Grüne Herstellung von Kupfernanopartikeln: Katalytische, antibakterielle, zytotoxische und antioxidative Potenziale

Zusammenfassung

Kupfernanopartikel (CuNPs) sind aufgrund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften wie hohem Oberflächen-Volumen-Verhältnis, hoher Streckgrenze, Duktilität, Härte, Flexibilität und Steifigkeit von großem Interesse. CuNPs zeigen katalytische, antibakterielle, antioxidative und antifungale Aktivitäten sowie zytotoxische und antikrebswirksame Eigenschaften in vielen verschiedenen Anwendungen. Viele physikalische und chemische Methoden wurden zur Synthese von Nanopartikeln eingesetzt, darunter Laserablation, mikrowellenunterstützte Prozesse, Sol-Gel, Co-Fällung, Pulsdrahtentladung, Vakuumdampfabscheidung, Hochenergiebestrahlung, Lithografie, mechanisches Fräsen, photochemische Reduktion, Elektrochemie, Elektrospray-Synthese, hydrothermale Reaktion, Mikroemulsion und chemische Reduktion. Die Phytosynthese von Nanopartikeln wurde als wertvolle Alternative zu physikalischen und chemischen Methoden vorgeschlagen aufgrund niedriger Zytotoxizität, wirtschaftlicher Aussichten, Umweltfreundlichkeit, verbesserter Biokompatibilität und hoher antioxidativer und antimikrobieller Aktivitäten. Der Übersichtsartikel erläutert Charakterisierungstechniken, ihre Hauptrolle, Limitationen und Empfindlichkeit bei der Herstellung von CuNPs. Ein Überblick über Techniken zur Synthese von CuNPs, Syntheseverfahren, Reaktionsparameter, die die Eigenschaften der synthetisierten CuNPs beeinflussen, und eine Screening-Analyse zur Identifizierung von Phytochemikalien in verschiedenen Pflanzen wird aus der jüngsten veröffentlichten Literatur zusammengefasst. Hypothetische Mechanismen der Reduktion des Kupferions durch Quercetin, Stabilisierung von Kupfernanopartikeln durch Santin, antimikrobielle Aktivität und Reduktion von 4-Nitrophenol mit diagrammatischen Illustrationen werden gegeben. Der Hauptzweck dieses Reviews war, die Daten der für die CuNP-Synthese verwendeten Pflanzen zusammenzufassen und Forschern einen neuen Weg zu eröffnen, Pflanzen zu untersuchen, die bisher nicht verwendet wurden.

Hintergrund

Nanopartikel (NPs) haben zahlreiche interessante Anwendungen im industriellen Bereich wie Weltraumtechnologie, Magnetismus, Optoelektronik und Elektronik, Kosmetik, katalytische, pharmazeutische, biomedizinische, umweltbezogene und Energieanwendungen [1, 2]. Die außergewöhnlichen Eigenschaften von NPs wie Duktilität, hohe Streckgrenze, Härte, Flexibilität, Steifigkeit, hohes Oberflächen-Volumen-Verhältnis, Makro-Quantentunneling-Effekt und Quantengröße sind im Vergleich zu Bulk-Materialien gleicher chemischer Zusammensetzung zuzuschreiben [3]. Tatsächlich unterscheiden sich die Eigenschaften von NPs, die erheblich von denen feiner Partikel abweichen können, durch höhere spezifische Oberfläche, spezifische optische Eigenschaften, niedrigere Schmelzpunkte, spezifische Magnetisierungen, mechanische Festigkeit und zahlreiche industrielle Anwendungen [4]. Kupfernanopartikel (CuNPs) sind aufgrund leichter Verfügbarkeit, niedriger Kosten und ihrer ähnlichen Eigenschaften wie Edelmetalle von großem Interesse [5-9]. CuNPs können auch in Sensoren, Wärmetransportsystemen [10-12] und Elektronik (Brennstoffzelle und Solarzelle), als Katalysatoren in vielen Reaktionen und als bakterizide und antimikrobielle Agenten zur Beschichtung von Krankenhausgeräten eingesetzt werden [13-19].

