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Jul 26, 2023

Toxikologische Bewertung von Phormidium sp. abgeleitete Kupferoxid-Nanopartikel für seine biomedizinischen und ökologischen Anwendungen

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 6246 (2023) Diesen Artikel zitieren 969 Zugriffe 2 Zitate 1 Details zu altmetrischen Metriken Angetrieben durch die Notwendigkeit, alternative biomedizinische Wirkstoffe zu biosynthetisieren

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 6246 (2023) Diesen Artikel zitieren

969 Zugriffe

2 Zitate

1 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Aufgrund der Notwendigkeit, alternative biomedizinische Wirkstoffe zur Vorbeugung und Behandlung von Infektionen zu biosynthetisieren, sind Kupferoxid-Nanopartikel (CuONPs) als vielversprechender Weg aufgetaucht. Die von Cyanobakterien abgeleitete Synthese von CuONPs ist von erheblichem Interesse, da sie einen umweltfreundlichen, kostengünstigen und biokompatiblen Weg bietet. In der vorliegenden Studie wurden biosynthetisierte CuONPs charakterisiert und hinsichtlich ihrer Toxizität untersucht. Die morphologische Analyse mittels TEM, SEM und AFM zeigte eine kugelförmige Partikelgröße von 20,7 nm mit 96 % Kupfer, was die Reinheit von CuONPs bestätigte. Biogene CuONPs mit einem IC50-Wert von 64,6 µg ml−1 zeigten im Superoxid-Radikalfängertest eine 90-prozentige Abfangfähigkeit freier Radikale. CuONPs zeigten eine erhöhte entzündungshemmende Aktivität durch 86 % Proteindenaturierung mit einem IC50-Wert von 89,9 µg ml−1. Biogene CuONPs zeigten eine signifikante Toxizität gegenüber Bakterienstämmen mit dem niedrigsten MHK-Wert von 62,5 µg ml−1 für B. cereus und Pilzstämmen mit einem MHK-Wert von 125 µg ml−1 für C. albicans. Darüber hinaus zeigten CuONPs in Kombination mit Standardmedikamenten ein hohes Maß an synergistischer Wechselwirkung. CuONPs zeigten eine signifikante Zytotoxizität gegen nichtkleinzelligen Lungenkrebs mit einem IC50-Wert von 100,8 µg ml−1 für A549 und 88,3 µg ml−1 für die H1299-Zelllinie mit apoptotischen Aktivitäten. Darüber hinaus wurden biogene CuONPs auf ihr photokatalytisches Abbaupotenzial gegenüber Methylenblau-Farbstoff untersucht und konnten 94 % des Farbstoffs in 90 Minuten entfernen. Die Analyse freier Radikale deutete darauf hin, dass der durch CuONPs unterstützte Farbstoffabbau hauptsächlich durch Hydroxidradikale induziert wurde. Biogene CuONPs scheinen ein umweltfreundlicher und kostengünstiger Photokatalysator für die Behandlung von mit synthetischen Farbstoffen kontaminiertem Abwasser zu sein, das eine Gefahr für aquatische Biota und die menschliche Gesundheit darstellt. Die vorliegende Studie hob die Kombination aus biomedizinischem und photokatalytischem Potenzial von aus Phormidium gewonnenen CuONPs als attraktiven Ansatz für zukünftige Anwendungen in der Nanomedizin und Bioremediation hervor.

Weltweit erregte der Einsatz von Nanopartikeln (NPs) im biomedizinischen Bereich die Aufmerksamkeit von Forschern. Das geringe Verhältnis von Oberfläche zu Volumen im Vergleich zum Hauptmaterial ist für ihre verbesserten oder einzigartigen Eigenschaften verantwortlich. Dadurch können die NPs mit hoher Spezifität und erhöhter Wirksamkeit interagieren, um Infektionskrankheiten zu bekämpfen1,2. Unter den verschiedenen Metalloxid-NPs erregten Kupferoxid-Nanopartikel (CuONPs) aufgrund ihrer hohen Stabilität, längeren Haltbarkeit, hohen Quanteneffizienz und antimikrobiellen Aktivität großes Interesse. Die umfassende biomedizinische Anwendung von CuONPs als antioxidative, antimikrobielle, entzündungshemmende, antivirale, zytotoxische und krebsbekämpfende Wirkung hat sie zu starken Kandidaten für den Einsatz als Therapeutika gemacht3,4,5,6,7. Längere Haltbarkeit und Stabilität machen CuONPs auch zu geeigneten Kandidaten in der Umweltbiotechnologie für die Reinigung von Wasser und die Beseitigung von Schadstoffen aus industriellen Abwässern ohne die Bildung schädlicher Nebenprodukte8. Im menschlichen Körper ist Kupfer (Cu) als Spurenelement in Enzymen wie Superoxiddismutase, Cytochromoxidase und Tyrosinase6 enthalten. Darüber hinaus dient es als Cofaktor für mehrere Enzyme, die für die Neuropeptidproduktion, den Zellsignalmechanismus, oxidativen Stress und die Immunzellfunktion beim Menschen verantwortlich sind9.

Die Synthese von CuONPs kann durch verschiedene physikalische, chemische und biologische Prozesse erfolgen. Physikalische und chemische Syntheseansätze haben Nachteile wie teure Reagenzien, gefährliche Reaktionsbedingungen, längere Zeit, langwierige Verfahren zur Isolierung von NPs und Schäden für Ökosysteme sowie die menschliche Gesundheit10,11. Um diese Defizite zu überwinden, wurde das Prinzip der grünen Chemie unter Nutzung natürlich verfügbarer Ressourcen wie Viren, Bakterien, Cyanobakterien, Pilze, Algen und Pflanzen für die Herstellung von NPs12 genutzt. Cyanobakterien (Blaualgen) bilden eine der größten und primitivsten Vorfahrengruppen mit prokaryotischen Zellstrukturen, die über die Fähigkeit zur kohlendioxidabhängigen Photosynthese verfügen. Cyanobakterien haben aufgrund ihrer Fähigkeit, NPs zu synthetisieren, große wissenschaftliche Aufmerksamkeit erhalten, nicht nur aufgrund ihrer hohen Biomasseeffizienz, sondern auch aufgrund ihres Potenzials, gefährliche Metalle biologisch zu beseitigen und in besser handhabbare Formen umzuwandeln13. Diese sind in der Lage, anorganische und Metalloxid-NPs zu synthetisieren, z. B. Nanopartikel aus Selen, Zink, Platin, Palladium, Gold und Silber14,15,16,17,18. Die durch Cyanobakterien erleichterte Synthese von NPs erfolgt entweder extrazellulär, was die Produktion des Reduktase-Enzyms aufgrund elektrostatischer Wechselwirkungen beinhaltet, und intrazellulär, dh innerhalb der Zellen, durch die Aktivität von Enzymen13.

Nach unserem besten Wissen gibt es nur begrenzte Studien zu biomedizinischen Anwendungen von CuONPs, was uns dazu veranlasste, die vorliegende Studie durchzuführen, um die toxikologische Bewertung biologisch synthetisierter CuONPs zu entschlüsseln. In der vorliegenden Studie wurden CuONPs unter Verwendung von Zellextrakten aus Cyanobakterien (Phormidium sp.) biologisch synthetisiert und durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), energiedispersives Röntgenspektrum (EDX) und Röntgenbeugung (XRD) charakterisiert ), Rasterkraftmikroskopie (AFM), Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) und UV-Vis-Analyse. Die synthetisierten CuONPs wurden auf antioxidative, antimikrobielle und entzündungshemmende Eigenschaften untersucht. Die Zytotoxizität von CuONPs wurde gegen zwei menschliche Lungenkrebszelllinien A549 und H1299 getestet, außerdem wurden apoptotische Studien untersucht. Darüber hinaus wurde die photokatalytische Aktivität durchgeführt, um die Verwendung von von Phormidium abgeleiteten CuONPs als umweltfreundlichen Aspekt zu fördern, der den Farbstoffabbau wirksam bekämpfen kann.

Basierend auf der Retentionszeit wurden die Peaks der Massenspektren mit Hilfe der NIST/Wiley Library identifiziert. GC-MS-Profil von Phormidium sp. Der Zellextrakt zeigte 19 Verbindungen – Fettsäureester (94,5 %), Carbonsäure (1,42 %), Ester (0,84 %), Alkene (1,75 %), Phenole (0,29 %), Alkane (1,40 %) und andere (Abb. S1). ; Tabelle S1). Es wurden drei Hauptpeaks von Fettsäureestern beobachtet, nämlich Peak 1 mit einer Fläche von 21,09 % für 9,12-Octadecadiensäuremethylester, Peak 2 mit einer Fläche von 17,06 % für 9-Octadecensäuremethylester und Peak 3 mit einer Fläche von 12,7 % für Hexadecansäure Säure, Methylester.

Eine Farbänderung der Lösung von dunkelgrün nach dunkelbraun deutete auf die Synthese von CuONPs hin (Abb. S2). Von Cyanobakterien abgeleitete CuONPs zeigten den maximalen Absorptionspeak bei 265 nm, der die Bildung von CuONPs in der Lösung bestätigte, und es wurde keine Absorptionsbande für Kupfersulfat und den Zellextrakt im gleichen Bereich bestimmt (Abb. 1a).

Charakterisierung von Phormidium sp. abgeleitete CuONPs; (a) UV-sichtbares Spektrum; (b) FTIR-Spektrum; (c) Röntgendiffraktogramm; (d) SEM-Analyse bei einer direkten Vergrößerung von 10.000-fach; (e) EDX-Diagramm und (f) TEM-Mikrograph. Der Einschub in Bild (a) zeigt die grüne Farbe des Zellextrakts und die Pulverform von CuONPs.

