Optimizing the Biosynthesis Temperature of Iron Oxide Nanoparticles Using Moringa Oleifera Extract and Study of their Biological Activities

Abstract

الملخص:

شهد العقدان الماضيان إهتمامًا متزايدًا بتحسين صناعة جزيئات أكسيد المعادن النّانويّة نظرًا لخصائصها الفريدة اللتي أدت تحسينات جوهرية في العديد من المجالات. يهدف هذا العمل إلى تحسين درجة حرارة التصنيع الحيوي لجسيمات أكسيد الحديد النّانويّة ودراسة نشاطها البيولوجي. تم إستخدام مستخلص أوراق مورينجا أوليفيرا كعامل إرجاع حيوي لعملية التصنيع الحيوي، وتم إجراء عملية التحسين بإستخدام منهجية سطح الإستجابة (RSM) بناءً على التصميم المركب المركزي (CCD). تم إختيار درجات حرارة التصنيع الحيوي (درجات حرارة التفاعل والتكلس) إلى جانب تركيز الملح المعدني كمتغيرات مستقلة ، و اُختير الحجم البلوري كمتغير تابع (إستجابة) من أجل الحصول على الظروف المثلى التّي تقلّل من حجم البلورات النّانوية لأكسيد الحديد. تم إستخدام تقنيات توصيف مختلفة مثل الأشعَّة فوق البنفسجية UV-Vis، الأشعَّة تحت الحمراءFTIR ، إنعراج الأشعَّة إكس XRD، مسح المجهر الإلكتروني SEM و الأشعَّة السِّينية المُشَتِّتَةِ للطاقة EDX لدراسة خصائص الجسيمات النّانويّة. نتائج التوصيفات أكدت نجاح صناعة الجسيمات النّانويّة لأكسيد الحديد من نوع الهيماتيت (α-Fe2O3) ذو هيكل كريستالي مُعَيَّنِيُّ السُّطوح. أظهر النموذج الرِّياضي الذي تم إنشاؤه قِيَمًا توقعيَّة قريبة جدًا من القيم التَّجريبيَّة مما يثبت قدرة هذا النَّموذج على التنبُّؤِ الصَّحيح بنتائج هذه الدراسة وتحسينها. أشار النموذج إلى أن جميع المتغيرات التي تم فحصها وتداخلاتها أثرت بشكل كبير على حجم البلورات. ضمن النطاق المدروس ، تم التحصل على حجم بلوري مثالي قدره 29.35 نانومتر عندما تكون درجات حرارة التفاعل والتكلس 55 و 500 درجة مئوية على التوالي ، والتركيز المولاري للملح المعدني 0.03 مولاري. علاوة على ذلك ، تم إختبار النشاط المضاد للبكتيريا لجزيئات أكسيد الحديد النّانويّة بإستخدام طريقة القرص المنتشر، وأظهر فعالية معتبرة ضد كل من البكتيريا مُوجَبَةُ و سَالِبَةُ الجرام.

Résumé : فرنسية أو انجلزية

The past two decades have seen a growing interest in optimizing the synthesis of metal oxide nanoparticles due to their unique properties that have made revolutionary improvements in many fields. This work aims to optimize the biosynthesis temperature of iron oxide nanoparticles and to study their biological activity. Moringa Oleifera leaves extract was used as a bio-reducing and stabilization agent for the biosynthesis process, and the optimization was performed using response surface methodology (RSM) based on central composite design (CCD). The biosynthesis temperatures (reaction and annealing temperatures) besides precursor concentration were set as independent variables, and the crystallite size was set as a response to obtain the optimal conditions that minimize IONPs crystallite size. Different characterization techniques such as UV-Vis, FTIR, XRD, SEM, and EDX were employed to study the nanoparticles properties. The characterizations results have confirmed the biosynthesis of Hematite (α-Fe2O3) nanoparticles of rhombohedral structure. The generated model has exhibited predicted values very close to the actual proving its validity to analyze and optimize this study. The model indicated that all the investigated parameters and their interactions significantly affected the crystallite size. Within the studied range, an optimal crystallite size of 29.35 nm was achieved when biosynthesis temperatures i.e., reaction and annealing temperatures are 55 and 500 °C respectively, and precursor concentration of 0.03 M. Furthermore, the antibacterial activity of IONPs was tested using the disk diffusion method, which has shown significant antibacterial activity against both Gram-positive and Gram-negative bacteria.