تهيه فيلم ضدميكروبي برپايه نانوسلولز باكتريايي و نقاط كوانتومي كربني

PREPARATION OF ANTIMICROBIAL FILM BASED ON BACTERIAL NANOCELLULOSE and CARBON QUANTUM DOTS

پيش زمينه و هدف نقاط كوانتومي كربني (كربن دات)، دسته جديدي از نانومواد با اندازه 1 تا 10 نانومتر هستند كه به دليل خصوصيات فلورسانس عالي، حلاليت بالا در آب، سازگاري زيستي و خواص ضدميكروبي، در صنايع غذايي بسيار مورد توجه قرار گرفته اند. در اين مطالعه تجربي، نقاط كوانتومي كربني از گياه شاه توت تهيه و اثرات ضدباكتريايي آن به تنهايي و پس از اضافه شدن به فيلم نانوسلولز باكتريايي عليه استافيلوكوكوس اورئوس ATCC 25923 و اشرشيا كلي ATCC 25922 مورد بررسي قرار گرفت. مواد و روش كار نقاط كوانتومي كربني به روش هيدروترمال با استفاده از عصاره آبي شاه توت تهيه گرديد. اندازه ذرات، ميزان جذب و طيف FTIR بررسي و خصوصيات ضدباكتريايي به روش انتشار در چاهك مورد ارزيابي قرار گرفت. فيلم نانوسلولز باكتريايي با استفاده از باكتري كوماگاتي گزيلينوم تهيه و نقاط كوانتومي كربني به روش غوطه وري به فيلم اضافه شد و خصوصيات ضدباكتريايي فيلم بر عليه دو باكتري اشاره شده، به روش انتشار در آگار مورد بررسي قرار گرفت. يافته ها اندازه نانوذرات تهيه شده از پراكنندگي بسيار محدودي برخوردار بود و بيش از 95 درصد ذرات در ابعاد كمتر از 10 نانومتر بودند. هاله ممانعت از رشد نقاط كوانتومي كربني بر عليه استافيلوكوكوس اورئوس و اشرشيا كلي به ترتيب 11.9 و 10.2 ميلي متر بود. پس از اضافه كردن نقاط كوانتومي كربني به فيلم، خصوصيات مشابهي مشاهده گرديد، به طوري كه اثرات ضدباكتريايي فيلم بر عليه باكتري گرم مثبت بيشتر از گرم منفي بود. نتايج اين مطالعه همچنان نشان داد كه غوطه وري نقاط كوانتومي كربني در فيلم در دماي 30 درجه سانتي گراد، اثر معني داري (p < 0.05) بر خصوصيات ضدباكتريايي فيلم در مقايسه با غوطه وري در دماي 4 درجه سانتي گراد دارد. بحث و نتيجه گيري به دليل خصوصيات ضدميكروبي و جذبي مناسب نقاط كوانتومي كربني، فيلم نانوسلولز حاوي اين تركيب، مي تواند جايگاه ارزشمندي براي استفاده در فيلم هاي ضدميكروب داشته باشد.

Background & Aims: Carbon quantum dot (CQD) is a new platform of nanomaterials in the range of 1 to 10 nm. This novel material has received extensive attention in the food industry due to its excellent fluorescence properties, high solubility in water, biocompatibility, and antimicrobial properties. In this experimental study, CQD was prepared using black mulberry and its antibacterial activity was evaluated individually and after impregnation in the bacterial nanocellulose (BNC) on Staphylococcus aureus ATCC 25923 and Escherichia coli ATCC 25922. Materials & Methods: CQD was fabricated according to a hydrothermal procedure using black mulberry water extract. The size, UV−vis absorption spectrum, FTIR, and antibacterial activity of CQD were examined according to the agar well diffusion method. BNC was prepared from Komagataeibacter xylinus and CQD was added into BNC by ex-situ method and antibacterial properties were then assessed on both pathogens based on an agar diffusion method. Results: CQDs have narrow size distribution and more than 95% of CQDs were less than 10 nm in size. The diameter zone of inhibition of CQD was 11.9 and 10.2 mm in S. aureus and E. coli, respectively. , Similar results were also obtained after addition of CQD into BNC. Accordingly, BNC films represented potent antibacterial activity on gram-positive bacterium than gram-negative one. Impregnation of CQD in BNC at 30 ºC significantly (p < 0.05) affected the antibacterial activity compared to impregnation at 4 ºC. Conclusion: Owing to the typical antibacterial and UV−vis absorption spectrum, CQD incorporated BNC has an important capacity for the fabrication of antimicrobial films.