FTIR-Analyse von CuONPs und Phormidium sp. Zellextrakt wurde durchgeführt (Abb. 1b). Der im Zellextrakt beobachtete breite Peak bei 3388 cm−1 entspricht der –OH-Streckung phenolischer Verbindungen im Zellextrakt. Der feine Peak bei 2969 cm-1 wurde dem –CH2- und C-H-Streckschwingungsmodus in Alkanen zugeschrieben. Der intensive Peak bei etwa 1657 cm−1 kann den Streckschwingungen von Proteinen (Amid I) zugeordnet werden, während die Bande bei 1536 cm−1 charakteristisch für Amid II ist. Der Peak bei 1452 cm−1 ist charakteristisch für die CN-Streckung aliphatischer Amine. Der Peak um 1402 cm−1 zeigt das Vorhandensein von −COO-Carbonsäure im Zellextrakt. Der scharfe Peak bei 1089 cm−1 entspricht dem Vorhandensein der Streckschwingungen von Carbonsäuren und Aminogruppen. Der bei 597 cm−1 beobachtete schmale Peak kann auf die Biegeschwingungen von CuO zurückgeführt werden, was die Bildung hochreiner CuONPs bestätigt.

Die XRD-Analyse zeigte die markanten Peaks bei 35,5°, 38,7°, 48,7°, 53,6°, 58,2° und 61,5°, die den Miller-Bravais-Indizes von (111), (110), (200), (202) zugeschrieben werden. (222) bzw. (003) (Abb. 1c). Die beobachteten Beugungspeaks der CuONPs stimmen gut mit denen des CuO-Musters des Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS, Karte Nr. 89–1461) überein, das auf die hexagonale Wurtzit-Kristallstruktur der CuONPs zurückgeführt werden kann. Die detaillierten Informationen zu Halbmaxima in voller Breite (FWHM), Miller-Indizes, d-Abstand in Nanometern und D-Körnchengröße biogener CuONPs wurden in (Tabelle S2) indexiert. Gemäß dem intensivsten Beugungspeak bei 2θ = 38,7° (110) wurde mithilfe der Debye-Scherrer-Gleichung19 eine durchschnittliche Partikelgröße von CuONPs von 22,5 nm ermittelt. Darüber hinaus wurden im XRD-Muster keine zusätzlichen Peaks festgestellt, was darauf hindeutet, dass die mit der biogenen Methode synthetisierten CuONPs deutlich rein sind.

Die SEM-Analyse zeigte CuONPs mit einer Größe von 28,5 ± 2,5 nm (Abb. 1d). Das EDX-Spektrum ergab ein starkes Signal bei 8 keV mit 96 % Kupfer (Abb. 1e), was das Vorhandensein von Kupfer anzeigte. Die durchschnittliche Größe von CuONPs betrug laut TEM 20,7 ± 2,2 nm mit sphärischer oder ovaler Form (Abb. 1f). Die spitzenkorrigierte AFM-Analyse zeigte kugelförmige/ovale CuONPs im Bereich von 0–22,5 nm. Das Ergebnis zeigte die 2D- und 3D-Ansicht der Probenoberfläche über einen Scan von 0,7 × 0,7 µm und eine gleichmäßige Höhenverteilung (Abb. 2a, b).

Ergebnisse der Rasterkraftmikroskopie (AFM) von von Phormidium abgeleiteten CuONPs (a) Ungefiltertes AFM-Bild, das ein topografisches 2D-Bild zeigt; (b) 3D-Bild. Partikelgrößenanalyse von CuONPs (c) Größenverteilung durch Zeta-Größenanalysator; (d) Zeta-Potenzialverteilung.

Die DLS-Analyse ergab, dass die Größenverteilung der CuONPs im Bereich von 68,7 ± 3,4 nm liegt (Abb. 2c). Die auf der Oberfläche der Nanopartikel adsorbierten Substanzen (z. B. Stabilisatoren) und die Dicke der elektrischen Doppelschicht (Solvatationshülle), die sich mit dem Partikel bewegt, vergrößern die Größe im Vergleich zu REM- und TEM-Mikroskopietechniken20. Der Polydispersitätsindex (PDI) von CuONPs betrug 0,220, was darauf hindeutet, dass diese Partikel mäßig dispergiert sind. Gemäß dem manuellen Malvern-Zeta-Analysator stellen PDI-Werte unter 0,05 stark monodisperse NP-Verteilungen dar, und PDI-Werte über 0,7 weisen auf polydisperse NP-Verteilungen hin. Die zur Bestimmung der Größe und PDI-Parameter verwendeten Berechnungen sind in den ISO-Standarddokumenten 13.321:1996 E und ISO 22.412:2008 (Handbuch – Malvern Zeta Size Analyzer)21 definiert. Das Zetapotential von CuONPs betrug −21,1 mV (Abb. 2d).

In der vorliegenden Studie wurde die antioxidative Aktivität von wässrigem zellfreiem Extrakt, CuONPs und Standard-Ascorbinsäure durch ABTS-, DPPH-, SOR- und H2O2-Assays verglichen und die Konzentrationen berechnet, bei denen eine 50-prozentige Abfangung (IC50) freier Radikale erfolgte. Ihre Aktivitäten zum Abfangen freier Radikale nahmen dosisabhängig zu (Abb. 3 und Tabelle 1). Die Reihenfolge der antioxidativen Aktivität (% Hemmung des Abfangens) war: SOR > H2O2 > DPPH > ABTS. Der aus der prozentualen Hemmung des Abfangens freier Radikale berechnete IC50-Wert ergab, dass CuONPs höhere IC50-Werte aufwiesen als Standard-Ascorbinsäure, jedoch niedriger als zellfreier Extrakt, was auf ihre überlegene antioxidative Wirkung hinweist.

Antioxidative Aktivität von zellfreiem Extrakt, biogenen CuONPs und Ascorbinsäure durch verschiedene Scavenging-Assays; (a) ABTS; (b) DPPH; (c) Wasserstoffperoxid; (d) SOR. Die Experimente wurden dreifach durchgeführt; Balken repräsentieren den Mittelwert der Werte und Fehlerbalken repräsentieren den Mittelwert ± SD (*P < 0,05).

Eine stetige Hemmung des freien ABTS·+-Radikals (3,9 % ± 0,5 bis 86,33 % ± 0,8) durch CuONPs wurde im Konzentrationsbereich von 25 bis 125 µg ml−1 und entsprechenden IC50-Werten für CuONPs, Extrakt und Ascorbinsäure (Std.) beobachtet. berechnet (Abb. 3a und Tabelle 1). Die DPPH-Radikalfängeraktivität im Konzentrationsbereich von 25–125 µg ml-1 zeigte einen Fangprozentsatz im Bereich von 23,5 % ± 1,08 bis 79,6 % ± 0,4, was direkt von der Wasserstoffabgabeneigung der Probe an DPPH-Radikale abhängt, und entsprechende IC50-Werte wurden berechnet (Abb. 3b). und Tabelle 1).

Biogene CuONPs zeigten eine signifikante dosisabhängige Hemmung aller mikrobiellen Krankheitserreger (Abb. 4a – d). Eine stärkere Hemmung wurde gegen grampositive Bakterien (Bacillus cereus, Staphylococcus aureus) als gegen gramnegative Bakterien (Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae) beobachtet, mit dem niedrigsten MHK-Wert von 62,5 µg ml−1 gegen B. cereus (Tabelle 2). Ähnliche Ergebnisse wurden gegen Pilzpathogene als prozentuale Hemmung beobachtet, mit maximaler Hemmung gegen C. albicans mit einem MHK-Wert von 125 µg ml−1 (Abb. 4e, f; Tabelle 3).

Die hemmende Wirkung von Phormidium sp. abgeleitete CuONPs und Zellextrakt; (a) E. coli; (b) K.-Pneumonie; (c) B. cereus; (d) S. aureus; (e) C. albicans und (f) C. glabrata. Die Experimente wurden dreifach durchgeführt; Balken repräsentieren den Mittelwert der Werte und Fehlerbalken repräsentieren den Mittelwert ± SD (*P < 0,05).

Darüber hinaus wurde die synergistische Wirkung bestimmt, um die Wechselwirkung antimikrobieller Wirkstoffe zu beschreiben, bei der die Wirkung der Arzneimittel in Kombination größer war als ihre Einzelwirkungen22. Die Interaktionsindizes (synergistisch/antagonistisch) für jede Kombination wurden durch Schachbrettmethoden bestimmt. Die fraktionellen Hemmkonzentrationsindizes (FIC) gegen pathogene Bakterien in Kombination mit CuONPs und Streptomycin wurden berechnet (Tabelle 2). Der Grad der Synergie war bei gramnegativen Arten höher als bei grampositiven Arten. Ähnliche Ergebnisse wurden gegen C. albicans und C. glabrata mit CuONPs und Fluconazol beobachtet (Tabelle 3). Der mögliche Mechanismus, der hinter der verstärkten antimikrobiellen Wirkung von CuONPs steckt, wurde zusammengefasst (Abb. 5).

Die vorgeschlagenen antimikrobiellen Mechanismen, die durch CuONPs zur Hemmung in Bakterien- und Pilzzellen induziert werden.

Die beobachtete maximale Hemmung der Proteindenaturierung betrug 86,3 % ± 0,33 mit 150 µg ml−1 CuONPs (Abb. S3). Aspirin (Acetylsalicylsäure), ein Standard-Entzündungsmedikament, zeigte eine maximale Hemmung von 93,8 % ± 1,11 bei einer Konzentration von 100 µg ml−1. Der IC50-Wert von Aspirin und CuONPs betrug 34,9 ± 0,87 bzw. 89,9 ± 0,21 µg ml−1.

