Photosynthèse facile de la nouvelle porphyrine

May 01, 2023

Scientific Reports volume 13, Numéro d’article: 8580 (2023) Citer cet article

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Dans cette recherche, la synthèse en une étape de nouveaux nanocomposites à base de porphyrine a été réalisée facilement en utilisant une stratégie d’éclairage photochimique sous lumière visible. Par conséquent, cette recherche est axée sur la synthèse et l’utilisation de nanoparticules décorées de ZnTPP (zinc(II)tétrakis(4-phényl)porphyrine) décorées avec des nanostructures Ag, Ag/AgCl/Cu et Au/Ag/AgCl comme agents antibactériens. Initialement, les NP ZnTPP ont été synthétisés à la suite de l’auto-assemblage du ZnTPP. Dans l’étape suivante, dans un processus d’irradiation photochimique en lumière visible, les nanoparticules de ZnTPP auto-assemblées ont été utilisées pour fabriquer des NC ZnTPP/Ag, des NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu et des NC ZnTPP/Au/Ag/AgCl. Une étude sur l’activité antibactérienne des nanocomposites a été réalisée pour Escherichia coli et Staphylococcus aureus en tant que microorganismes pathogènes par la méthode de numération sur plaque, les tests de diffusion par puits, la concentration minimale inhibitrice (CMI) et la détermination des valeurs de concentration bactéricide minimale (MBC). Par la suite, les espèces réactives de l’oxygène (ROS) ont été déterminées par la méthode de cytométrie en flux. Tous les tests antibactériens et les mesures ROS de cytométrie en flux ont été effectués sous lumière LED et dans l’obscurité. Le test sur le bromure de 3-(4,5-diméthylthiazol-2-yl)-2,5-diphényltétrazolium (MTT) a été appliqué pour étudier la cytotoxicité des NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu contre les cellules normales des fibroblastes du prépuce humain (HFF-1). En raison des propriétés spécifiques telles que les propriétés photosensibilisantes admissibles de la porphyrine, les conditions de réaction légères, les propriétés antibactériennes élevées en présence de lumière LED, la structure cristalline et la synthèse verte, ces nanocomposites ont été reconnus comme des types de matériaux antibactériens activés en lumière visible, ont le potentiel d’être utilisés dans un large éventail d’applications médicales, thérapie photodynamique et traitement de l’eau.

Au cours des dernières années, les réalisations expérimentales et industrielles en nanotechnologie ont engendré une nouvelle approche en sciences appliquées, entraînant la croissance d’activités interdisciplinaires dans les industries, l’environnement et la médecine1,2,3. En raison de l’importance de prévenir les dommages bactériens nocifs, des agents antibactériens sont en cours de développement. En conséquence, les nanomatériaux sont des traitements très bénéfiques considérés en raison de leurs qualités particulières contre les infections bactériennes causées par une mauvaise utilisation des antibiotiques, ce qui a entraîné une résistance bactérienne et une menace mondiale pour la santé humaine. En outre, la création d’agents antibactériens biocompatibles est l’un des sujets les plus urgents pour les scientifiques4,5. E. coli est un agent pathogène pernicieux et un bacille à Gram négatif. De plus, l’éradication de la bactérie E. coli devient de plus en plus difficile. Les humains contractent la diarrhée causée par les bactéries Staphylococcus aureus (Gram positif) et Escherichia coli (Gram négatif) après avoir bu de l’eau contaminée. Par conséquent, un approvisionnement en eau potable sain est essentiel à la santé humaine6,7.

La structure macrocyclique robuste du noyau de porphin en fait un bon point d’ancrage pour la complexation des atomes métalliques8,9. Les études sur la synthèse, la structure, les assemblages et les applications des porphyrines ont toujours intrigué la communauté scientifique10. Les porphyrines sont des espèces de supramolécules et possèdent un large éventail de propriétés photophysiques et photochimiques, des rendements photosensibilisants élevés, une énergie supérieure, des capacités de transfert d’électrons et un excellent potentiel de récupération de la lumière, y compris une forte absorption de la lumière dans la région visible, tandis que leurs niveaux d’énergie peuvent être facilement ajustés pour correspondre à ceux des matériaux donneurs à l’aide d’une conception moléculaire appropriée11,12. Les porphyrines sont également largement utilisées en thérapie photodynamique antimicrobienne13,14,15.

