Síntese, caracterização e influência da energia de irradiação nas propriedades ópticas de nanoestruturas de ZnO

Nov 21, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 20016 (2022) Citar este artigo

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As nanopartículas de óxido de zinco (NPs) são sintetizadas pelo método sol-gel para aplicações optoeletrônicas, fotônicas e médicas. As NPs sintetizadas são irradiadas com lasers com comprimento de onda de 1064 nm e 532 nm na tentativa de melhorar as propriedades estruturais e funcionais das partículas. As NPs são caracterizadas por difração de raios X, técnicas de microscopia eletrônica de varredura e transmissão, microscopia de força atômica e espectroscopia ultravioleta-visível. A análise estrutural mostra que as partículas possuem uma estrutura hexagonal policristalina do grupo espacial (P63mc). O tamanho médio do cristalito das nanopartículas varia na faixa de 13 a 15 nm antes e depois da irradiação por um feixe de laser. A caracterização morfológica revelou a formação de aglomerados de NPs na faixa de 42–46 nm. Um deslocamento é observado no espectro de absorção após a irradiação com um feixe de laser. Essa mudança se deve ao efeito da irradiação na estrutura eletrônica da amostra. Este efeito é confirmado por uma diminuição na energia do bandgap. Os parâmetros ópticos também são deduzidos e discutidos. A irradiação de nanopartículas de ZnO por feixes de laser de comprimento de onda 1064 nm e 532 nm diminui o tamanho dos cristalitos o que aumenta sua atividade antibacteriana. A atividade biológica do NPS e na melhoria da eficácia dos antibióticos são testados e analisados. Os resultados enfatizaram o papel positivo de ZnO-NPs na aplicação acima mencionada.

Nanopartículas e nanopós têm atraído a atenção de cientistas, engenheiros e médicos devido às suas aplicações versáteis e vantagens promissoras para futuras aplicações e requisitos1,2,3,4,5,6,7. ZnO-NPs podem fortemente desencadear a produção de espécies de oxigênio e liberar íons de zinco. Isso, por sua vez, pode induzir a apoptose celular. Além disso, ZnO-NPs são conhecidos por manter a integridade da insulina. Devido à forte propriedade de absorção na região do UV, os ZnO-NPs têm sido usados ​​como elemento antienvelhecimento e em cosméticos. No entanto, os ZnO-NPs estão recebendo cada vez mais atenção da comunidade científica por serem usados ​​como agentes anticancerígenos e antibacterianos. Em comparação com outras nanopartículas, as ZnO-NPs são menos caras e menos tóxicas quando empregadas para aplicações biomédicas8. Os agentes antibacterianos podem ser classificados em orgânicos e inorgânicos. Consequentemente, o ZnO, como material inorgânico, provou ser um agente antibacteriano superior. No entanto, a atividade antibacteriana das NPs de ZnO contra bactérias Gram-positivas e Gram-negativas já foi identificada9. Além disso, ZnO NPs foram identificados como tendo um efeito antibacteriano contra esporos10. É bem conhecido hoje em dia que a atividade do ZnO depende muito de seu tamanho de partícula, portanto, sua área de superfície e concentração. Por outro lado, a qualidade de sua estrutura e forma cristalina tem pouco efeito11. Umair Manzoor e cols. investigou o efeito dos parâmetros de síntese (ou seja, temperatura, tempo de nucleação e tratamento térmico pós-síntese) nas propriedades de detecção de ZnO NPs12. Verificou-se que esses parâmetros afetam tremendamente os tamanhos das partículas e sua cristalinidade. As NPs de ZnO foram sintetizadas por um método de co-precipitação usando acetato de zinco, hidróxido de potássio e metanol como meio solvente. Entretanto, os tamanhos das partículas dos pós de ZnO variaram entre \(100 nm\) e \(458 nm\) dependendo da temperatura de síntese. Vários trabalhos na literatura relataram a preservação bem-sucedida da seletividade inerente dos ZnO-NPs a células cancerígenas pela síntese desses materiais usando o método de precipitação13,14. O método Sol-Gel é um novo método para a síntese de ZnO-NPs15,16. YinZhang et ai. relataram, em 2013, as aplicações biomédicas de nanomateriais de ZnO, como imagens biomédicas, entrega de medicamentos e genes e biossensores17,18,19.