Die Biokompatibilität von CuONPs mit den nichtkleinzelligen Lungenkrebszelllinien (H1299 und A549) wurde mittels MTT-Assay bewertet. CuONPs reduzierten die Lebensfähigkeit der Krebszelllinien A549 und H1299 dosisabhängig nach 24-stündiger Exposition (Abb. 6c).

Zytotoxische Wirkung von aus Phormidium stammenden CuONPs bei IC50-Konzentration gegen die Lungenkrebszelllinie (a) H1299 (Kontrolle und behandelt); (b) A549 (Kontrolle und behandelt); (c) zytotoxische Wirkung von CuONPs gegen die Lungenkrebszelllinien A549 und H1299 in unterschiedlichen Konzentrationen. Die Experimente wurden dreifach durchgeführt; Balken repräsentieren den Mittelwert der Werte und Fehlerbalken repräsentieren den Mittelwert ± SD (*P < 0,05).

Die für biogene CuONPs berechneten IC50-Werte betrugen 100,8 ± 1,24 µg ml−1 für die H1299-Zelllinie und 88,3 ± 0,74 µg ml−1 für die A549-Zelllinie. Die IC50-Werte für das Standardarzneimittel (Doxorubicin) betrugen 0,94 ± 0,55 μg ml–1 gegen H1299 bzw. 1,80 ± 0,05 μg ml–1 für A549-Zellen. Die durch die Behandlung mit CuONPs induzierte Apoptose führt zu Konformationsänderungen, die durch DAPI-Färbung sichtbar gemacht werden, da Kernbildung, Kondensation und Rissbildung die charakteristischen Merkmale der Apoptose darstellen (Abb. 6a, b). Zellen ohne Behandlung (Kontrolle) zeigten in beiden Zelllinien intakte Kerne mit glatten Kanten und einheitlicher Form und Größe.

Um die photokatalytische Aktivität von CuONPs zu untersuchen, wurde der organische Farbstoff MB einem Photoabbau mit biogenen CuONPs (5, 10, 15, 20 und 25 mg/L) unterzogen. Die im Dunkeln aufbewahrte Kontrolle zeigte keine sichtbare Farbveränderung. Aber die mit CuONPs angereicherten Reaktionsmischungen zeigten im Sonnenlicht eine Farbveränderung von Dunkelblau zu Hellblau. UV-Vis-Scans der Reaktionssuspension auf MB bei 665 nm zeigten, dass die Peakhöhe mit zunehmender Zeit abnahm, was auf einen zunehmenden Farbstoffabbau mit der Zeit schließen lässt (Abb. 7a). Der maximale Abbau des MB-Farbstoffs (94 %) wurde nach 90 Minuten beobachtet (Abb. 7b).

Photoabbau des Farbstoffs Methylenblau (MB), (a) Einfluss der Sonneneinstrahlung unter Verwendung von CuONPs auf den photokatalytischen Abbau des MB-Farbstoffs; (b) Prozentualer photokatalytischer Abbau des MB-Farbstoffs als Effekt der Zeit bei variierender Photokatalysatorbelastung (CuONPs); (c) Photoabbau des Farbstoffs im Vergleich zur Bestrahlungszeit bei unterschiedlichen Photokatalysatoren (CuONPs), gemessen durch optische Absorption; (d) Auftragung von ln(C0/C) gegen die Bestrahlungszeit für die Kinetik des Farbstoffabbaus.

Zur Identifizierung von durch CuONPs induzierten freien Radikalen während des Photoabbaus von Farbstoffen wurden Eliminierungsstudien durch Zugabe von Ammoniumoxalat (AO) als h+-Fänger, p-Benzochinon (p-BQ) als O2−-Fänger und tert-Butanol (t-) durchgeführt. BuOH) als OH-Fänger in den Reaktionssuspensionen. Die Zugabe von AO führte zu einer minimalen Änderung des photokatalytischen Abbaus von Farbstoffen, was darauf hindeutet, dass h+-Radikale beim Abbau nur eine sehr geringe Rolle spielten (Abb. S4). Die Zugabe von p-BQ (·O2−-Fänger) zeigte eine stärkere Reduktion als h+-Radikale, was darauf hindeutet, dass sie eine relativ größere Rolle beim Farbstoffabbau spielen. Die Abbaurate des MB-Farbstoffs verringerte sich jedoch durch die Zugabe von t-BuOH (OH−-Fänger) um maximal bis zu 65 %, was darauf hindeutet, dass Hydroxylradikale hauptsächlich am Farbstoffabbau beteiligt waren. Die Abnahme der Entfernungsrate in Gegenwart von Scavengern zeigt den folgenden Trend: t-BuOH > p-BQ > AO. Um die photokatalytische Aktivität von CuONPs quantitativ zu untersuchen, führten wir Diagramme von ln(C/C0) gegen die Bestrahlungszeit durch, wobei wir davon ausgingen, dass die Abbaureaktion des Farbstoffs durch CuONPs unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht der Kinetik pseudo-erster Ordnung folgte. Es kann wie folgt modelliert werden:

Dabei ist Kabs die Geschwindigkeitskonstante des Photoabbaus (min−1), C0 die anfängliche Konzentration von MB und Farbstoff und Ct die Konzentration des Farbstoffs zum Zeitpunkt t23. Unter Verwendung einer MB-Farbstoff-Anfangskonzentration von 25 mg/L und variierender Photokatalysatorbelastung wurden Diagramme der am besten passenden Linien von ln(C0/Ct) gegen die Zeit erstellt (Abb. 7c, d). Die lineare Natur unserer Daten bestätigte, dass der Photoabbau von MB-Farbstoff mithilfe von Photokatalysatoren gut mit dem kinetischen Modell übereinstimmt. Es ist erwähnenswert, dass die Farbstoffkonzentration in diesen Experimenten im optischen Bereich bleibt, in dem das Beer-Lambert-Gesetz gilt. Alle Werte des Korrelationskoeffizienten (R2) waren höher als 0,95 mit einem Durchschnittswert von 0,96 für den photokatalytischen Abbau des MB-Farbstoffs. Unsere Ergebnisse bestätigten die Anwendbarkeit des reaktionskinetischen Modells pseudo-erster Ordnung für den photokatalytischen Abbau von MB-Farbstoff. Unter Annahme der Reaktionskinetik betrug die höchste Geschwindigkeitskonstante (k), die aus der Steigung von ln(C0/Ct) gegen die linearen Zeitdiagramme ermittelt wurde und einer optimalen Katalysatorbeladung (CuONPs) von 10 mg/L entspricht, 0,026 min−1 für MB-Farbstoff.

Die biogene CuONP-Synthese erlangte aufgrund ihrer breiten Anwendung in der Biomedizin weltweite Aufmerksamkeit. Während der vorliegenden Untersuchung wurden CuONPs unter Verwendung des zellfreien wässrigen Rohextrakts von Cyanobakterien (Phormidium) synthetisiert. Die extrazelluläre Biosynthese von CuONPs ist hinsichtlich des Einsatzes von Chemikalien, Energie und Zeit, die für den Zellaufschluss und die Reinigung erforderlich sind, wesentlich wirtschaftlicher als die intrazelluläre Synthese. Die GC-MS-Analyse des Phormidium-Zellextrakts zeigte das Vorhandensein mehrerer Wirkstoffverbindungen, die bei der Synthese von CuONPs hilfreich sein könnten. Diese Verbindungen wurden bereits zuvor auch im GC-MS-Profil von Nostoc sp. beschrieben. EA0324 und Synechocystis sp. PCC 733825 und schlug deren reduzierende Wirkung vor. Fettsäureester, nämlich Octadecansäuremethylester und 13-Docosensäuremethylester, wurden in geringeren Mengen gefunden (1,74 % bzw. 0,64 %). Die Derivate dieser Fettsäureester mit reduzierendem Potenzial wurden auch in Allium saralicum26 und Citruswachs27 gefunden. Ester wie Heptadecansäure-Methylester und Octadecensäure (Z)-Methylester wurden auch im Cyanobakterienextrakt gefunden. Heptadecansäure, Methylester aus Mentha spicata28 und Derivat der Octadecensäure (Z)-methylester aus Thesium humile29 wurden ebenfalls wegen ihres guten Reduktionspotentials beschrieben. Abgesehen von den Estern wurden auch wenige Carbonsäuren, nämlich Methacrylsäure (0,13 %) und 1,2-Benzoldicarbonsäure (0,22 %), im Extrakt identifiziert. Zuvor wurde über die reduzierende Natur dieser beiden Carbonsäuren bei den Arten Calothrix brevisima30 und Punica31 berichtet. Verbindungen anderer Klassen wie Alkane (Nonadecan), Alken (Neophytadien, 1, 3, 12-Nonadecatrien), Cycloalkenderivate (Cyclododecin, Tricyclus [20.8.0.0(7,16)], Triacontan und 1,1':3',1 "-Tercyclopentan, 2'-Dodecyl), Derivate von Acetanilid (Acetamid, N-(3,5-Diaminophenyl) und Phenol (Phytol) wurden in der vorliegenden Studie auch unter Verwendung von Phormidium sp.-Zellextrakt erhalten. In früheren Studien wurden einige davon verwandt Es wurden auch Verbindungen mit gutem Reduktionsvermögen berichtet, wie Neophytadien aus Plectranthus amboinicus32, 5-(1,5-Dimethyl-4-hexenyl aus Zingiber officinal33, Phenol, 3,5-Bis(1,1-dimethylethyl aus Calothrix brevisimma30). Das Phyto -Chemikalien, die im Cyanobakterienextrakt vorhanden sind, wie Chlorophyll, Carotinoide, Phycobilliproteine, Flavonoide, Phenole und Proteine, wirken sowohl als reduzierende als auch als stabilisierende (verschließende) Mittel für die NP-Synthese34. Die Flavonoide haben die Fähigkeit, Wasserstoff oder Elektronen abzugeben, und die Phenole zeigen eine chelatbildende Wirkung auf die Metallionen, die für die Reduktion von Cu2+ von CuSO4.5H2O zu Kupferoxid-Nanopartikeln verantwortlich ist35. Im Extrakt vorhandene Proteine ​​binden über freie Amingruppen oder Cysteinreste oder negativ geladene Carboxylatgruppen von Enzymen an Nanopartikel, was bei der Synthese und Stabilisierung von Nanopartikeln hilft. Die genaue chemische Natur des Reduktions- und Verkappungsmittels für CuONPs ist noch nicht erforscht. Bei CdS-Nanopartikeln aus Phormidium tenue NTDM05 wird jedoch berichtet, dass fluoreszierendes Phycobilin-Protein die Agglomeration von Nanopartikeln verhindert36. Aus Cyanobakterien synthetisierte CuONPs zeigten unterschiedliche λ max, z. B. bei 259 nm in Spirulina platensis37, 600 nm in Phormidium sp.38, 220 nm in Cylindrospermum stagnale39 und 580 nm in Spirulina platensis40. Darüber hinaus zeigten CuONPs aus anderen Organismen leicht unterschiedliche λ max, z. B. bei 282 nm in Punica granatum41, 250 nm in Achillea millefolium3, 260 nm in Aloe vera42, 265 nm in Aloe barbadensis Miller43, 250 nm in Caesalpinia bonducella44 und 245 nm in Momordica charantia5 und 277 nm in Citrofortunella microcarpa45.