Viele physikalische und chemische Methoden einschließlich Laserablation [20], mikrowellenunterstützter Prozess, Sol-Gel [21], Co-Fällung [22], Pulsdrahtentladung [23], Vakuumdampfabscheidung [24], Hochenergiebestrahlung [25], Lithografie [26], mechanisches Fräsen [27], photochemische Reduktion, Elektrochemie [28-32], Elektrospray-Synthese [33], hydrothermale Reaktion [34], Mikroemulsion [35] und chemische Reduktion werden zur Synthese von Nanopartikeln verwendet. Obwohl physikalische und chemische Methoden wohldefinierte und reine Nanopartikel produzieren, sind diese Methoden weder kosteneffektiv noch umweltfreundlich aufgrund der Verwendung toxischer Chemikalien. Eines der wichtigsten Kriterien der Nanotechnologie ist die Entwicklung umweltfreundlicher, ungiftiger und sauberer Grüner-Chemie-Verfahren [36]. Daher enthält die Biosynthese von Nanopartikeln eine auf Grüner Chemie basierende Methode, die verschiedene biologische Entitäten wie Pflanzen [37, 38], Actinomyceten [39, 40], Pilze [41-44], Bakterien [45-49], Hefen [50-52] und Viren [53, 54] einsetzt. Biologische Entitäten bieten einen ungiftigen, sauberen und umweltfreundlichen Ansatz zur Synthese von NPs mit einer breiten Palette von Größen, physikochemischen Eigenschaften, Formen und Zusammensetzungen [55].

Kupfernanopartikel wurden in der Literatur durch verschiedene Pflanzen synthetisiert und stabilisiert, wie Euphorbia esula [56], Punica granatum [57], Ocimum sanctum [58], Ginkgo biloba [59], Calotropis procera [60], Lawsonia inermis [61], Citrus medicalinn [62], Camellia sinensis [63], Datura innoxia [64], Syzygium aromaticum [65], Sesamum indicum [66], Citrus limon, Turmeric curcumin [67], Gloriosa superba L. [68], Ficus carica [69], Aegle marmelos [70], Caesalpinia pulcherrima [71], Cassia fistula [72], Leucas aspera, Leucas chinensis [73], Delonix elata [74], Aloe barbadensis Miller [75], Thymus vulgaris [76], Phyllanthus emblica [77], Magnolia kobus [78], Eucalyptus [79], Artabotrys odoratissimus [80], Capparis zeylanica [81], Vitis vinifera [82], Hibiscus rosa-sinensis [83], Zingiber officinale [84], Datura metel [85], Zea mays [86], Urtica, Matricaria chamomilla, Glycyrrhiza glabra, Schisandra chinensis, Inula helenium, Cinnamomum [87], Dodonaea viscosa [88], Cassia auriculata [89], Azadirachta indica, Lantana camera, Tridax procumbens [90], Allium sativum [91], Asparagus adscendens, Bacopa monnieri, Ocimum bacilicum, Withania somnifera [92], Smithia sensitiva, Colocasia esculenta [93], Nerium oleander [94] und Psidium guajava [95]; durch verschiedene Algen/Pilze wie Phaeophyceae [96], Stereum hirsutum [97] und Hypocrea lixii [98]; und durch Mikroorganismen wie Pseudomonas fluorescens [99] und Enterococcus faecalis [100] Kulturen.

Biosynthese von Kupfernanopartikeln

Verwendete Pflanzenteile für Extrakt

Verschiedene Pflanzenteile werden für die Herstellung von Pflanzenextrakten verwendet, wie Blätter, Samen, Rinde, Früchte, Schalen, Coir, Wurzeln und Gummi. Blätter und Wurzeln werden auf zwei Arten genutzt. Erstens werden frische Blätter und Wurzeln für die Extraktbereitung verwendet, zweitens getrocknete Blätter und Wurzeln in Pulverform.

Verfahren zur Synthese von CuNPs

Für die Synthese von CuNPs wurde Pflanzenextrakt aus verschiedenen Teilen verschiedener Pflanzen hergestellt. Zur Extraherstellung werden Blätter gesammelt, mit Leitungswasser und dann destilliertem Wasser gewaschen, um Staub zu entfernen. Die gewaschenen Blätter werden auf zwei Arten weiterverwendet. Erstens werden sie 1–2 h sonnengetrocknet, um Restfeuchte zu entfernen. Bekannte Gewichte dieser getrockneten Blätter werden in kleine Teile geteilt und in deionisiertem Wasser oder Ethanol-Lösung eingeweicht. Diese Mischung wird 24 h bei Raumtemperatur mit einem Magnetrührer gerührt und dann für die weitere Verwendung filtriert. Zweitens werden die Blätter 4–7 Tage sonnengetrocknet oder 1 Tag bei 50 °C im Ofen getrocknet und mit einem Haushaltsmixer pulverisiert. Bekannte Menge Pflanzenpulver wird in Wasser oder Ethanol-Lösung gemischt, gerührt und filtriert.

