26 g/L, contact time = 54 min, and initial TC concentration of 10 mg/L. The minimum inhibitory concentration (MIC) of the synthesized nanocomposite was determined to be 1.25 mg/mL for Staphylococcus aureus bacteria and 5 mg/mL for Escherichia coli and Klebsiella bacteria. The minimum bactericidal concentration (MBC) against Escherichia coli and Staphylococcus aureus bacteria was found to be 5 mg/mL.
Conclusion: In addition to the inhibitory and bactericidal capabilities of the manganese-ferrite-based nanocomposite, it can be utilized as a powerful catalyst for the degradation of tetracycline antibiotics in aqueous solutions

کلیدواژه‌ها English

Magnetic nanocomposite
Tetracycline
Minimum inhibitory concentration
Minimum bactericidal concentration
  1. Iravani S. Green synthesis of metal nanoparticles using plants. Green Chem. 2011;13(10):2638-50.
  2. Yazdani M. Najafpoor AA. Dehghan AA. Alidadi H. Dankoob M. Zangi R. Nourbakhsh S. Ataei R. Navaei fezabady A. Performance evaluation of combined Ultrasonic/UV process in Removal of Tetracycline Antibiotic from Aqueous Solutions using Response surface Methodology. J Res. Environ Health. 2017;3(1):11-20.
  3. Eniola JO. Kumar R. Mohamed OA. Al-Rashdi A. Barakat M. Synthesis and characterization of CuFe2O4/NiMgAl-LDH composite for the efficient removal of oxytetracycline antibiotic. J Saudi Chem Soc. 2020;24(1):139-50.
  4. Hemmati M. Ghaemi A. Tavakkoli H. Removal of Cephalexin from Aqueous Solutions by Activated Carbon Adsorbent. J Res. Environ Health. 2019;5(1):11-20.
  5. Nasseh N. Panahi AH. Esmati M. Daglioglu N. Asadi A. Rajati H.Khodadoost F. Enhanced photocatalytic degradation of tetracycline from aqueous solution by a novel magnetically separable FeNi3/SiO2/ZnO nano-composite under simulated sunlight: Efficiency, stability, and kinetic studies. J Mol Liq. 2020;301:112434.
  6. Zhang X-G. Guan D-L. Niu C-G. Cao Z. Liang C. Tang N.Zhang L. Wen X-J. Zeng G-M. Constructing magnetic and high-efficiency AgI/CuFe2O4 photocatalysts for inactivation of Escherichia coli and Staphylococcus aureus under visible light: Inactivation performance and mechanism analysis. Sci. Total Environ. 2019;668:730-42.
  7. Nasseh N. Taghavi L. Barikbin B. Nasseri MA. Synthesis and characterizations of a novel FeNi3/SiO2/CuS magnetic nanocomposite for photocatalytic degradation of tetracycline in simulated wastewater. J Clean Prod. 2018;179:42-54.
  8. Elayakumar K. Manikandan A. Dinesh A. Thanrasu K. Raja KK. Kumar RT. Slimani Y. Jaganathan S.K. Baykal A. Enhanced magnetic property and antibacterial biomedical activity of Ce3+ doped CuFe2O4 spinel nanoparticles synthesized by sol-gel method. J Magn Magn. 2019;478:140-7.
  9. Deng F. Zhao L. Luo X. Luo S. Dionysiou DD. Highly efficient visible-light photocatalytic performance of Ag/AgIn5S8 for degradation of tetracycline hydrochloride and treatment of real pharmaceutical industry wastewater. Chem Eng J. 2018;333:423-33.
  10. Erşan M. Removal of tetracycline using new biocomposites from aqueous solutions. Desalin Water Treat. 2016;57(21):9982-92.
  11. Pouretedal H. Sadegh N. Effective removal of amoxicillin, cephalexin, tetracycline and penicillin G from aqueous solutions using activated carbon nanoparticles prepared from vine wood. J Water Process Eng. 2014;1:64-73.
  12. Zhu X-D. Wang Y-J. Sun R-J. Zhou D-M. Photocatalytic degradation of tetracycline in aqueous solution by nanosized TiO2. Chemosphere. 2013;92(8):925-32.
  13. Gao Y. Li Y. Zhang L. Huang H. Hu J. Shah SM.Su X. Adsorption and removal of tetracycline antibiotics from aqueous solution by graphene oxide. J Colloid Interface Sci. 2012;368(1):540-6.
  14. Liu H. Yang Y, Kang J, Fan M, Qu J. Removal of tetracycline from water by Fe-Mn binary oxide. J Environ Sci. 2012;24(2):242-7.
  15. Teixidó M. Granados M. Prat M. Beltrán J. Sorption of tetracyclines onto natural soils: data analysis and prediction. Environ Sci Pollut Res. 2012;19(8):3087-95.