Biogene CuONPs wurden zur Entfernung unerwünschter Biomoleküle durch Zentrifugation nach 3 Stunden weiter gereinigt. Anschließend erfolgte die physikalische Charakterisierung mittels XRD-, SEM-, EDX-, TEM-, AFM- und DLS-Analyse. In der FTIR-Analyse wurden Peaks in Phormidium sp. abgeleitete CuONPs zeigten funktionelle Gruppen, die während ihrer Synthese möglicherweise als Reduktions- und Verkappungsmittel gedient haben (Abb. 1b). Ähnliche Beobachtungen wurden auch von anderen Forschern berichtet, z. B. Spitzenwerte bei 574 cm−1 im Blütenextrakt von Millettia pinnata4, bei 540 cm−1 im wässrigen Schwarzbohnenextrakt46, Spitzenwerte bei 576 cm−1 in der Braunalge Cystoseira trinodis11 und 590 cm−1 in Momordica wässriger Charantia-Extrakt5 und 529 cm−1 im Aloe-Vera-Blattextrakt42. Der bei 875 cm−1 beobachtete Peak kann auf die aromatische CH-Biegung zurückgeführt werden. Im Citrofortunella microcarpa-Blattextrakt wurde ein identischer Peak bei 880 cm−1 gemeldet45. Dies weist darauf hin, dass das im Zellextrakt vorhandene biologische Molekül eine doppelte Funktion der Stabilisierung und Bildung von CuONPs hat. XRD-Analyse von CuONPs aus Phormidium sp. Der Zellextrakt zeigte gut definierte Peaks beim 2θ-Wert, die auf ihre kristalline Natur hindeuteten (Abb. 1c). Wenn die Kristallgröße von der Massengröße auf die Nanogröße abnimmt, verbreitern sich die XRD-Peaks19. Das XRD-Ergebnis zeigte, dass die gebildeten CuONPs kristalliner Natur sind und eine durchschnittliche Größe von 22,5 nm haben, die nahe an der mittels TEM gemessenen Partikelgröße liegt. Mehrere biologisch synthetisierte CuONPs zeigten ebenfalls kristalline Natur, nämlich aus den Cyanobakterien Phormidium47, Spirulina platensis37, der Braunalge Cystoseira trinodis11 und Bifurcaria bifurcate48. Höhere Pflanzen zeigten auch kristalline Natur von biosynthetisierten CuONPs, z. B. Aloe barbadensis Miller-Blattextrakt43, Caesalpinia bonducella-Samenextrakt44 und Achillea millefolium-Blattextrakte3. Rasterelektronenmikroskopie mit energiedispersivem Röntgen (REM-EDX) wurde durchgeführt, um das Vorhandensein von elementarem Kupfer in biologisch synthetisierten CuONPs zu bestätigen. Das Vorhandensein von Kupfer (96 %) und Sauerstoff in der EDX-Analyse bestätigte die Reinheit der synthetisierten CuONPs (Abb. 1d, e).

Für Größe und Oberflächentopologie wurden auch TEM- und AFM-Analysen durchgeführt (Abb. 1f und 2b). CuONPs unterschiedlicher Form und Größe wurden aus Cyanobakterien beschrieben, z. B. Phormidium, Spirulina platensis und Bifurcaria bifurcate synthetisierten quasi-kugelförmige CuONPs im Bereich von 40–45 nm37,47,48. Andere Studien zur höheren pflanzenvermittelten Synthese haben eine geringere Reinheit berichtet, z. B. wiesen CuONPs, die aus Aloe-Vera-Extrakt synthetisiert wurden, 54 % elementares Kupfer mit einer Größe von 30 nm und einigen größeren Partikeln (100 nm) auf42. Aus Momordica charantia synthetisierte CuONPs zeigten eine durchschnittliche Größe von 61,4 nm mit 54,5 % Kupfer5. Darüber hinaus wurde über große kugelförmige CuONPs aus Citrofortunella microcarpa (68–75 nm)45 und aus Actinomyceten (61,7 nm)49 berichtet. Dynamische Lichtstreuung (DLS) wurde verwendet, um hydrodynamische Größen, Polydispersitäten und Aggregationseffekte kolloidaler Proben basierend auf der Brownschen Bewegung20 zu bestimmen. Dabei handelt es sich um das Partikeldiffusionsverhalten innerhalb einer beliebigen Flüssigkeit, gemessen an den Schwankungen der Lichtintensität, die als Funktion der Zeit durch eine kolloidale Lösung gelangt50. Die Größenverteilung der CuONPs liegt im Bereich von 68,7 ± 3,4 nm (Abb. 2c). Der erhaltene PDI-Wert von 0,2 für CuONPs deutete auf deren mittelschweren oder moderaten Charakter hin. Gemäß dem manuellen Malvern Zeta-Analysator stellen PDI-Werte unter 0,05 stark monodisperse NP-Verteilungen dar, und PDI-Werte über 0,7 weisen auf polydisperse NP-Verteilungen21 hin. Darüber hinaus wurde eine Messung des Zetapotentials durchgeführt, um die Stabilität der synthetisierten CuONPs zu überprüfen (Abb. 2d). Sie gilt als Maß für die Ladungen auf der Oberfläche von Nanopartikeln. Große positive (> + 30 mV) oder negative (≥ 30 mV) Ladungen neigen dazu, sich gegenseitig abzustoßen, während ein niedriger Wert des Zetapotentials aufgrund des Fehlens einer abstoßenden Kraft zur Aggregation von NPs führt und den Nanopartikeln Stabilität verleiht17. Qamar et al.5 synthetisierten CuONPs aus Momordica charantia-Blattextrakt mit einem Zetapotential von nur −7,23 mV. Der negativere Wert des Zetapotentials der von Phormidium abgeleiteten CuONPs deutete auf deren höhere Stabilität hin.

Cyanobakterien und viele Heilpflanzen besitzen freie Radikale abfangende Einheiten wie Phenolverbindungen, Terpenoide, Flavinoide, Vitamine und andere endogene Metaboliten, die reich an antioxidativer Wirkung sind51. Von Phormidium abgeleitete CuONPs zeigten einen höheren Prozentsatz an freien Radikalen. Die Zellatmung führt zur Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) und mehrerer anderer freier Radikale mit ungepaarten Valenzschalenelektronen. Diese freien Radikale spielen eine wichtige Rolle bei der Zellsignalisierung, führen jedoch im Übermaß zu oxidativen Schäden an der Zelle, indem sie mit den Zellbestandteilen reagieren, die Krebs, Alterung, Katarakt, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Funktionsstörungen von Organen verursachen. Daher spielen Antioxidantien eine entscheidende Rolle bei der Herunterregulierung und Eliminierung freier Radikale, bevor sie die Zelle schädigen52. Die vorliegende Studie zeigte die antioxidative Aktivität von CuONPs durch ABTS-, DPPH-, SOR- und H2O2-Assays. ABTS·+ ist ein vorab erzeugtes freies Radikal und die Wechselwirkung zwischen Antioxidans und ABTS·+ führt zum Bleichen von ABTS·+17. CuONPs zeigten eine prozentuale Hemmung von 3,9 bis 86,33 % und entsprechende IC50-Werte für CuONPs, Extrakt und Ascorbinsäure (Std.) wurden berechnet (Abb. 3a und Tabelle 1). Kumar und Shanmugam53 berichteten außerdem über eine Hemmung der freien ABTS·+-Radikale von 88 % ± 1,12 mit 500 µg ml−1 CuONPs, die unter Verwendung von Magnolia champaca-Blütenextrakt synthetisiert wurden.

Beim DPPH-Radikalfänger zeigten CuONPs eine prozentuale Hemmung im Bereich von 23,5 bis 79,6 %, und entsprechende IC50-Werte wurden berechnet (Abb. 3b und Tabelle 1). In früheren Berichten zeigten aus Cystoseira trinodis (Braunalgen), Solanum nigrum und Mussaenda frondosa stammende CuONPs eine 50-prozentige Abfanghemmung mit einem IC50-Wert von 543 µg ml−1, 131,5 µg ml−1 bzw. 1570 µg ml−18,11. 54.

