دنیای نانو

دنیای نانو

سنتز و بررسی خواص ساختاری و ضدمیکروبی نانوساختارهای تنگستات روی آلایش یافته به سریوم(ZnWO4:Ce)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده فیزیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
2 گروه بیوتکنولوژی، دانشکده علوم و فناوری های نوین، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
3 دانشکده فیزیک، دانشگاه سمنان، ایران
4 گروه علوم بالینی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
5 5گروه پاتوبیولوژی، دانشکده دامپزشکی دانشگاه سمنان، سمنان، ایران
چکیده
در این پژوهش، نانوپودرهای تنگستات روی (ZnWO₄) با روش سنتز شیمیایی تهیه و تأثیر آلایش با عنصر سریم (Ce) بر خواص ساختاری و ضدمیکروبی آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت. ZnWO₄ به عنوان یکی از نانوذرات نیمه‌رسانا، به دلیل ویژگی‌هایی نظیر پایداری حرارتی بالا، مقاومت شیمیایی، و توانایی جذب پرتوهای فرابنفش، کاربردهای متعددی در زمینه‌های زیست‌پزشکی، تصفیه آب، و کاتالیز نوری دارد. در این تحقیق، نتایج حاصل از آنالیزهای ساختاری نشان داد که حضور سریم در ساختار ZnWO₄ موجب بهبود نظم شبکه بلوری، افزایش بلورینگی، و تقویت استحکام ساختاری نانوپودر شد. از سوی دیگر، آزمون‌های زیستی نشان دادند که نانومواد سنتز شده دارای فعالیت ضدمیکروبی چشمگیری علیه باکتری‌های گرم مثبت مانند Staphylococcus aureus و گرم منفی مانند Escherichia coli هستند. این فعالیت در نمونه‌های آلایش‌یافته با Ce نسبت به نمونه‌های خالص قوی‌تر بود که دلیل آن تولید بیشتر گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) و تخریب مؤثرتر دیواره سلولی باکتری‌ها عنوان شده است. یافته‌های این پژوهش بیانگر قابلیت کاربرد این نانومواد در حوزه‌های پزشکی، ضدعفونی‌کننده‌ها، و بسته‌بندی‌های ضدمیکروب است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Synthesis and Investigation of Structural and Antimicrobial Properties of Cerium-Doped Zinc Tungstate (ZnWO₄:Ce) Nanostructures

نویسندگان English

Sadegh Azad,mehr 1
Rezvan Sadeghi 2
Sanaz Alamdari 3
Majid Jafar Tafreshi 1
Mahmoud Ahmadi Hamadani 4
Hamis Staji 5
Aida Haji Taheri 2
1 1Faculty of Physics, Semnan University, Semnan, Iran
2 2Department of Biotechnology, Faculty of Science and New Technologies, Semnan University, Semnan, Iran
3 Faculty of Physics, Semnan University, Semnan, Iran
4 4Department of Clinical Sciences, Faculty of Veterinary Medicine, Semnan University, Semnan, Iran
5 5Department of Pathobiology, Faculty of Veterinary Medicine, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده English

In this study, zinc tungstate (ZnWO₄) nanopowders were synthesized via a chemical method, and the effect of cerium (Ce) doping on their structural and antimicrobial properties was investigated. ZnWO₄ is a well-known semiconductor material with high thermal stability, chemical resistance, and ultraviolet absorption capability, making it suitable for applications in biomedicine, water purification, and photocatalysis. Structural analyses revealed that the incorporation of cerium into the ZnWO₄ lattice improved the crystallinity and enhanced the structural integrity of the host material. Furthermore, the antimicrobial performance of the synthesized nanomaterials was evaluated against both Gram-positive (*Staphylococcus aureus*) and Gram-negative (*Escherichia coli*) bacteria. The results demonstrated significant antibacterial activity in both pure and Ce-doped ZnWO₄ samples, with the Ce-doped samples exhibiting superior performance. This enhancement was attributed to increased generation of reactive oxygen species (ROS), which lead to bacterial cell wall disruption. Overall, the findings suggest that cerium-doped ZnWO₄ nanomaterials possess great potential for use in medical, hygienic, and antimicrobial applications, including disinfectants and antimicrobial coatings.

