Structural, optical and antibacterial characteristics of CdO nanostructure prepared via simple method

Abstract

CdO nanostructure was synthesized using the simple co-precipitation method at three concentrations of ethylene glycol (EG) (0.01, 0.1 and 1 M) as stabilization materials. The prepared samples were calcined at 450 °C for 3 h. The structural properties of samples were studied using X-ray diffraction (XRD). The XDR patterns showed good crystallinity of CdO samples and the crystallite size increased from 32.5 nm to 35 nm as the EG concentration increased from 0.01 M to 1 M. The optical properties of CdO samples were investigated using UV-visible spectroscopy. The absorbance spectra of the prepared samples showed UV absorption band with cut-off wavelength less than 271 nm. The optical band gap decreased from 4.09 eV to 3.59 eV as crystallite size increased from 32.5 nm to 35 nm due to the nanostructure nature of the prepared samples. Antibacterial activities of CdO samples were evaluated against three types of bacteria (Staphylococcus aureus, Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa) and the zone range of the inhibition (9 – 14 mm). The reactive oxygen species (ROS), such as, superoxide anion radical, hydroxyl radical and hydrogen peroxide have been generated on the surface of the CdO nanoparticles. The released Cd2+ from the surfaces of the CdO nanostructure and ROS come into contact with the bacterial cell membranes and cause membrane and protein denaturation damage. في هذا الدراسة، تم تحضير مركب اكسيد الكادميوم النانوني بطريقة الترسيب البسيطة وذلك باستخدام ثلاثة تراكيز من بولي ايثلين الجلايكول (0.01 و 0.1 و 1 مولار) للحصول على تغيير في حجم المركب النانوني. لقد تم تكسير الراسب المتكون من التجربة عند درجة حرارة 450 درجة مئوية لمدة 3 ساعات في وجود الهواء. تم دراسة الخواص التركيبية للمركبات المحضرة باستخدام جهاز حيود الاشعة السينية وقد اظهرت نتائج الدراسة ان المركبات المحضرة لها تركيب متعدد التبلور ذو تركيب مكعبي متمركز الوجه. كما اظهرت الدراسة ان الحجم البلوري لأكسيد الكادميوم يزيد من 32.5 الى 35 نانومتر بزيادة تركيز البولي ايثلين الجلايكول من 0.01 الى 1 مولار. تم دراسة الخواص البصرية للمركبات المحضرة باستخدام جهاز مطيافية الفوق بنفسجية و المنطقة المرئية. لقد اظهرت اطياف الامتصاصية ان العينات قيد الدراسة تملك اطوال موجية قطع ضمن المنطقة فوق البنفسجية. كما اظهرت قيم فجوة الطاقة للمركبات انها تقل من 4.09 الى 3.59 الكترون فولت عند زيادة الحجم البلوري لتلك المركبات من 32.5 الى 35 نانومتر وهذا يعود الى الخاصية النانونية التي تميزت بها العينات قيد الدراسة. تم دراسة الفعالية المضادة للبكتريا للعينات المحضرة على ثلاثة انواع من البكتيريا المعدية (Staphylococcus aureus, Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa). لقد اظهرت اختبارات الفعالية المضادة للبكتريا ان عرض الهالات المتكونة بسبب اضافة العينات قيد الدراسة تتراوح بين 9 و 14 مليمتر. يمكن تفسير تكون تلك الهالات والتي تعبر عن قتل البكتريا من انتاج مركبات الاكسجين الفعالة (ROS) مثل جذور البيروكسيد الهيدروجين و جذور السوبر بيروكسيد. يتم توليد تلك الجذور على سطح مركبات اكسيد الكادميوم النانوية. بالإضافة لتلك الجذور المتولدة، فان ايونات الكادميوم تظهر عند سطح مركبات اكسيد الكادميوم النانوية والتي تعمل كلها (الجذور وايونات الكادميوم) على الاتصال بجدار الخلية البكتيرية ومن ثم تسبب اضرار بليغه له. هذا يؤدي بدوره الى دخول الجذور الفعالة المتولدة وتدمير البروتينات وبقية المكونات الحيوية للخلية البكتيرية مما يسبب موتها في النهاية.