Mit biogenen CuONPs wurde eine signifikante dosisabhängige Hemmung gegen Bakterienstämme beobachtet (Abb. 4a – d). Karuppannan et al.55 synthetisierten CuONPs aus Cardiospermum halicacabum-Extrakt und zeigten eine antibakterielle Wirkung mit einem MHK-Wert von 1 mg ml−1 für S. aureus und E. coli. Manasa et al.54 synthetisierten CuONPs aus Mussaenda frondosa L, die ein antibakterielles Potenzial mit einem MHK-Wert von 305 µg ml−1 gegen E. coli aufwiesen. Darüber hinaus zeigten CuONPs, die aus Braunalgenextrakt von Bifurcaria bifurcate48 und Cyanobakterien-Spirulina-platensis-Extrakt37 synthetisiert wurden, durch Scheibendiffusion ein antibakterielles Potenzial gegen S. aureus, B. cereus, E. coli und K. pneumonia. Aus Actinomyceten49, Achillea millefolium-Blattextrakten3 und Momordica charantia5 synthetisierte CuONPs zeigten antibakterielle Aktivität mit maximalen Hemmzonen. Mechanisch synthetisierte CuONPs zeigten jedoch ebenfalls antibakterielle Aktivität, jedoch mit einem höheren MHK-Wert von 2,5 mg ml−1 für S. aureus und 3,75 mg ml−1 für E. coli56. Mit Psidium guajava-Blattextrakt synthetisierte CuONPs zeigten eine erhöhte antibakterielle Aktivität gegen gramnegative (E. coli, P. aeruginosa) und grampositive (S. pneumoniae, S. epidermidis) Bakterienstämme unter Verwendung von Agar-Well-Diffusion, und es wurde gezeigt, dass CuONPs mit der Bakterienmembran interagieren durch konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie (CLSM)57. Mit Abutilon indicum-Blattextrakt synthetisierte CuONPs zeigten unter Verwendung der Agar-Well-Diffusionsmethode eine antibakterielle Aktivität gegen E. coli-, S. typhi-, B. subtilis- und S. aureus-Bakterien58. In der Literatur waren begrenzte Studien zur antimykotischen Aktivität von CuONPs in Bezug auf Candida-Arten bekannt. CuONPs, synthetisiert aus Achillea millefolium-Blattextrakten3, Brassica oleracea var. Extrakt59 und chemisch synthetisierte CuONPs60 zeigten eine starke antimykotische Aktivität gegen C. albicans und C. glabrata. Kommerziell synthetisierte CuONPs zeigten jedoch eine antimykotische Aktivität mit einem MHK-Wert von 1 mg ml−1 für C. albicans und C. glabrata61. Unsere Ergebnisse unterstreichen das Vorhandensein synergistischer Wechselwirkungen zwischen CuONPs und Kombinationen aus Antibiotika und Fungiziden (Tabellen 2 und 3). Der mögliche Mechanismus hinter der verstärkten synergistischen antimikrobiellen Wirkung von CuONPs könnte auf die Beteiligung aktiver funktioneller Gruppen wie Hydroxyl- und Aminogruppen zurückzuführen sein, die in den Antibiotika/Fungiziden vorhanden sind und durch CuONPs chelatisiert werden können22,62. Da CuONPs über potenzielle antimikrobielle Eigenschaften mit synergistischem Potenzial verfügen, können sie bei der Lebensmittelkonservierung und -verpackung eingesetzt werden. Der antimikrobielle Mechanismus von CuONPs kann auf die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) zurückzuführen sein, die die Zellmembran zerstören und eine direkte Zelltoxizität verursachen63. Die möglichen Mechanismen der durch CuONPs induzierten antimikrobiellen Aktivität können wie folgt zusammengefasst werden (Abb. 5). Die in der Zellmembran vorhandene Carboxyl- und Amingruppe erleichtert das Eindringen von CuONPs durch die intrazelluläre Auflösung löslicher Kupferionen und die Ansammlung von Superoxiden oder Hydroxylradikalen, was zu oxidativem Stress führt. CuONPs erzeugen eine starke Zytotoxizität durch DNA-Schäden, mitochondrialen Abbau, Ribosomenstörung und Funktionsstörung verschiedener Proteinkanäle in der Zellmembran, die zum Zelltod führt64,65.

Eine Entzündung ist ein komplexer Prozess, der mit Schmerzen einhergeht und eine erhöhte Proteindenaturierung, Gefäßpermeabilität und Membranveränderung mit sich bringt. Bei der Denaturierung verlieren Proteine ​​durch Stress oder Hitze ihre Sekundär- und Tertiärstruktur, was zu Entzündungen führt. Über die entzündungshemmende Wirkung von CuONPs liegen nur begrenzte Berichte vor. Die beobachtete maximale Proteindenaturierung betrug 86,3 % bei 150 µg ml−1 CuONPs (Abb. S3), und der IC50 von Aspirin und CuONPs betrug 34,9 ± 0,87 bzw. 89,9 ± 0,21 µg ml−1. Thiruvengadam et al.4 beobachteten 80 % der Albumin-Denaturierung durch die unter Verwendung von Millettia pinnata-Blütenextrakt synthetisierten CuONPs. Biosynthetisierte CuONPs unter Verwendung von Triumfetta rotundifolia zeigten 57,4 % der Membranstabilisierung menschlicher Erythrozyten bei 1 mg ml–1 und 58 % bei 100 mg ml–1 unter Verwendung von Mussaenda frondosa L.-Extrakt54,66. Mit Bacopa monnieri-Blattextrakt synthetisierte CuONPs zeigten nach 48 Stunden und 67 Stunden eine entzündungshemmende In-vivo-Aktivität mit einer Hemmung des Ödems um 74 % im Vergleich zu Diclofinac-Natrium als Standard um 24 %. Mit Cissus quadrangularis-Blattextrakt synthetisierte CuONPs zeigten im Vergleich zum Standardarzneimittel eine erhöhte entzündungshemmende Aktivität bei der Membranstabilisierung und Anti-Proteinase-Aktivität68. Auch chemisch synthetisierte CuONPs wurden sowohl in vitro als auch in vitro an Albino-Mäusen auf ihre entzündungshemmende Wirkung getestet. Die Ergebnisse zeigten, dass die BSA-Denaturierung durch CuONPs in der entzündungshemmenden In-vitro-Aktivität stark gehemmt wurde, und die In-vivo-Aktivität zeigte, dass niedrige Dosen (5 mg/kg) von CuONPs die Entzündung wirksamer hemmten als hohe Dosen (10 und 20 mg). /kg) an kostenlosen Medikamenten69.

Die Zytotoxizität von CuONPs gegenüber den nichtkleinzelligen Lungenkrebszelllinien (H1299 und A549) wurde mittels MTT-Assay bewertet. Gegen A549-Zellen wurde eine beträchtliche Antikrebsaktivität mit einem niedrigeren IC50-Wert als bei H1299-Zellen beobachtet (Abb. 6c). Eine DAPI-Färbung wurde durchgeführt, um die durch CuONPs verursachte Apoptose auf Zelllinien zu bestimmen, die in behandelten Zellen eine Blasenbildung und Kondensation der Kerne zeigten (Abb. 6a, b). Manasa et al.54 zeigten einen IC50-Wert von 218,18 µg ml−1 aus den biosynthetisierten CuONPs unter Verwendung von Mussaenda frondosa L.-Extrakten gegen A549-Krebszellen. Die aus Ficus religiosa-Extrakt synthetisierten CuONPs, die mittels MTT-Assay gegen die A549-Zelllinie bewertet wurden, zeigten einen IC50-Wert von 200 μg ml−170. Grün synthetisierte CuONPs aus Ficus religiosa-Blattextrakt hemmten den Histondeacetylasenspiegel (HDAC) und zeigten eine durch Apoptose vermittelte Antikrebsaktivität gegen die Lungenkrebszelllinie A549 mit einem IC50-Wert von 200 μg ml−171. Mit Abutilon indicum-Blattextrakt synthetisierte CuONPs zeigten im MTT-Assay eine Zytotoxizität gegenüber menschlichen Lungenkrebszelllinien A549 und Brustkrebs MDA-MB-23158. Die durch CuONPs vermittelte Antikrebsaktivität umfasst oxidativen Stress, ROS-Akkumulation, Chromosomenaberration, Fragmentierung des genetischen Materials, Caspase-Produktion und die Verstärkung intrinsischer und extrinsischer apoptotischer Wege64. CuONPs verursachten DNA-Schäden, stoppten den Zellzyklus und hemmten die Zellproliferation in HeLa-Zellen von Gebärmutterhalskrebs72. Mit marinen entophytischen Actinomyceten synthetisierte CuONPs zeigten Zytotoxizität gegenüber A549-Lungenkrebszellen bei einer Konzentration von 500 µg ml−1 mit 54 % Hemmung und einer unregelmäßigen Morphologie der Krebszellen73. Darüber hinaus beobachteten Singh et al.74 und Elsayed et al.75 grün synthetisierte CuONPs als wirksame antiproliferative Aktivität bei der Behandlung von gezieltem Brustkrebs. Die niedrigeren IC50-Werte von aus Phormidium stammenden CuONPs gegen Krebszelllinien (signifikant bei P ≤ 0,05) legen eindeutig die Tatsache nahe, dass biosynthetisierte CuONPs eine starke Zytotoxizität aufweisen.