Für die CuNP-Synthese wird wässrige Lösung von Vorläufersalzen wie Kupfersulfat, Kupferchlorid, Kupferacetat und Kupfernitrat mit unterschiedlichen Konzentrationen mit Pflanzenextrakt gemischt. Wässrige Natriumhydroxid-Lösung wird ebenfalls hergestellt und dem Reaktionsgemisch zugesetzt, um den pH-Wert zu kontrollieren. Das Reaktionsgemisch wird für unterschiedliche Zeitintervalle in einem elektrischen Schüttler stark geschüttelt und bei unterschiedlichen Temperaturen und Zeiten im Ofen erhitzt. Die CuNP-Bildung kann auch bei Raumtemperatur stattfinden und wird durch Farbänderung des Reaktionsgemischs bestätigt. Am Ende werden Nanopartikel zentrifugiert und bei unterschiedlichen Temperaturen getrocknet. Reaktionsoptimierung erfolgt durch Variation des pH-Werts, der Vorläufersalzkonzentration, Erhitzungszeit und Reaktionstemperatur. In der Literatur wurden verschiedene Pflanzen für die CuNP-Bildung mit verschiedenen Vorläufersalzen unter unterschiedlichen Reaktionsbedingungen verwendet, wie in Tabelle 1 gezeigt. Daraus geht hervor, dass unterschiedliche Reaktionsbedingungen Form und Größe der CuNPs beeinflussen.

Einfluss der Reaktionsparameter auf NP-Eigenschaften

Die Konzentration des Pflanzenextrakts spielt eine Hauptrolle bei der Reduktion und Stabilisierung der CuNPs. Es wurde berichtet, dass durch Erhöhung der Extraktkonzentration die Partikelzahl zunimmt [88]. Durch Erhöhung der Extraktkonzentration steigt die Phytochemikalienkonzentration und die Reduktion des Kupfersalzes nimmt zu. Durch die schnelle Reduktion des Metallsalzes verringert sich auch die Nanopartikelgröße [101].

Größe und Struktur der CuNPs werden stark vom Kupfersalz beeinflusst. Die Morphologie der Nanopartikel ändert sich, wenn das Salz (z. B. Kupferchlorid, Kupferacetat, Kupfernitrat oder Kupfersulfat) in Gegenwart von Natriumhydroxid verwendet wird. Es wurde berichtet, dass die Form bei Kupferchlorid dreieckig und tetraedrisch, bei Kupferacetat stäbchenförmig und bei Kupfersulfat kugelförmig ist [102]. Durch Erhöhung der Vorläufersalzkonzentration nimmt auch die CuNP-Größe zu.

Die CuNP-Synthese liefert beste Ergebnisse durch Variation des pH-Werts des Reaktionsmediums im bevorzugten Bereich. Die Nanopartikelgröße wurde durch Änderung des pH-Werts der Reaktionsmischung kontrolliert. Bei höherem pH wurden kleinere Nanopartikel erhalten im Vergleich zu niedrigem pH. Dieser Unterschied wird auf die unterschiedliche Reduktionsrate der Metallsalze durch Pflanzenextrakt zurückgeführt. Der umgekehrte Zusammenhang zwischen pH-Wert und Nanopartikelgröße zeigte, dass ein Anstieg des pH-Werts kleine kugelförmige Nanopartikel ermöglicht, während ein Abfall große (stäbchenförmige und dreieckige) Partikel ergibt. Der Effekt verschiedener pH-Werte (4, 6, 8, 10, 12) auf Absorptionsspektren ist in Abb. 1 dargestellt [36]. Es wurde berichtet, dass die Zugabe von Pflanzenextrakt zu CuCl₂ nicht zur CuNP-Bildung führte, sondern CuNPs durch Einstellen des pH auf basisches Medium erhalten wurden. Gleiches Verhalten beobachteten Wu und Chen, und es wurde geschlossen, dass pH eine wichtige Rolle in der CuNP-Synthese spielt [103].