Les radicaux libres, ou plus probablement l’oxygène singulet, peuvent être générés par la porphyrine exposée à la lumière. Ce processus dépend du type de porphyrine en tant que photosensibilisant et source de lumière utilisé. Ces espèces sont extrêmement réactives et peuvent interagir avec presque tous les composants cellulaires, y compris les protéines, les lipides et les acides nucléiques. Certains sous-produits réactifs, tels que les espèces réactives de l’oxygène, peuvent être produits à la suite de cette interaction (ROS). Ces espèces peuvent causer d’autres dommages et la mort cellulaire16.

Il a été démontré que les nanoparticules métalliques, en particulier les nanoparticules d’argent (Ag), sont de puissants agents antibactériens ayant une vaste gamme d’activités antibactériennes17,18. Les nanomatériaux, y compris le cuivre, présentent un intérêt considérable en raison de leur grande disponibilité, de leur coût peu coûteux et de leurs similitudes avec les caractéristiques des métaux nobles. De plus, il peut également être utilisé comme agent bactéricide et antimicrobien pour recouvrir l’équipement hospitalier19,20. Les nanoparticules d’or (Au NP) apparaissent comme des candidates idéales en raison de leur efficacité biomédicale significative21,22. En combinant des matériaux aux propriétés potentielles, de nouveaux matériaux aux performances meilleures et plus efficaces peuvent être créés. Dans ce travail, nous avons synthétisé des nanocomposites multi-composants contenant des nanostructures ZnTPP et plusieurs composants métalliques sous forme de NC ZnTPP / Ag, ZnTPP / Ag / AgCl / Cu NC et ZnTPP / Au / Ag/AgCl NC en utilisant la méthode photochimique. De plus, nous avons prouvé l’efficacité de ces nanoparticules en examinant ces nanoparticules à l’aide d’une lampe LED sur deux types de bactéries pathogènes humaines. En outre, un avantage important de ce nanocomposite est la meilleure destruction de E. coli par rapport à la bactérie S. aureus en présence de lumière peut être mentionné pour les études de thérapie photodynamique. De plus, le potentiel antibactérien des nanocomposites synthétisés a également été étudié à l’aide de la méthode MIC contre les micro-organismes pharmacorésistants les plus courants dans le domaine médical, qui ont été examinés en lumière sombre et LED en présence de nanocomposites. L’effet synergique de ces métaux a été étudié dans l’approche disponible et recommandé comme méthode pratique pour éliminer les contaminants bactériens de l’eau potable et les propriétés médicinales (Fig. 1).

Préparation schématique des NC ZnTPP/Ag, ZnTPP/Ag/AgCl/Cu NC et ZnTPP/Au/Ag/AgCl.

Chacun des produits chimiques utilisés dans ce travail était composé d’agents de qualité analytique. Le nitrate d’argent (AgNO3), l’acide tétra chloroaurique (III) trihydraté (HAuCl4·3H2O), le chlorure de cuivre dihydraté (CuCl2·2H2O), l’hydroxyde de sodium (NaOH), l’acide chlorhydrique (HCl 37%), le bleu de méthylène (MB), l’éthanol 96%, le pyrrole (CH4NCH3) et l’acide propionique (C3H6O2) ont été préparés par Merck Company. Pour la métallation de la porphyrine, l’acétate de zinc dihydraté (Zn(CH3CO2)2·2H2O) et le diméthylformamide (DMF) ont également été achetés à Merck Company. Le bromure de cétyltriméthylammonium (CTAB), l’acide l-ascorbique (AA) et l’acide polyacrylique (PAA) ont été préparés par Sigma-Aldrich Company. Pour la préparation des solutions, de l’eau désionisée a été utilisée. Tous les réactifs ont été appliqués sans autre purification, à l’exception du pyrrole, qui a d’abord été distillé et utilisé pour la synthèse de porphyrines.