  16. Mirhosseini M. Houshmand Marvasti S. Antibacterial Activities of Copper Oxide (CuO) Nanoparticles in Combination With Nisin and Ultrasound Against Foodborne Pathogens. Iran J Microbiol. 2017;11(5):125-35.
  17. Mirhosseini H. Mostafavi A. Shamspur T. Highly efficient LaFeO3/Bi2WO6 Z-scheme nanocomposite for photodegradation of tetracycline under visible light irradiation: Statistical modeling and optimization of process by CCD-RSM. Mater Sci Semicond Process. 2023;160:107413.
  18. NooriSepehr M. Mohebi S. AbdlollahiVahed S. Zarrabi M. Removal of tetracycline from synthetic solution by natural LECA. Int J Environ Health Eng. 2014;1(4):301-11.
  19. Pirzada BM. Pushpendra. Kunchala RK. Naidu BS. Synthesis of LaFeO3/Ag2CO3 nanocomposites for photocatalytic degradation of Rhodamine B and p-Chlorophenol under natural sunlight. Acs Omega. 2019;4(2):2618-29.
  20. Quintavalla A. Veronesi R. Carboni D. Martinelli A. Zaccheroni N. Mummolo L, et al. Chemodivergent Photocatalytic Synthesis of Dihydrofurans and β, γ‐Unsaturated Ketones. Adv Synth Catal. 2021;363(13):3267-82.
  21. Shamsedini N. Dehghani M. Nasseri S. Baghapour MA. Photocatalytic degradation of atrazine herbicide with Illuminated Fe+3-TiO2 Nanoparticles. J Environ Health Sci Eng. 2017;15(1):1-10.
  22. Shah M. Fawcett D. Sharma S. Tripathy SK. Poinern GEJ. Green synthesis of metallic nanoparticles via biological entities. Materials. 2015;8(11):7278-308.
  23. Hussain I. Singh N. Singh A. Singh H. Singh S. Green synthesis of nanoparticles and its potential application. Biotechnol Lett. 2016;38(4):545-60.
  24. Naghizadeh A. Mohammadi-Aghdam S. Mortazavi-Derazkola S. Novel CoFe2O4@ ZnO-CeO2 ternary nanocomposite: Sonochemical green synthesis using Crataegus microphylla extract, characterization and their application in catalytic and antibacterial activities. Bioorg Chem. 2020;103:104194.
  25. Beyki MH. Shirkhodaie M. Shemirani F. Polyol route synthesis of a Fe3O4@CuS nanohybrid for fast preconcentration of gold ions. Anal. Methods. 2016;8(6):1351-8.
  26. Loo YY. Rukayadi Y. Nor-Khaizura M-A-R. Kuan CH. Chieng BW. Nishibuchi M. Radu S. In Vitro Antimicrobial Activity of Green Synthesized Silver Nanoparticles Against Selected Gram-negative Foodborne Pathogens. Front Microbiol. 2018;9.
  27. Zipare K. Dhumal J. Bandgar S. Mathe V. Shahane G. Superparamagnetic manganese ferrite nanoparticles: synthesis and magnetic properties. J Nanosci Nanotechnol. 2015;1(3):178-82.
  28. Ramesan M. Synthesis, characterization, and properties of new conducting polyaniline/copper sulfide nanocomposites. Polym Eng Sci. 2014;54(2):438-45.
  29. Naghizadeh A, Mohammadi-Aghdam S, Mortazavi-Derazkola S. Novel CoFe2O4@ZnO-CeO2 ternary nanocomposite: Sonochemical green synthesis using Crataegus microphylla extract, characterization and their application in catalytic and antibacterial activities. Bioorg Chem. 2020;103:104194.
  30. Lu D. Zelekew OA. Abay AK. Huang Q. Chen X. Zheng Y. Synthesis and photocatalytic activities of a CuO/TiO2 composite catalyst using aquatic plants with accumulated copper as a template. RSC Advances. 2019;9(4):2018-25.
  31. Breijyeh Z. Jubeh B. Karaman R. Resistance of Gram-Negative Bacteria to Current Antibacterial Agents and Approaches to Resolve It. Molecules. 2020;25(6).
  32. Sharma N. Jandaik S. Kumar S. Synergistic activity of doped zinc oxide nanoparticles with antibiotics: ciprofloxacin, ampicillin, fluconazole and amphotericin B against pathogenic microorganisms. An Acad Bras Cienc. 2016;88(3 Suppl):1689-98.
  33. Díez-Pascual AM. Luceño-Sánchez JA. Antibacterial Activity of Polymer Nanocomposites Incorporating Graphene and Its Derivatives: A State of Art. Polymers. 2021;13(13).
  34. Liu S. Zeng TH. Hofmann M. Burcombe E. Wei J. Jiang R. Kong J. Chen Y. Antibacterial activity of graphite, graphite oxide, graphene oxide, and reduced graphene oxide: membrane and oxidative stress. ACS nano. 2011;5(9):6971-80.