Die photokatalytische Aktivität von CuONPs wurde mit MB-Farbstoff in verschiedenen Konzentrationen (5, 10, 15, 20 und 25 mg/L) durchgeführt und zeigte einen Farbwechsel von Dunkelblau zu Hellblau. UV-Vis-Scanning zeigte den Reaktionspeak für MB bei 665 nm (Abb. 7a). Der beobachtete prozentuale Abbau unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht betrug 94 % nach 90 Minuten (Abb. 7b) und wurde anhand des entsprechenden prozentualen Adsorptionswerts unter Verwendung der von Kwon et al.76 angegebenen Gleichung berechnet. Sinha und Ahmaruzzaman.77 berichteten, dass CuONPs (10 mg/L), synthetisiert aus wässrigem Extrakt von L. rohita-Schuppen, 96 % des MB-Farbstoffs in 135 Minuten abbauten und CuONPs (50 mg/L), synthetisiert aus Braunalgen Cystoseira trinodis, 89 % davon abbauten MB-Färbung in 210 Min.11. Biogene CuONPs (20 mg/L), die aus Pflanzenextrakten des Blattextrakts von Mussaenda frondosa synthetisiert wurden, zeigten einen MB-Abbau von 97 % in 140 Minuten54 und CuONPs (10 mg/L) aus Zellextrakt von Cardiospermum halicacabum zeigten einen Abbau von 93 % in 210 Minuten55. CuONPs (0,2 g/l), synthetisiert aus Pflanzenextrakt von Achillea millefolium3, bauten 96 % des MB-Farbstoffs in 120 Minuten ab. Es muss ermittelt werden, welche reaktiven Spezies eine größere Rolle im photokatalytischen Abbauprozess spielen. Biosynthetisierte CuONPs (20 mg) unter Verwendung von Psidium guajava-Blattextrakt zeigten einen 89-prozentigen Abbau des MB-Farbstoffs in 150 Minuten57.

CuONPs induzierten während des Photoabbaus des Farbstoffs freie Radikale und zeigten, dass in Gegenwart von t-BuOH (OH-Fänger) die Abbaurate des MB-Farbstoffs maximal um bis zu 65 % reduziert wurde (Abb. S4). Sharma und Dutta78 berichteten auch, dass Hydroxylradikale die wichtigsten reaktiven Sauerstoffspezies beim Farbstoffabbau waren, und zwar durch einen spezifischen ROS-Scavenger-Test unter Verwendung von Isopropylalkohol als Fänger für ·OH-Radikale. Nachdem die photokatalytische Rolle von CuONPs durch Messung des prozentualen Abbaus des MB-Farbstoffs ermittelt wurde, wurde der Schwerpunkt auf kinetische Studien gelegt. Die Diagramme der am besten angepassten Linien von ln(C0/Ct) gegen die Zeit wurden unter Verwendung der MB-Farbstoff-Anfangskonzentration (25 mg/L) und variierender Photokatalysatorlast aufgetragen (Abb. 7c, d), was die lineare Natur unserer Daten zeigte bestätigten, dass der Photoabbau des MB-Farbstoffs gut mit dem Reaktionskinetikmodell pseudo-erster Ordnung übereinstimmt. Die höhere photokatalytische Abbaurate biosynthetisierter CuONPs könnte auf deren geringere Partikelgröße (20,7 nm, TEM-Analyse) zurückzuführen sein. Darüber hinaus kann dies auf die höhere Dichte an elektronenarmen Stellen zurückgeführt werden, die während der Synthese entstehen und die photogenerierten Elektronen einfangen und Rekombinationen reduzieren können, wodurch die photokatalytische Aktivität verbessert wird77. Der wahrscheinliche Mechanismus für die photokatalytische Aktivität von CuONPs basiert auf der Wechselwirkung mit der Lichtquelle, dh verbunden mit Photonenabsorption und Konnektivität zwischen der Oberflächenreaktivität und der Bildung von Oberflächenradikalen zwischen (H2O, O2)3. Der photokatalytische Mechanismus wurde initiiert, als die Photonen von CuONPs absorbiert wurden, durch Licht angeregt wurden und einem plasmonischen Zerfall unterliegen. Laut Ghareib et al.79 kann die vollständige Reaktion während des photokatalytischen Abbaus des MB-Farbstoffs durch CuONPs wie folgt zusammengefasst werden:

Die durch den plasmonischen Zerfall erzeugten Elektronen oder Löcher reagieren mit O2- und H2O-Molekülen und erzeugen aktive Spezies; anionisches Superoxidradikal (O2−.) bzw. Hydroxylradikal (OH.). Darüber hinaus wandelt sich das Hydroperoxylradikal (HO2), das durch die Protonierung des Superoxidionenradikals (O2−) entsteht, in H2O2 um, das unweigerlich in hochreaktive Hydroxylradikale (OH) dissoziiert. Dabei spielen CuONPs als Elektronenträger eine wichtige Rolle. Die höhere Abbaueffizienz von CuONPs kann auf die im Algenextrakt enthaltenen Reduktionsmittel zurückgeführt werden, die die Bildung von Sauerstoffspezies (z. B. Superoxid und Hydroxylradikal) bei Bestrahlung fördern 11. Ein solch effizienter Photoabbau bietet einen bequemen Weg für die Behandlung von Farbstoffen unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht.

Zusammenfassend betont die vorliegende Studie ein kostengünstiges, umweltfreundliches und bioinspiriertes Protokoll für die Synthese von CuONPs, gefolgt von seinen biomedizinischen und photokatalytischen Anwendungen. Die im Cyanobakterien-Phormidium-Zellextrakt enthaltenen sekundären Pflanzenstoffe wirken als Bioreduktionsmittel für Cu2+-Ionen sowie als Stabilisierungsmittel für die Biosynthese von CuONPs. Dunkelbraun gefärbte, kleine (20,7 nm), kugelförmige CuONPs mit hoher Reinheit (96 %) wurden erfolgreich synthetisiert. Im Hinblick auf seine biomedizinischen Anwendungen bewiesen biogene CuONPs eine hervorragende Effizienz beim Abfangen freier Radikale und zeigten eine ausgeprägte Toxizität gegenüber pathogenen Mikrobenstämmen mit einem hohen Maß an synergistischen Wechselwirkungen. Ergebnisse der Zytotoxizität legen den therapeutischen Einsatz von CuONPs bei der Behandlung von entzündlichen Erkrankungen und menschlichem Lungenkrebs nahe. Darüber hinaus erwiesen sich CuONPs als praktisch für den effizienten photokatalytischen Abbau des krebserregenden Farbstoffs Methylenblau, der eine ernsthafte Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellt. Für die fortgeschrittenen biomedizinischen Anwendungen von CuONP sind jedoch noch umfangreichere Forschungsarbeiten erforderlich, um seine Toxizität zu reduzieren und gleichzeitig seine biologische Effizienz zu verbessern. Die Anwendungen von CuONPs in den Bereichen Sensoren, Lebensmittelverpackung und antimikrobielle Wirkung werden künftige Anwendungsmöglichkeiten bieten, wobei die Sicherheitsaspekte als ernstzunehmende Bedenken berücksichtigt werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie könnten die Aussichten für die biogene Synthese von CuONPs und deren Verwendung in einer Vielzahl biomedizinischer und biotechnologischer Anwendungen erweitern.

Die verwendeten Chemikalien in analytischer Qualität wurden von Sigma-Aldrich (Indien) oder Merck (Indien) bezogen. Alle Kulturmedien wurden von Hi Media (Indien) gekauft. Alle verwendeten Puffer und Reagenzien wurden in doppelt destilliertem Wasser (DDW) hergestellt. Glaswaren wurden vor der Verwendung gründlich gewaschen und an der Luft getrocknet.

Cyanobakterienstamm Phormidium sp. (NCCU-104) wurde von IARI, Neu-Delhi, Indien, bezogen. Die axenische Kultur wurde routinemäßig in BG-11-Flüssigmedium in einem Kulturraum bei 30 ± 2 °C gezüchtet und mit kaltweißen Sylvania 40W T12-Leuchtstofflampen mit einer Lux-Intensität von 2000 ± 200 für 12-stündige Hell-/Dunkel-Zyklen beleuchtet80. Cyanobakterien wurden in der mittleren exponentiellen Wachstumsphase zur Extraktvorbereitung geerntet. Für die antibakterielle Studie wurden Klebsiella pneumoniae (KJ 938546), Staphylococcus aureus (MCC 2708), Bacillus cereus (MCC 2243) und Escherichia coli (MCC 2052) aus der mikrobiellen Kultursammlung des National Center for Cell Science (NCCS) erhalten. Pune, Indien. Klinische Isolate von Candida albicans (MCC 1151) und Candida glabrata (MCC 1432) wurden von der National Fungal Culture Collection of India (NFCCI), Pune, Indien, erhalten. Für die Antikrebsstudie wurden A549 und H1299 (humane NSCLC-Zelllinien) vom National Center for Cell Science (NCCS) Pune, Indien, bezogen und in DMEM (Kat.-Nr. 10569010, Gibco, Waltham, MA, USA) aufbewahrt und bei 37 °C inkubiert und eine Atmosphäre mit 5 % CO2.