Mechanismus der Phytosynthese von Kupfernanopartikeln

Phytochemisches Screening: Eine qualitative Analyse

Phytochemisches Screening ist eine chemische Analyse zum Nachweis von Phytochemikalien in verschiedenen Pflanzen. Frischer Pflanzenextrakt mit Chemikalien oder Reagenzien wird dafür verwendet [77] wie in Tabelle 2 gezeigt.

Phytochemikalien zur Reduktion von Metall und Stabilisierung der NPs

Die grüne Synthese von CuNPs durch Phytochemikalien bietet flexiblere Kontrolle über Form und Größe der NPs (durch Änderung von Reaktionstemperatur, Extraktkonzentration, Metallsalzkonzentration, Reaktionszeit und pH). Farbänderung des Reaktionsmediums zeigt Reduktion des Metallions und NP-Bildung an. Die grüne Reduktion der Kupfersalze beginnt sofort, und die Kupfernanopartikelbildung wird durch Farbänderung angezeigt. Phytochemikalien spielen die Hauptrolle bei der ersten Reduktion der Metallionen und anschließenden Stabilisierung der Metallkerne als Nanopartikel, wie in Abb. 2 dargestellt. Die Wechselwirkung von Phytochemikalien mit Metallionen und deren Konzentration steuern Form und Größe der CuNPs.

Protokoll zur Reduktion der Metallionen und anschließender Stabilisierung der Metallkerne

Flavonoide enthalten polyphenolische Verbindungen wie Quercetin, Catechine, Flavanone, Isoflavone, Santin, Penduletin, Alizarin, Pinocembrin, Anthocyanine, Flavone, Tannine und Saponine, die in verschiedenen Pflanzen wie Ginkgo biloba [59], Citrus medicalinn [62], Phyllanthus emblica [77], Hibiscus rosa-sinensis [83] und Dodonaea viscosa [93] vorkommen. Diese Verbindungen spielen eine Hauptrolle bei der Reduktion und Chelatierung des Metalls. Verschiedene funktionelle Gruppen in Flavonoiden sind für die Reduktion des Kupferions verantwortlich. Es wird angenommen, dass ein reaktives Wasserstoffatom in Flavonoiden während der tautomeren Umwandlung der Enol- in die Keto-Form freigesetzt wird, was Kupferionen zu Kupferkernen oder CuNPs reduzieren kann. Beispielsweise wird angenommen, dass bei Ginkgo biloba-Extrakten die Transformation von Quercetin (Flavonoid) die Hauptrolle bei der Reduktion von Kupfermetallionen in Kupferkerne oder CuNPs aufgrund des Enol-zu-Keto-Übergangs spielt, wie in Abb. 3 gezeigt.

Reduktion von Kupferionen durch Quercetin

Während des CuNP-Syntheseprozesses werden Metallionen mit ein- oder zweiwertigem Oxidationszustand in nullwertige Kupferkerne umgewandelt, die sich zu verschiedenen Formen vereinen. Während der Nukleation aggregieren Kerne zu Drähten, Sphären, Würfeln, Stäben, Dreiecken, Fünfecken und Sechsecken. Einige Flavonoide können CuNPs mit ihren π-Elektronen und Carbonylgruppen chelatieren. Quercetin und Santin sind Flavonoide mit starker Chelatieraktivität aufgrund zweier funktioneller Gruppen mit Hydroxyl- und Carbonylgruppen. Diese Gruppen chelatieren mit Kupfernanopartikeln folgendem Mechanismus und erklären auch die Adsorptionsfähigkeit von Santin (Flavonoid) auf der CuNP-Oberfläche, wie in Abb. 4 dargestellt.

Stabilisierung von Kupfernanopartikeln durch Santin

Es wurde angenommen, dass Proteinmoleküle (Superoxiddismutase, Katalase, Glutathion) in Pflanzen wie Hibiscus rosa-sinensis [83] und Camellia sinensis [104] hohe Reduktionsaktivität für NP-Bildung aus Metallionen zeigen, ihre Chelatieraktivität jedoch nicht übermäßig ist. Zucker wie Monosaccharide (Glucose), Disaccharide (Maltose, Laktose) und Polysaccharide in Camellia sinensis [63] können als Reduktionsmittel oder Antioxidantien wirken und eine Reihe tautomerer Transformationen von Keton zu Aldehyd durchlaufen.