L’analyse par diffraction des rayons X en poudre (PXRD) a été réalisée sur un diffractomètre à poudre à rayons X D Jeoljdx-8030 avec un rayonnement Cu Kα (l = 0,154 nm) (40 kV, 30 mA). Pour l’étude morphologique des nanocomposites et l’analyse élémentaire, EDS semi-quantitatif et l’analyse cartographique, le microscope électronique à émission de champ MIRA3 TESCAN-XMU (FE-SEM) a été utilisé. En utilisant un microscope électronique à transmission (modèle: EM 208S) À 100 kV, les nanoparticules ont été déterminées. Pour la synthèse photocatalytique, la lampe halogène à incandescence (DONAR DN-30059, 82 V, 360 W). Les analyses infrarouges à transformée de Fourier (FT-IR) ont été utilisées sur un spectrophotomètre Shimadzu FTIR-8400S utilisant une pastille KBr pour la préparation des échantillons. Pour détecter la structure de la porphyrine, un spectromètre UV-visible à double faisceau (Shimadzu UV-1700) à température ambiante comprise entre 400 et 700 nm a été utilisé.

La porphyrine tétraphényle (H2TPP) a été synthétisée selon la procédure d’Adler23, d’abord le pyrrole a été distillé. Ensuite, 9 mmol de chaque pyrrole distillé et benzaldéhyde ont été reflux pendant 4 h dans 170 mL d’acide propionique. La purification du produit a été réalisée par colonne chromatographique. De là, pour la préparation du ZnTPP, 1 mmol de H2TPP préparé et 2 mmol de Zn(Ac)2 ont été reflux dans 70 mL de DMF (155 °C) pendant 6 H24.

Les nanoparticules de ZnTPP ont été préparées selon les procédures d’auto-assemblage de neutralisation acide-base. Dans cette voie, la solution dispersée de 10 mL de ZnTPP (0,1 M) dans une solution HCl (0,2 M) a été injectée dans 19 mL de solution aqueuse agitée de bromure de cétrimonium (CTAB) (0,01 M) et de NaOH (0,008 M) dans des conditions STP. L’agitation du mélange a été poursuivie pendant 40 min, puis centrifugée à 10 000 tr/min, lavée à l’eau désionisée et séchée.

Pour la synthèse des NC ZnTPP/Ag, 2 mL de solution AgNO3 (50 mM) avec 0,5 mL de solution d’acide l-ascorbique (0,1 M) et 10 mL de nanostructures dispersées de ZnTPP (0,15 mM) ont été mélangés dans un flacon en verre et agités pendant 10 minutes sous une lampe halogène (360 Watt, 82 Volt). Le produit a été centrifugé à 10 000 tr/min pendant 15 min, puis lavé à l’eau désionisée et séché. Le composé obtenu, ZnTPP/Ag NCs, a été nommé A.

Les NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu ont été synthétisés par l’ajout en une étape de 1 mL de solution AgNO3 (50 mM), 1 mL de solution CuCl2 (50 mM), 0,5 mL de la solution d’acide l-ascorbique (0,1 M) et 10 mL de nanostructures ZnTPP dispersées (0,15 mM) dans un flacon en verre. Et les a agités sous une lampe halogène (360 Watt, 82 Volt) pendant 10 min. Le lavage des sédiments avec de l’eau désionisée et leur séchage ont conduit à l’obtention du nanocomposite ZnTPP/Ag/AgCl NCs qui a été nommé « B ».

Les NC ZnTPP/Au/Ag/AgCl ont été synthétisés par addition en une seule étape de 1 mL de solution HAuCl4·3H2O (50 mM), 1 mL de solution AgNO3 (50 mM), 1 mL de solution CuCl2 (50 mM), 0,5 mL de solution d’acide l-ascorbique (0,1 M) et 10 mL de nanostructures ZnTPP dispersées (0,15 mM) dans un flacon en verre sous agitation et une lampe halogène pendant 10 min. Ensuite, les sédiments ont été lavés à l’eau désionisée et séchés. Ce nanocomposite a été nommé « G ».

Pour les tests antimicrobiens, les souches d’Escherichia coli (ATCC 25922) et de Staphylococcus aureus (ATCC 25923) ont été achetées auprès de la banque de micro-organismes de l’Organisation iranienne de recherche scientifique industrielle.

La lignée cellulaire de fibroblastes de prépuce humain (HFF-1) a été achetée à la banque nationale de cellules d’Iran (Pasture Institute, Téhéran, Iran).

L’analyse statistique a été effectuée à l’aide du logiciel SPSS v16.0.

