Plantaardige magnetische nanodeeltjes met schimmelwerende eigenschappen

Een team van onderzoekers van de Baltische Federale Universiteit van Immanuel Kant verkreeg magnetische nanodeeltjes met behulp van de zoete vlag (Acorus calamus). Zowel de wortels als de bladeren van deze plant hebben antioxiderende, antimicrobiële en insecticide eigenschappen. Het extract van zoete vlag werd gebruikt als een niet-toxisch reagens voor de vervaardiging van gecoate deeltjes. De auteurs van het werk toonden ook de efficiëntie van de nieuwe nanodeeltjes aan tegen verschillende soorten pathogene schimmels die gekweekte planten beschadigen. Een door het team ontwikkelde technologie zorgt voor de productie van nanodeeltjes uit een goedkope plantaardige grondstof en vermindert de schadelijke effecten van reagentia op het milieu.

Vanwege hun unieke eigenschappen worden nanodeeltjes op veel gebieden gebruikt, van medicijnen tot olieproductie. Hun kenmerken zijn in hoge mate afhankelijk van hun grootte en vorm, en de verhouding tussen hun oppervlakte en volume speelt een sleutelrol. Hoe groter het is, hoe sterker het lokale effect van een nanodeeltje is. Magnetische nanodeeltjes die aangestuurd kunnen worden met een extern magnetisch veld of warmte afgeven onder invloed van elektromagnetische straling hebben potentie in de biologie en geneeskunde. Deeltjes met een verhoogd magnetisch moment worden bijvoorbeeld zowel in medische diagnostiek als voor de behandeling van verschillende aandoeningen gebruikt. Sommige onderzoeken geven ook aan dat magnetische nanodeeltjes schimmelwerende eigenschappen kunnen hebben. Voor deze toepassingen stellen wetenschappers voor om bariumferrietnanodeeltjes te gebruiken in een biocompatibele coating.

“Er zijn verschillende methoden om gecoate nanodeeltjes met bepaalde kenmerken te vervaardigen, maar ze bevatten allemaal giftige reagentia. We hebben een milieuvriendelijke technologie ontwikkeld voor de productie van bariumferriet met behulp van zoetvlaggextract. Het oppervlak van deze deeltjes heeft extra biologische eigenschappen en de deeltjes zelf bezitten alle noodzakelijke magnetische en geometrische kenmerken, ”zei prof. Larissa Panina, een Ph.D. in natuurkunde en wiskunde van BFU.

Het team mengde een extract gemaakt van gedroogde zoete vlagwortels met barium- en ijzerzouten en water. Vervolgens werd het mengsel verwarmd om de vloeistof te verdampen en poeder te verkrijgen. Daarna werd het poeder gesinterd bij temperaturen tot 900 ° C en werden nanodeeltjes gevormd. Om hun morfologie te bestuderen, gebruikte het team rasterelektronenmicroscopie. Deze methode is gebaseerd op het scannen van het oppervlak van een bestudeerd object met een elektronenbundel en is van toepassing op fragmenten die slechts enkele nanometers groot zijn. De gemiddelde grootte van de zeshoekige nanodeeltjes was van 20 tot 50 nm. Het team bestudeerde ook de kristallijne structuur en elementaire samenstelling van de deeltjes met behulp van röntgenstructuuranalyse en energiedispersieve spectroscopie en ontdekte dat de nieuwe deeltjes geen toevoegingen hadden.

De door het team gesynthetiseerde bariumferriet-nanodeeltjes waren actief tegen vier soorten schimmels die verschillende ziekten van fruit en bloeiende planten veroorzaken. Zelfs in kleine concentraties konden de nanodeeltjes de groei van ziekteverwekkers vertragen. Tijdens de Fenton-reactie reageerden de ionen van ijzer in bariumferriet met peroxiden en kwamen reactieve zuurstofvormen (OH-radicalen) tevoorschijn. Omdat ze extreem actief waren, reageerden ze met stoffen in schadelijke celwanden, beschadigden ze en vertraagden ze zo de groei van ziekteverwekkers. Volgens de auteurs van de studie is dit een universeel mechanisme dat de nanodeeltjes ook actief zou kunnen maken tegen andere soorten schimmels.