Andere Phytochemikalien wie Polyphenole (z. B. Ellagsäure, Gallussäure) in Hibiscus rosa-sinensis [40], Phenylpropanoide (Phenylalanin, Tyrosin) in Aegle marmelos [70], Terpenoide in Ocimum sanctum und Asparagus adscendens [58, 92], Cystein-Proteasen in Calotropis procera [60], Curcuminanilinoazomethin in Turmeric curcumin [67], Ascorbinsäure in Citrus medicalinn [62], Eugenol in Syzygium aromaticum [65] und Alkaloide in Aegle marmelos [70] spielen dieselbe Rolle bei Reduktion und Stabilisierung. Kohlenhydrate, Anthrachinon, Chinon, Anthocyanoside in Phyllanthus emblica [77]; Lignine und Xanthone in Hibiscus rosa-sinensis [83]; und Herzglykoside, Triterpenoide, Carotinoidglykoside, Anthrachinonglykoside in Colocasia esculenta [93] sind ebenfalls Phytochemikalien in Pflanzenextrakten, die als Reduktions- und Stabilisierungsmittel wirken. Beispiele bestimmter Phytochemikalien mit Strukturen sind in Abb. 5 gezeigt.

Phytochemikalien mit ihren Strukturen

Charakterisierungstechniken

Zur Charakterisierung synthetisierter Nanopartikel wurden verschiedene Techniken eingesetzt: Ultraviolett-Vis-Spektroskopie (UV-Vis), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS), Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR), Röntgenfluoreszenzspektroskopie (XRF), Röntgenbeugung (XRD), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Rasterelektronenmikroskopie (SEM), Feldemissions-SEM (FESEM), Partikelgrößenanalyse (PSA), Malvern Zetasizer (MZS), energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX/EDS), Nanopartikel-Tracking-Analyse (NTA), Röntgenreflektometrie (XRR), Brunauer-Emmett-Teller-Analyse (BET), Selected Area Electron Diffraction (SAED) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) (Tabelle 3).

Anwendungen von Kupfernanopartikeln

Aufgrund ihrer herausragenden chemischen und physikalischen Eigenschaften, großer Oberfläche, ständig erneuerbarer Oberfläche, niedriger Kosten und ungiftiger Herstellung sind CuNPs für Anwendungen in verschiedenen Bereichen von großem Interesse. Kupfernanopartikel zeigen katalytische Aktivität, antibakterielle Aktivität, Zytotoxizität oder antikrebswirksame Aktivität, antioxidative Aktivität und antifungale Aktivität in verschiedenen Anwendungen. In der katalytischen Aktivität werden CuNPs für die Huisgen [3+2] Cycloaddition von Alkinen und Aziden in vielen Lösungsmitteln unter ligandfreien Bedingungen [59], 1-Methyl-3-phenoxybenzol, 3,3-Oxybis(methylbenzol) [94], Synthese von 1-substituiertem 1H-1,2,3,4-Tetrazol [76], Adsorption von Stickstoffdioxid und Schwefeldioxid [66] verwendet. In den meisten Übergangsmetall-katalysierten Ullmann-Kupplungsreaktionen werden Liganden wie Phosphine in der Literatur berichtet, die meist teuer, schwer herzustellen und feuchtigkeitsempfindlich sind. Für diese Arbeit werden synthetisierte CuNPs für ligandfreie Ullmann-Kupplung von Diphenylether eingesetzt. Verschiedene Farbstoffe, giftige organische Verbindungen und Pestizide in Industrieabfällen sind schädlich für Umwelt und Lebewesen. CuNPs werden zum Abbau verschiedener Farbstoffe wie Methylenblau [73], Abbau von Atrazin [86] und Reduktion von 4-Nitrophenol [76] verwendet.