Dans cette recherche et dans la poursuite de nos recherches récentes en nanotechnologie25,26,27, les nanocomposites mono et bimétalliques ont été synthétisés par une stratégie simple avec un solvant écologique et vert. Dans la synthèse de nanocomposites bimétalliques à base de porphyrine, nous avons utilisé les valeurs du rapport de consommation de sel comme suit (Fig. 1): 100% de AgNO3 (50 mM) a été utilisé comme solution saline dans la synthèse du nanocomposite « A ». 50% d’AgNO3 avec 50% de CuCl2·2H2O ont été appliqués dans la synthèse du nanocomposite « B ». En utilisant 33% d’AgNO3, 33% de CuCl2·2H2O et 33% de sels HAuCl4·3H2O dans la synthèse du nanocomposite, nous avons obtenu le composé qui a été attribué aux NCs ZnTPP/Au/Ag/AgCl (nanocomposite « G »).

Les propriétés nanocomposites synthétisées ont été étudiées en termes de spectre EDX, d’analyse cartographique, de spectroscopie UV-Vis, d’images FE-SEM, de motif PXRD, d’analyse FT-IR et d’images MET. De plus, les propriétés antibactériennes sont étudiées par une méthode de diffusion de disque gélosé, MIC, MBC et compteur de colonies en présence de nanocomposite à LED claire et sombre. Le rôle des espèces réactives intracellulaires de l’oxygène (ROS) dans le mécanisme antibactérien des NC ZnTPP / Ag / AgCl / Cu, le nanocomposite avec le meilleur résultat antibactérien, a également été étudié par cytométrie de flux sous LED claires et sombres. La cytotoxicité des NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu a été évaluée sur des cellules de fibroblastes du prépuce humain (HFF-1) par test MTT.

Comme le montre la Fig. 2Ab, le diagramme de diffraction des rayons X en poudre du ZnTPP auto-assemblé (NP ZnTPP) a révélé les pics de diffraction à (001), (110), (200), (112), (020), (201), (400), (130) correspondant aux données des octaèdres de structure cristalline publiés (CCDC, code de référence ZNTPOR03) simulés qui ont été montrés sur la Fig. 2Aa 28. Dans le diagramme XRD des NC ZnTPP/Ag (Fig. 2Ac), quatre pics pointus ont été indiqués à 2θ = 38,24°, 44,44°, 64,69°, 77,64° correspondant aux surfaces cristallines (111), (200), (220) et (311) des nanoparticules Ag, respectivement29,30. La figure 2Ad illustre le modèle XRD attribué aux NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu. Les pics à 27,96°, 32,40°, 46,40°, 54,96°, 57,64° peuvent être attribués aux surfaces cristallines AgCl (111), (200), (220), (311), (222), (400) AgCl31. De plus, les pics à 2θ = 38,32°, 44,40° et 77,64° ont été attribués aux plans (111), (220), (111) des nanoparticules métalliques d’Ag32. Étant donné que la quantité de cuivre dans les NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu synthétisés était inférieure à 5 % en poids selon l’analyse EDS, les pics de cuivre ne sont pas observés dans le diagramme XRD de l’échantillon (Fig. 2Ad).

(A) PXRD d’un modèle simulé de NP ZnTPP (a), NP ZnTPP (b)42, ZnTPP/Ag NCs (c), ZnTPP/Ag/AgCl/Cu NCs (d), ZnTPP/Au/Ag/AgCl NCs (e), (B): spectres UV–Vis de H2TPP (a), ZnTPP (b), ZnTPP NPs (c)42, ZnTPP/Ag/AgCl NCs (d), ZnTPP/Ag NCs (e), ZnTPP/Au/Ag/AgCl NCs (f), (C): spectres FT-IR de H2TPP (a), ZnTPP (b), ZnTPP NPs (c)42, ZnTPP/Ag NCs (d), ZnTPP/Ag/AgCl/Cu NCs (e), ZnTPP/Au/Ag/AgCl NCs (f).