Gründlich gewaschene Biomassepellets wurden in 100 ml sterilem Wasser suspendiert und in einem Branson Sonifier 450 (Branson Ultraschall Corp., USA) 3–5 Minuten lang bei maximaler Leistung und maximalen Arbeitszyklen beschallt, um ein vollständiges Aufbrechen der Zellen sicherzustellen. Wenn der Extrakt das Vorhandensein von Filamenten/Zellen zeigte, wurden die Ultraschallbehandlungsschritte wiederholt. Die resultierenden Extrakte wurden 30 Minuten lang bei 10.000 g zentrifugiert, durch Whatman-Filterpapier Nr. 1 filtriert und zur weiteren Verwendung als Zellextrakt im Kühlschrank bei 4 °C gelagert18. Das chemische Profil des Cyanobakterienextrakts wurde mittels GC-MS analysiert, um die wahrscheinlichen Verbindungen herauszufinden, die ein reduzierendes Potenzial haben und die Synthese von Nanopartikeln unterstützen. Proben für die GC-MS-Analyse wurden durch Auflösen des getrockneten Extrakts in Methanol hergestellt. Die GC-MS-Analyse wurde mit einem Shimadzu GC-MS QP 2010 Plus-Gerät im Elektronenionisationsmodus (EI) durchgeführt, das mit einer RTX-5-Kapillarsäule (60 m × 0,25 mm × 0,25 μm) ausgestattet war. Als Trägergas wurde Helium mit einer Durchflussrate von 0,7 ml/min verwendet. Die Temperatur des Injektors wurde auf 260 °C festgelegt. Die Anfangs- und Endtemperatur der Säule betrug 80 °C bzw. 280 °C mit einer Geschwindigkeit von 10 °C min–1 bzw. 15 °C min–1. Es wurde eine Lösungsmittelverzögerung von 3,5 Minuten verwendet. Massenspektren wurden im Scanmodus im Bereich von 40–650 m/z aufgezeichnet. Die Verbindungen wurden durch Vergleich mit der NIST11/WILEY-Bibliothek81 identifiziert.

Für die extrazelluläre Synthese von CuONPs wurden 10 ml Algenextrakt mit 90 ml Kupfersulfatlösung (0,1 M) versetzt. Zusammen mit diesem wurden Algenextrakt (ohne Kupfersulfat) und Kupfersulfatlösung allein getrennt in zwei Kolben entnommen, um als Positiv- und Negativkontrolle zu dienen. Die Reaktionsmischung wurde unter kräftigem Rühren bei 90 °C gehalten und nach und nach mit 5 ml 0,1 M (NaOH) versetzt. Die tiefblaue Lösung färbte sich nach und nach ziegelrot und verfärbte sich nach 3 Stunden kräftigem Rühren dunkel. Das erhaltene schwarze Feststoffprodukt wurde dreimal 20 Minuten lang bei 15.000 U/min zentrifugiert und anschließend gründlich mit destilliertem Wasser und 90 %igem Ethanol nacheinander gewaschen, um etwaige Verunreinigungen zu entfernen. Der resultierende feste Niederschlag wurde ofengetrocknet, zu Pulver zerkleinert und zur weiteren Analyse in einem luftdichten Behälter aufbewahrt48,49. Biosynthetisierte CuONPs wurden mit einem UV-Vis-Spektrophotometer im Bereich von 200–500 nm (Labtronics LT 2900) analysiert.

Biosynthetisierte CuONPs wurden mithilfe verschiedener physikalischer Techniken wie UV-Vis-Spektroskopie, Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR), Röntgenbeugung (XRD) und dynamischer Lichtstreuung (DLS) sowie Rasterelektronenmikroskopie (SEM) auf ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften hin charakterisiert ) mit EDX, Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), Rasterkraftmikroskopie (AFM) und Zeta-Potenzialanalyse. Biosynthetisierte CuONPs wurden mit einem Doppelstrahl-UV-Vis-Spektrophotometer (Labtronics LT 2900) analysiert. Die CuONPs-Suspension wurde mit 10.000 U/min/15 Minuten zentrifugiert und die Analyse der luftgetrockneten Probe wurde mit dem FT-IR-Spektrophotometer (Perkin Elmer, USA) im Bereich von 500–4000 cm–1 mit einer Auflösung von 4 cm–182 aufgezeichnet. XRD (Rigaku Röntgendiffraktometer, Ultima IV, Japan) von CuONPs wurde bei 2θ im Bereich von 20° bis 80° bei 40 kV/30 mA mit CuKa-Strahlung (k = 1,54056°A) und dem Durchmesser der kristallinen Domäne aufgezeichnet von CuONPs wurde aus den XRD-Peaks mit der Debye-Scherrer-Gleichung berechnet:

Dabei ist D der kristalline Domänendurchmesser von ZnONPs, „λ“ die Wellenlänge der verwendeten Röntgenquelle (0,1541) und „β“ die Halbwertsbreite (FWHM) des Beugungspeaks und „θ“ ist der Bragg-Winkel. Dynamische Lichtstreuung (DLS) (Malvern, UK) wurde verwendet, um die hydrodynamische Größe und Polydispersität von Nanopartikeln zu bestimmen. Größenverteilungen synthetisierter CuONPs wurden mit einem Nano-Zetasizer-System (Zeta Sizer, Malvern, UK) gemessen. Vor der Messung wurde die Probe durch eine 0,2 μm Polyvinylidenfluorid (PVDF)-Membran mit den verwendeten Parametern wie Messtemperatur (25 °C), mittlerer Viskosität und Materialbrechungsindex (1,59) geleitet18. Die Größe von CuONPs wurde durch SEM (Carl Zeiss, USA), ausgestattet mit EDS, und TEM bestimmt. Für die SEM-Analyse (Sigma Version 5.05 Zeiss, USA) wurden dünne Filme der CuONPs hergestellt, indem eine äußerst kleine Menge der Probe bei einer Beschleunigungsspannung von 20 kV über einen Zeitraum von 60 bis 100 s auf den Siliziumwafer getropft wurde82,83. Zur Bestimmung der Elementaranalyse der CuONPs wurde das wissenschaftliche Instrument Sirius SD-Modell (das mit einem EDX-Spektrometer ausgestattete SEM) verwendet. Die TEM-Analyse wurde an (Philips EM-410LS, JEOL, Japan) durchgeführt, wobei 10 μl der CuONPs-Lösung auf den kohlenstoffbeschichteten Kupfergittern aufbewahrt wurden, wodurch ein dünner Film auf dem Gitter entstand und nacheinander in einer Gitterbox aufbewahrt wurde82. Ein ausgewählter Teil der Bilder wurde mit Bild J beobachtet und ausgewertet, um das Größenverteilungshistogramm zu erhalten. Die Oberflächentopologie synthetisierter ZnO-NPs wurde durch AFM-Analyse ermittelt. Ein dünner Film aus CuONPs wird auf einer Quarzglasplatte abgeschieden, indem man einige Tropfen der CuONPs-Lösung auf die Platte tropft und dann über Nacht bei 30 °C trocknen lässt. Die Bilder wurden mit AFM (Modell Ntegra Prima AFM, NT-MDT, Russland) aufgenommen.

Zur Bestimmung der antioxidativen Aktivität wurden die Standardprotokolle übernommen, z. 2,2′-Azino-bis-3-ethylbenzthiazolin-6-sulfonsäure (ABTS)84, 2,2′-Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH)85, Wasserstoffperoxid (H2O2)86 und Superoxidradikalfänger (SOR). Untersuchungen87. Diese Methoden basieren auf der Hemmung freier Radikale, die je nach Erzeugung freier Radikale, ihrer Reproduzierbarkeit und dem Endpunkt stark variieren. Darüber hinaus wurde ihr Potenzial mit Standard-Ascorbinsäure verglichen. Suspensionen von CuONPs wurden beschallt, um eine NP-Agglomeration zu vermeiden (Einzelheiten siehe ESI-Abschnitt S1). Die Absorption wurde spektrophotometrisch gegenüber den entsprechenden Blindlösungen gemessen und die prozentuale Hemmung des Abfangens freier Radikale wurde unter Verwendung der folgenden Gleichung18 berechnet.

wobei Ac = Absorption der Kontrolle, At = Absorption des Tests. Die IC50-Werte von CuONPs wurden berechnet und mit der Standard-Ascorbinsäure verglichen.

Um die antibakterielle Wirksamkeit biologisch synthetisierter CuONPs zu bewerten, wurde die von CLSI88 empfohlene Bouillon-Mikroverdünnungsmethode gegen gramnegative (Escherichia coli, Klebsiella pneumonia) und grampositive (Bacillus cereus, Staphylococcus aureus) Bakterien durchgeführt. Die antimykotische Aktivität wurde auch gegen Candida albicans und Candida glabrata gemäß den Standardrichtlinien von CLSI89 bestimmt. Unterschiedliche Konzentrationen von CuONPs (0,24–1000 µg ml−1), Streptomycin und Fluconazol als Positivkontrolle wurden in einem Endvolumen von 100 µl in eine 96-Well-Platte gegeben. Die Testerreger wurden geerntet und ihre Trübung nach dem McFarland 0,5-Standard beurteilt. Anschließend wurden 100 µl Zellkulturen (ungefähr 2,5 103 Zellen pro ml) in die 96-Well-Mikrotiterplatte (Tarson) gegeben und 24 Stunden lang bei 37 °C inkubiert. Nach der Inkubation wurde das Wachstum/die Trübung bei 600 nm mit einem Spektrophotometer aufgezeichnet18. Die niedrigste Konzentration an CuONPs, bei der kein sichtbares Wachstum auftrat, stellte den MIC-Wert (Minimum Inhibitory Concentration) dar. Alle Experimente wurden gleichzeitig in dreifacher Ausfertigung durchgeführt.

Die antimikrobiellen synergistischen Aktivitäten von CuONPs in Kombination mit den Standardantibiotika/Fungiziden wurden durch den Checkerboard-Assay90 bewertet. Eine Mikrotiterplatte wurde mit 50 µl CuONPs (0,48–125 µg ml−1) und Standardantibiotika/Fungiziden (0,24–31,2 µg ml−1) beimpft. Jede Vertiefung wurde mit 100 µl mikrobieller Suspension beimpft, um das Endvolumen von 200 µl zu erreichen, und Schachbrettplatten wurden über Nacht bei 37 °C inkubiert. Die fraktionierten Hemmindizes (FIC) wurden gemäß Gl. berechnet. (11).

wobei Synergie und Antagonismus durch FICI ≤ bzw. > 4 definiert wurden. Synergie wurde durch FICI < 0,5 definiert, teilweise synergistische wurden durch 0,5 < FICI < 1 definiert, wohingegen indifferente durch FICI ≤ 491 definiert wurde.