Unter antimikrobiellen Mitteln werden Kupferverbindungen in der Landwirtschaft als Herbizide [105], Algizide [106], Fungizide [107] und Pestizide sowie in der Tierhaltung als Desinfektionsmittel [108] eingesetzt (Tabelle 4). Biogene CuNPs zeigten starke antibakterielle Aktivität gegen gram-positive und gram-negative Pathogene wie Pseudomonas aeruginosa (MTCC 424), Micrococcus luteus (MTCC 1809), Enterobacter aerogenes (MTCC 2832) [57], Salmonella enterica (MTCC 1253), Rhizoctonia solani, Xanthomonas axonopodis pv. citri, Xanthomonas axonopodis pv. punicea [58], Escherichia coli (ATCC 14948) [62], Staphylococcus aureus (ATCC 25923), Bacillus subtilis (ATCC 6633), Pediococcus acidilactici [69] und Klebsiella pneumoniae (MTCC 4030). In der antifungalen Aktivität werden CuNPs gegen Alterneria carthami, Colletotrichum gloeosporioides, Colletotrichum lindemuthianum, Drechslera sorghicola, Fusarium oxysporum f.sp. carthami, Rhizopus stolonifer, Fusarium oxysporum f.sp. ciceris, Macrophomina phaseolina, Fusarium oxysporum f.sp. udum, Rhizoctonia bataticola [58], Candida albicans, Curvularia, Aspergillus niger und Trichophyton simii [67] eingesetzt. In der Zytotoxizität werden CuNPs für Studien an HeLa, A549, MCF7, MOLT4 und BHK21 Zelllinien (Krebstumoren) [60, 104] verwendet.

Hypothetischer Mechanismus der antimikrobiellen Aktivität

Es wurde beobachtet, dass CuNPs hervorragende antimikrobielle Aktivität besitzen, aber nur begrenzte Berichte den Mechanismus der antibakteriellen Aktivität von CuNPs in der Literatur darstellen, und diese Mechanismen waren hypothetisch. Es wurde beobachtet, dass Bakterien und Enzyme/Proteine durch Interaktion von CuNPs mit –SH (Sulfhydryl)-Gruppen zerstört werden [109, 110]. Es wurde auch berichtet, dass die helikale Struktur von DNA-Molekülen durch Interaktion von CuNPs gestört wird [111]. Die Interaktion von CuNPs mit der Zellmembran von Bakterien verringerte das transmembranische elektrochemische Potential, und durch die Abnahme des transmembranischen Potentials wurde die Membranintegrität beeinträchtigt [112]. Es wurde angenommen, dass Metall-NPs ihre jeweiligen Metallionen freisetzen. CuNPs und Kupferionen reichern sich auf der bakteriellen Zelloberfläche an und bilden Gruben in der Membran, was zum Austritt zellulärer Komponenten aus der Zelle und in die Zelle führt, was oxidativen Stress verursacht, der zum Zelltod führt [112-114]. Ein hypothetischer Mechanismus der antibakteriellen Aktivität, der die oben genannten Möglichkeiten darstellt, ist in Abb. 6 gezeigt.

Mechanismus der antibakteriellen Aktivität von Kupfernanopartikeln

Katalytische Aktivität für Reduktion von 4-Nitrophenol

4-Nitrophenol (4-NP), der üblicherweise in landwirtschaftlichen Abwässern und Industrieprodukten vorkommt, ist gefährlich und nicht umweltfreundlich. Hydrierung oder Reduktion von 4-NP, das in 4-Aminophenol (4-AP) umgewandelt wird, findet in Gegenwart von CuNPs statt. CuNPs können die Reaktion katalysieren, um die kinetische Barriere durch Unterstützung des Elektronentransfers von Donator-Borhydrid-Ionen zum Akzeptor 4-NP zu überwinden.