Dans le motif XRD qui a été montré dans la Fig. 2Ae, les pics à 29,68°, 56,68° et 59,32° spécifiés (111), (311) et (222) plans de réflexion AgCl. De plus, les pics à 39,96°, 48,12° et 78,66° peuvent être attribués à (111), (220) et (311) surfaces cristallines de nanoparticules Au et Ag36. Ainsi considérée la formation de NC ZnTPP/Au/Ag/AgCl. Vers le diagramme de diffraction des rayons X des NC ZnTPP/Ag, ZnTPP/Ag/AgCl/Cu NC et ZnTPP/Au/Ag/AgCl NCs, probablement après la formation de nanocomposites, l’alternance des surfaces cristallines et de la morphologie des NPs ZnTPP a été observée. L’étude spectroscopique d’absorption électronique pour la porphyrine sans métal (H2TPP) a révélé les bandes typiques de Soret et Q à 420, 516, 550, 592 et 560 nm respectivement (Fig. 2Ba). La bande de Soret est une bande intense d’environ 400 nm qui est commune à toutes les porphyrines. De plus, les bandes les plus faibles de l’ordre de 500–600 nm qui sont des bandes quadruples pour la base libre de porphyrine et des bandes doubles pour les métalloporphyrines sont des bandes Q. Lors de la coordination du zinc et de la formation de complexes métalliques, la bande de Soret à 421,5 nm et deux bandes Q faibles à 557 et 596 nm sont apparues. De plus, après la complexation du métal, un décalage vers le rouge dans la bande de Soret s’est produit. L’augmentation de la symétrie moléculaire de D2h à D4h a conduit à un changement du nombre de bandes Q de quatre à deux dans le complexe métallique, ce qui a confirmé la formation de ZnTPP (Fig. 2Bb). Le spectre UV-Vis pour les NP ZnTPP agrégés (NP ZnTPP) est illustré à la Fig. 2 av. J.-C. Les larges bandes sont observées de manière significative. Il semble que l’existence d’une coordination métal-ligand et d’interactions d’empilement π-π implique l’ajustement des agrégations. En outre, dans les spectres d’absorption électronique d’autres composés de nanostructures agrégés, les NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu, les NC ZnTPP/Ag et les NC ZnTPP/Au/Ag/AgCl, la bande Soret à 421,5 nm et deux bandes Q faibles à 557 et 596 nm sont observées (Fig. 2Bd–f) respectivement. Comme le montre la Fig. 2Ca–f, les spectres IR des NC H2TPP, ZnTPP, ZnTPP, ZnTPP/Ag NCs, ZnTPP/Ag/AgCl/Cu NCs, ZnTPP/Au/Ag/AgCl NCs, et ont été démontrés respectivement. En outre, on sait que les nanoparticules Ag et Au ont les pics d’absorption dans la région de Soret (environ 420 nm) et Q (500-650 nm) des composés métalloporphyrines respectivement37,38,39. Par conséquent, la possibilité du chevauchement de l’absorption des nanoparticules d’argent avec le pic de Soret semble logique dans les NC ZnTPP/Ag, ZnTPP/Ag/AgCl/Cu NCs, ZnTPP/Au/Ag/AgCl NCs.

Les signaux observés à 2850 et 2921 cm−1 dans les spectres infrarouges des NP H2TPP, ZnTPP et ZnTPP, et tous les composés porphyriniques, assignés au mode d’étirement vibrationnel de C-H aliphatique, et les signaux à 1265 et 1000–1350 cm−1 indiquaient le mode vibrationnel de C–N. La présence des signaux à 3317 et 966 cm−1 est attribuée respectivement à la vibration d’étirement et de flexion de N–H dans le cycle pyrrole. De plus, la non-apparition de ces deux signaux dans les spectres de ZnTPP indique la coordination du zinc dans le complexe. La non-apparition de ces deux signaux dans les spectres de ZnTPP indique la coordination du zinc dans le complexe. De plus, en ce qui concerne le spectre de H2TPP, le signal à 1606 cm−1, qui est attribué à la vibration d’étirement C=N du pyrrole, se divise en deux pics vers 1595 et 1652 cm−1 indiquant la présence de la bande de coordination Zn–N dans les spectres des NP ZnTPP préparés qui se sont déplacés vers la formation de nanocomposites 1630 et 175024, 40,41,42.