Die Hemmung der Albumin-Denaturierung wird verwendet, um die entzündungshemmende Aktivität von CuONPs mit der modifizierten Methode von Lavanya et al.92 zu analysieren. Die Kontrolllösung (0,5 ml) besteht aus 0,45 ml Rinderserumalbumin (1 % w/v wässrige Lösung) und 0,05 ml destilliertem Wasser. Die Testprobe (0,5 ml) besteht aus 0,45 ml destilliertem Wasser und 0,05 ml CuONPs (25, 50, 75, 100, 125, 150 µg ml−1). Die Standardlösung (0,5 ml) besteht aus 0,45 ml Rinderserumalbumin (1 % w/v wässrige Lösung) und 0,05 ml Diclofenac-Natrium in verschiedenen Konzentrationen. Alle oben genannten Lösungen wurden mit 1 N HCl auf einen pH-Wert von 6,3 eingestellt. Zunächst wurden die Proben 20 Minuten lang bei 37 °C inkubiert, gefolgt von einer weiteren 5-minütigen Inkubation bei 57 °C. Nach dem Abkühlen wurden 2,5 ml Phosphatpuffer zu den oben hergestellten Lösungen gegeben. Die Absorption wurde mit einem UV-sichtbaren Spektrophotometer bei 416 nm gemessen. Die Kontrolle stellt eine 100 %ige Proteindenaturierung dar und die Ergebnisse wurden mit Diclofenac-Natrium verglichen und die prozentuale Hemmung der Proteindenaturierung wurde unter Verwendung von Gleichung (1) berechnet. (12).

Biokompatibilität von CuONPs aus Phormidium sp. wurde quantitativ durch 3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazoliumbromid (MTT)-Assay und qualitativ durch 4′,6-Diamidino-2-phenylindol (DAPI)-Färbung unter Verwendung der Methode durchgeführt Mossman93 und Liu et al.94. Kurz gesagt, 1 × 104 ml−1 Zellen in ihrer exponentiellen Wachstumsphase wurden in 96-Well-Platten mit Dulbeccos modifiziertem Eagle-Medium (DMEM) zusammen mit 5 % (v/v) fötalem Rinderserum (FBS) und 1 % Antibiotika und antimykotischer Lösung ausgesät (Gibco). 24 Stunden lang bei 37 °C in einem Befeuchtungsinkubator mit 5 % CO2 inkubiert. Nach der Inkubation wurden die Zellen mit verschiedenen Konz. behandelt. von CuONPs (20, 40, 60, 80, 100, 120 und 140 µg ml-1), 24 Stunden lang inkubiert und dreimal mit PBS gewaschen. Nach 24-stündiger Inkubation wurde der in jede Vertiefung gegebene MTT-Farbstoff (5 mg/ml) mit DMEM-Komplettmedium im Verhältnis 9:1 gemischt und erneut 3–4 Stunden bei 37 °C inkubiert. Dann wurde das Medium entfernt und 100 µl DMSO in jede Vertiefung gegeben. Die Platten wurden in einem Mikroplatten-Lesegerät (BIO-RAD Microplate Reader-550) bei 595 nm analysiert und die prozentuale Lebensfähigkeit wurde unter Verwendung von Gl. berechnet. (13).

wobei AC = Absorption der Kontrolle, AT = Absorption der behandelten Zellen, AB = Absorption der Blindprobe. Für jede Zelllinie wurden die IC50-Werte von CuONPs bestimmt.

Die Zellen wurden mit fluoreszierendem 4',6-Diamidino-2-phenylindol (DAPI) gefärbt, um Kernkondensation und Blasenbildung festzustellen. Nach 48-stündiger Behandlung wurden die Zellen in einer Platte mit 12 Vertiefungen dreimal mit PBS gewaschen. Die Zellen wurden dann 8 Minuten lang mit 4 % Paraformaldehyd fixiert und dann dreimal mit PBS gewaschen. Danach wurden die Zellen durch zweiminütige Behandlung mit 0,1 % Triton X-100 permeabilisiert. Nochmals dreimal mit PBS gewaschen und mit dem Fluoreszenzfarbstoff DAPI 1 μg/ml behandelt. Nach 5 Minuten wurde PBS in die Vertiefung gegeben, um die Zellen während der Bildgebung unter dem Fluoreszenzmikroskop ZOE Fluorescent Cell Imager, (Bio-Rad)17 hydratisiert zu halten.

Die von Phormidium sp. abgeleiteten CuONPs. wurden auch auf den Abbau des Farbstoffs Methylenblau (MB) untersucht. Dazu wurden 5, 10, 15, 20 und 25 mg/L CuONPs zu 100 ml wässriger Lösung mit 25 mg/L MB-Farbstoff gegeben. Vor der Bestrahlung (500-W-Xenonlampe) wurden die Suspensionen 1 Stunde lang im Dunkeln magnetisch gerührt, um ein Adsorptions-/Desorptionsgleichgewicht zwischen CuONPs und der Farbstofflösung zu erreichen. Die Suspensionsmischungen wurden in regelmäßigen Abständen entnommen und zentrifugiert. Um die verbleibende Farbstoffkonzentration zu bestimmen, wurden die Absorptionsspektren bei 665 nm für (MB) mit einem UV-Vis-Spektrophotometer77 aufgezeichnet. Ein anderer Satz (Kontrolle) durfte unter identischen Bedingungen ohne CuONPs (Photokatalysator) reagieren. Die prozentuale Abbaueffizienz für die photokatalytische Reaktion wurde unter Verwendung der Gleichung berechnet. (14).

Dabei sind A0 und A die Anfangs- bzw. Endabsorption des MB-Farbstoffs bei λmax.

Spezifische Protokolle zum Fänger freier Radikale wurden übernommen, um ihre Rolle beim Abbau von Methylenblau durch CuONPs zu identifizieren. Dem Reaktionsgemisch wurden verschiedene Scavenger zugesetzt, nämlich Ammoniumoxalat (h+-Fänger), p-Benzochinon (·O2−-Fänger) und tert-Butanol (·OH-Fänger)95. CuONPs (10 mg/L) und Radikalfänger (10 mM) wurden zusammen mit den jeweiligen Radikalfängern in 100 ml einer 25 mg/L Farbstofflösung gegeben. Die Reaktionsmischungen wurden 1 Stunde lang dem Sonnenlicht ausgesetzt. Abschließend wurde die Abbaurate des Farbstoffs berechnet, um die aktive Rolle der Aasfresserspezies zu bestimmen.

Die Datenanalyse wurde mit der Standard-Statistiksoftware Origin 8.1 durchgeführt. Beschreibende statistische Maße, insbesondere der Mittelwert und die Standardabweichung, wurden verwendet, um die Datenerfassung für jede Messung zusammenzufassen. Eine Zwei-Wege-Varianzanalyse wurde verwendet, um den Einfluss unabhängiger Variablen sowie mögliche Wechselwirkungen zwischen ihnen in der Studie zur antibakteriellen und antioxidativen Aktivität zu bewerten. Werte von *p < 0,05 wurden als statistisch signifikant angesehen. Jeder Test wurde dreifach durchgeführt und die Ergebnisse wurden als Mittelwert ± SD dargestellt.

Die während der vorliegenden Studie generierten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Die Autoren danken der University Grants Commission, Indien, für die Bereitstellung der erforderlichen finanziellen Unterstützung für die Durchführung dieser Forschungsarbeit. Die Autoren danken dem Centre for Nano Science and Nanotechnology (CNN), dem JMI (Neu-Delhi) für die Analyseeinrichtungen und dem Indian Agricultural Research Institute (IARI, Delhi) für die Bereitstellung des Cyanobakterienstamms (Phormidium sp.). Die Autoren danken DIF-Biosciences, JMI und CIF-CIRBSc, JMI, Neu-Delhi für die Bereitstellung analytischer Instrumente in der vorliegenden Studie

Abteilung für Biowissenschaften, Jamia Millia Islamia, Jamia Nagar, Neu-Delhi, 110025, Indien

Nida Asif, Rakhshan Ahmad, Samreen Fatima, Shehzadi Shehzadi, Tabassum Siddiqui und Tasneem Fatma

Abteilung für Biotechnologie, Jamia Millia Islamia, Neu-Delhi, 110025, Indien

Almaz Zaki

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NA: Untersuchung, Methodik, formale Analyse, Datenanalyse, Schreiben – Originalentwurf, Visualisierung. RA: Datenanalyse. SF: Formatieren und Bearbeiten SS: Methodik. TS: Ergänzende Daten vorbereiten, AZ: Anti-Krebs-Aktion durchgeführt. TF: Konzeptualisierung, Ressourcen, Überwachung, Datenkuratierung, Schreiben – Überprüfung und endgültige Bearbeitung. Alle Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und genehmigt.

Korrespondenz mit Tasneem Fatma.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Asif, N., Ahmad, R., Fatima, S. et al. Toxikologische Bewertung von Phormidium sp. abgeleitete Kupferoxid-Nanopartikel für seine biomedizinischen und ökologischen Anwendungen. Sci Rep 13, 6246 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-33360-3

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Eingegangen: 02. November 2022

Angenommen: 12. April 2023

Veröffentlicht: 17. April 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-33360-3

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