کلیدواژه‌ها English

Zinc tungstate
Doping
Antimicrobial properties
Structural properties
[1] U. Das, A. Das, R. Das, A.K. Das, Nanotechnology of colour: quantum dots (QDs), photonic crystals (PCs) and plasmonic nanoparticles, Reviews in Inorganic Chemistry, (2025).
[2] S. Tian, J. Wang, Y. Jie, Z. Ding, X. Wang, J. Wang, X. Hou, MnO2 nanoparticles enhance the activity of the Zr-MOF matrix electrochemical sensor for efficiently identifying ultra-trace tetracycline residues in food, Microchimica Acta, 192 (2025) 1-11.
[3] W. Wang, P. Gao, H. Gui, X. Wei, H. Zhang, X. Wang, Copper-based nanomaterials for the treatment of bacteria-infected wounds: material classification, strategies and mechanisms, Coordination Chemistry Reviews, 522 (2025) 216205.
[4] I. Arora, S. Garg, H. Chawla, A. Sapi, P.P. Ingole, S. Sagadeven, A.A. Khan, S. Fatima, A. Chandra, Visible-light-active ‘bismuth tungstate/curcuma longa’ z-scheme heterostructured photocatalyst for the degradation of methyl orange and phenol, Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, (2025) 1-15.
[5] S. Azadmehr, M.J. Tafreshi, S. Alamdari, Synthesis, characterization and scintillation response of ZnWO4-GO nanocomposite, Journal of Composites and Compounds, 4 (2022) 158-162.
[6] P. Sengodan, S. Ravichandran, S. Ravichandran, A. Saravanan, S. Vickram, Evaluation of Nickel Cobalt Tungstate Nanocomposites and Their Potential Photocatalytic Studies Using Acid Green and Acid Red Dyes, Environmental Quality Management, 34 (2025) e70013.
[7] G. Palanisamy, B. Kandasamy, J. Lee, P. Thangavelu, Engineering 0D/2D design of zinc sulfide quantum dots encapsulated with yttrium tungstate nanosheets for improving decomposition of organic dyes and doxycycline hydrochloride drug, Journal of Colloid and Interface Science, 676 (202,) 906-917.
[8] Y. Liu, C. Xing, Z. Yao, Q. Deng, T. Liang, S. Zhang, J. Pan, Z. Yu, T. Xie, R. Li, Co-doped bismuth vanadate/zinc tungstate heterojunction with dual internal electric fields for efficient photocatalytic reduction of carbon dioxide, Journal of Colloid and Interface Science, 677 (2025) 1095-1106.
[9] H.L. Abubakar, J.O. Tijani, S.A. Abdulkareem, A. Mann, S. Mustapha, A review on the applications of zinc tungstate (ZnWO4) photocatalyst for wastewater treatment, Heliyon, 8 (2022).
[10] A.I. Ahmed, D.A. Kospa, S. Gamal, S.E. Samra, A.A. Salah, S.A. El-Hakam, A.A. Ibrahim, Fast and simple fabrication of reduced graphene oxide-zinc tungstate nanocomposite with enhanced photoresponse properties as a highly efficient indirect sunlight driven photocatalyst and antibacterial.
[11] H. He, Z. Luo, C. Yu, Embellish zinc tungstate nanorods with silver chloride nanoparticles for enhanced photocatalytic, antibacterial and antifouling performance, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 613 (2021) 126099.
[12] F. Qian, B. Zhao, M. Guo, Z. Wu, W. Zhou, Z. Liu, Surface trace doping of Na enhancing structure stability and adsorption properties of Li1.6Mn1.6O4 for Li+ recovery, Separation and Purification Technology, 256 (2021) 117583.
[13] W. Sun, W. Ji, M. Ju, Y. Xiao, Y. Jin, C. Zhang, Investigation of the structures and electronic properties for Ce3+ doped yttrium orthoaluminate: A first-principle study, Computational Materials Science, 246 (2025) 113443.
[14] S. Ghosh, A. Sibi, G.S. Priyanga, Z.C. Dagdia, T. Thomas, Temperature-dependent performance prediction for cerium oxynitride solid-state symmetric supercapacitor using machine learning, Journal of Energy Storage, 113 (2025) 115562.
[15] S.-h. Chen, X. Luo, X. Li, Z. Wang, S. Yan, J., Mechanical, low temperature degradation and biocompatibility of Ce-doped dental 3Y-TZP ceramics, Ceramics International, (2025).
[16] C.J. Santos, D.C. Ferreira Soares, C.d.A. Ferreira, A.L.B. de Barros, A.d. Silva Cunha Junior, F.M. Filho, Antiangiogenic evaluation of ZnWO4 nanoparticles synthesised through microwave-assisted hydrothermal method, Journal of Drug Targeting, 26 (2018) 806-817.
[17] V.N. Kendre, S.-F. Wang, Modification of Zinc Tungstate with Functionalized Carbon Nanofibers for Electrochemical Detection of 3-Nitro-L-Tyrosine in Tap Water and Bovine Serum Albumin, Journal of The Electrochemical Society, 171 (2024) 057506.
[18] N.L.H. Chávez, E.D. de Ávila, P.A. Barbugli, R.C. de Oliveira, C.C. de Foggi, E. Longo, C.E. Vergani, Promising effects of silver tungstate microcrystals on fibroblast human cells and three dimensional collagen matrix models: A novel non-cytotoxic material to fight oral disease, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 170 (2018) 505-513.
[19] M. Arshad, S. Ehtisham-ul-Haque, M. Bilal, N. Ahmad, A. Ahmad, M. Abbas, J. Nisar, M. Khan, A. Nazir, A. Ghaffar, Synthesis and characterization of Zn doped WO3 nanoparticles: photocatalytic, antifungal and antibacterial activities evaluation, Materials Research Express, 7 (2020) 015407.
[20] K. Karuppiah, K. Rajendran, B.M. Dakshinamoorthi, A.A.P. Thomas, V. Rajaraman, Structural characterization, spectral investigation and antimicrobial studies of ZnWO4 and Zn0.9Cu0.1WO4 nanoparticles synthesized by microwave and sucrose mediated sol-gel method, Journal of Molecular Structure, 1253 (2022) 132062.
[21] P. Siriwong, T. Thongtem, A. Phuruangrat, S. Thongtem, Hydrothermal synthesis, characterization, and optical properties of wolframite ZnWO4 nanorods, CrystEngComm, 13 (2011) 1564-1569.
[22] C. Jaramillo-Páez, J. Navío, F. Puga, M. Hidalgo, Sol-gel synthesis of ZnWO4-(ZnO) composite materials. Characterization and photocatalytic properties, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 404 (2021) 112962.
دوره 20، شماره 74
بهار 1403
صفحه 73-67

  • تاریخ دریافت 19 اردیبهشت 1404
  • تاریخ بازنگری 20 اردیبهشت 1404
  • تاریخ پذیرش 18 خرداد 1404