Les images FE-SEM des NP ZnTPP synthétisés ont été démontrées dans la figure supplémentaire. S1 qui confirme la morphologie octaédrique des NP ZnTPP. La figure 3a–c montre les images FE-SEM des NC ZnTPP/Ag. L’existence de la forme sphérique des nanoparticules Ag a été illustrée. La spectroscopie générale et ponctuelle des rayons X à dispersion d’énergie (EDS) a été réalisée (Fig.3d–f). De plus, dans la Fig. 4a–f l’analyse de la cartographie élémentaire des NC ZnTPP/Ag préparés indique la présence de NP Ag avec une distribution spécifiée. Les images FE-SEM et l’analyse EDS des NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu synthétisés ont été montrées à la Fig. 5a–c et Fig. 5d–f respectivement. Dans l’étude morphologique des nanostructures, on voit des particules cubiques attribuées aux composés Cu en correspondance avec l’analyse de cartographie élémentaire des NC ZnTPP / Ag / AgCl / Cu préparés (Fig. 6a-g). De plus, d’autres nanoparticules obtenues dans le district Ag sont attribuées à l’existence de nanoparticules Ag et AgCl conclues par rapport aux résultats de l’analyse EDS et XRD. Dans les images FE-SEM des NC ZnTPP/Au/Ag/AgCl, la présence de nanoparticules Au est visible (Fig. 7a–c). L’analyse EDS générale et ponctuelle obtenue confirme les districts particuliers qui contiennent des nanoparticules AgCl et Au individuellement (Fig. 7d–f). La distribution spécifique des nanoparticules a été spécifiée dans l’analyse de cartographie élémentaire des NC ZnTPP/Au/Ag/AgCl préparés (Fig. 8a–h).

L’image FE-SEM des NC ZnTPP/Ag (a–c) et les spectres EDS généraux et ponctuels de ZnTPP/Ag NC (d–f).

Spectres de cartographie élémentaire des NC ZnTPP/Ag (a–f).

L’image FE-SEM des NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu (a–c) et les spectres EDS généraux et ponctuels de ZnTPP/Ag/AgCl/Cu NC (d–f).

Spectres de cartographie élémentaire des NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu (a–g).

L’image FE-SEM des NC ZnTPP/Au/Ag/AgCl (a–c) et les spectres EDS généraux et ponctuels des NC ZnTPP/Au/Ag/AgCl (d–f).

Spectres de cartographie élémentaire et de Nc ZnTPP/Au/Ag/AgCl (a–h).

La collecte d’images de microscopie électronique à transmission (MET) de ZnTPP/Ag/AgCl/Cu NCs, le nanocomposite synthétisé présentant les meilleures performances antibactériennes, a permis d’étudier la taille et la morphologie des particules de ce nanocomposite. Les nanoparticules d’environ 5 à 10 nm sont observées interconnectées avec la structure nanocomposite (Fig. 9a–f). L’évaluation des résultats de l’analyse avec les images FE-SEM et TEM obtenues confirme la formation des nanocomposites multicomposants obtenus.

Images TEM de NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu à l’échelle de 500 nm (a), 200 nm (b, c), 150 nm (d), 100 nm (e) et 50 nm (f).

Les échantillons et la verrerie ont été stérilisés dans un autoclave à 121 °C pendant 15 minutes avant chaque test microbiologique. Le pH moyen a été maintenu à environ 7,4, ce qui correspond au pH physiologique. L’expérience bactéricide comprenait des microorganismes à Gram négatif et à Gram positif tels que S. aureus (ATCC 25923) et E. coli (ATCC 25922). Pour les tests de comptage des colonies, le MBC et la méthode de la zone d’inhibition, des plaques contenant de la gélose Mueller-Hinton ont été utilisées comme milieu de croissance des micro-organismes, de plus, le milieu de bouillon nutritif a été utilisé pour le MIC, ainsi que la turbidité de 0,5McFarland comme norme pour le test antibactérien. Il a été proposé que les espèces réactives intracellulaires de l’oxygène (ROS) jouent un rôle essentiel dans le mécanisme antimicrobien. À cet égard, l’effet des traitements de NC ZnTPP/Ag/AgCl synthétisés sur les ROS intracellulaires pour S. aureus (ATCC 25923) et E. coli (ATCC 25922) a également été étudié par cytométrie en flux dans l’obscurité et la lumière.

Pour étudier l’activité antibactérienne, l’approche la plus pratique de la méthode de diffusion par puits de gélose a été utilisée. Par conséquent, la diffusion par puits de gélose peut être utilisée pour tester la sensibilité microbienne à ces concentrations de 1 mL (10 mg) de nanocomposites en présence de ces deux bactéries pathogènes à 37 °C pendant 24 h, la gélose Muller-Hinton a été utilisée comme milieu de base ainsi que comme milieu de croissance solide pour les microorganismes. Tout d’abord, 0,5 suspension de turbidité McFarland de ces deux bactéries a été générée. Environ 20 ccs du milieu sont mis de manière aseptique dans des boîtes de Petri désinfectées après refroidissement.À l’aide d’un bâton de hockey en verre stérile, la culture (la concentration cellulaire a été ajustée à 107 cellules/mL) a été dispersée sur la surface des plaques de gélose solidifiée. En conséquence (Fig. S2). Les ZOI (zones d’inhibition) entourant les échantillons testés en cercle évaluent leur efficacité antibactérienne contre deux agents pathogènes importants, E. coli et S. aureus. Les zones d’inhibition du diamètre obtenues sont représentées dans le tableau supplémentaire S1. Les résultats des zones d’inhibition du diamètre pour E. coli et S. aureus dans des conditions sombres et lumineuses ont été représentés dans des histogrammes de la Fig. 10.