Die katalytische Aktivität der synthetisierten CuNPs wurde in der Reduktion von 4-Nitrophenol in wässrigem Medium bei Raumtemperatur in Gegenwart wässriger Natriumborhydrid-Lösung untersucht [56]. Die Reduktion von 4-NP mittels CuNPs ist ein einfacher und umweltfreundlicher Prozess. Die katalytische Effizienz von CuNPs für die 4-NP-Reduktion wurde per UV-Vis-Spektrometer untersucht. Es wurde beobachtet, dass der maximale Absorptionspeak für 4-NP in wässrigem Medium bei 317 nm lag und der Absorptionspeak durch Zugabe von Natriumborhydrid auf 403 nm verschoben wurde aufgrund der Bildung von 4-Nitrophenolat-Ionen. Ein Peak bei 403 nm blieb selbst nach 2 Tagen unverändert, was anzeigte, dass die 4-NP-Reduktion ohne Katalysator nicht stattfinden kann. Nach Zugabe der CuNPs verschob sich der Absorptionspeak der Lösung auf 300 nm und der Peak bei 403 nm verschwand vollständig, was die Reduktion von 4-NP zu 4-AP ohne Nebenprodukte anzeigte. Ein hypothetischer Mechanismus für die 4-NP-Reduktion ist in Abb. 7 gezeigt. Im Mechanismus liegen 4-NP und Natriumborhydrid in Ionenform in Lösung vor. Die Protonen des Borhydrid-Ions adsorbieren auf der CuNP-Oberfläche und bilden BO₂. 4-Nitrophenolat-Ionen adsorbieren ebenfalls auf der CuNP-Oberfläche. Durch Adsorption sowohl von Protonen als auch 4-Nitrophenolat-Ionen überwinden CuNPs die kinetische Barriere der Reaktanten und das 4-Nitrophenolat-Ion wird in 4-Aminophenolat-Ion umgewandelt. Nach Umwandlung erfolgt Desorption des 4-Aminophenolat-Ions und es wird zu 4-Aminophenol.

Mechanismus für die Reduktion von 4-Nitrophenol

Schlussfolgerungen

Dieser Artikel hat aktuelle Informationen zu biologischen Methoden zur Synthese von Kupfernanopartikeln (CuNPs) mit verschiedenen Pflanzen überprüft und zusammengefasst. Grüne Synthese von CuNPs wurde als wertvolle Alternative zu physikalischen und chemischen Methoden vorgeschlagen mit niedriger Zytotoxizität, wirtschaftlichen Aussichten, Umweltfreundlichkeit, verbesserter Biokompatibilität, Machbarkeit und hoher antioxidativer und antimikrobieller Aktivität. Der Mechanismus der Biosynthese von NPs ist noch unbekannt, und weitere Forschung muss sich auf den Bildungsmechanismus von Nanopartikeln und das Verständnis der Rolle von Phytochemikalien in der NP-Bildung konzentrieren. Dieser Review gibt Daten zu Pflanzen, die in der CuNP-Synthese verwendet werden, Syntheseverfahren und Reaktionsparameter, die die Eigenschaften der synthetisierten CuNPs beeinflussen. Ein phytochemisches Screening ist eine chemische Analyse zum Nachweis von Phytochemikalien wie Kohlenhydrate, Tannine, Saponine, Flavonoide, Alkaloide, Anthrachinone und Anthocyanoside in verschiedenen Pflanzen. Der Mechanismus der Kupferionenreduktion durch Quercetin und Stabilisierung von CuNPs durch Santin wird in diesem Papier beschrieben. Charakterisierungstechniken für CuNPs in der Literatur sind UV-Vis, FTIR, XRD, SEM, FESEM, TEM, PSA, MZS, EDX, NTA, SAXS, XRR, XRF, XPS, BET, SAED und AFM. CuNPs zeigen katalytische, antibakterielle, zytotoxische/antikrebswirksame, antioxidative und antifungale Aktivität. Hypothetische Mechanismen der antimikrobiellen Aktivität und 4-Nitrophenol-Reduktion mit Diagrammen werden gezeigt.

CuNPs mit unterschiedlichen strukturellen Eigenschaften und effektiven biologischen Effekten können in Zukunft durch neue grüne Protokolle hergestellt werden. Die Kontrolle über Partikelgröße und damit die größenabhängigen Eigenschaften von CuNPs wird neue Anwendungsfelder eröffnen. Diese Studie gibt einen Überblick über CuNP-Synthese mit Pflanzenextrakt, mikrobiellem Extrakt und natürlich vorkommenden Biomolekülen. Obwohl all diese grünen Protokolle für CuNP-Synthese ihre eigenen Vor- und Nachteile haben, ist die Verwendung von Pflanzenextrakt als Reduktionsmittel vorteilhafter im Vergleich zu mikrobiellem Extrakt aufgrund der schnelleren Nanopartikelproduktionsrate.