Diagrammes représentant les quantités de la zone d’inhibition du diamètre pour S. aureus et E. coli, en présence de A (NC ZnTPP/Ag), B (NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu) et G (NC ZnTPP/Au/Ag/AgCl), en lumière sombre et LED après 24 h.

Dans cette étude, Pour la première fois, nous avons sélectionné deux microplaques à 96 puits pour l’étude de la CMI et du MBC avec LED claire et foncée sur deux types de bactéries pathogènes E. coli et S. aureus, en présence de NC ZnTPP/Ag (A), ZnTPP/Ag/AgCl/Cu NCs (B) et ZnTPP/Au/Ag/AgCl NCs (G), avec la méthode de dilution en série, considérant que le premier puits avait la concentration la plus élevée de 5000 ppm (μg/mL) et Enfin, nous avons trié le dernier puits avec la concentration la plus faible de 9,7 ppm (μg/mL) nanocomposite et finalement ajouté (1 × 105 UFC/mL) bactéries à chaque puits dans le milieu de culture du bouillon Muller Hinton (MHB) dans les deux microplaques à 96 puits. Un puits n’avait toujours que le milieu de culture contenant des bactéries à contrôler. Ensuite, une microplaque de 96 puits a été placée en lumière LED pendant 2 h et une autre microplaque a été placée dans l’obscurité pendant 2 h, puis la microplaque a été incubée pendant environ 18 h à 37 °C, puis à partir de 6 maisons qui avaient une culture de bouillon clair dans l’ordre. Détermination de la concentration de nanocomposites ou d’autres termes MIC et MBC ont été versés sur une plaque contenant de la gélose Caséine-peptone de soja (gélose CASO) et après 24 h à Incubateur à 37 °C (Fig. 11a,b, Fig. S3, S4) respectivement.

a) Photographies des microplaques de CMI à 96 puits et b) des plaques MBC pour E. coli et S. aureus en présence de nanocomposites exposés à des DEL.

Les résultats des tests de CMI dans des conditions sombres et lumineuses pour E. coli et S. aureus ont été évalués dans les tableaux supplémentaires S2 et S3 respectivement. Une microplaque de puits dans laquelle les bactéries ne se sont pas développées comme le signifie le MBC et la plus faible concentration bactéricide de bactéries nanocomposites a été sélectionnée et la maison de microplaque avant MBC a été sélectionnée comme la concentration inhibitrice bactéricide la plus élevée MIC. Figure 11b, Fig. supplémentaire S4 et les tableaux supplémentaires S4 et S5 représentent respectivement les plaques MBC et leurs valeurs de résultat. Enfin, les nanocomposites ZnTPP/Ag/AgCl/Cu NCs (B) avaient la puissance antibactérienne la plus élevée par rapport aux nanocomposites ZnTPP/Ag NCs (A) et ZnTPP/Au/Ag/AgCl NCs (G). Les deux bactéries pathogènes ont été signalées comme gram-positives et gram-négatives. Les échantillons A et B ont été observés dans l’exposition à la lumière LED avec plus de propriétés antibactériennes que dans l’état sombre et des nanocomposites G à l’état sombre avec plus de pouvoir antibactérien que l’irritation à la lumière LED. La figure 12 montre les résultats des valeurs de CMI et de CMB obtenues pour S. aureus (ATCC 25923) et E. coli (ATCC 25922) dans l’obscurité et après 2 h d’exposition à la lumière DEL.

Histogrammes représentant les valeurs MIC et MBC des nanocomposites (A, B et G) pour S. aureus (ATCC 25923) et E. coli (ATCC 25922) dans l’obscurité et après 2 h d’exposition à la lumière LED.

L’ajustement a été apporté à une turbidité standard McFarland diluée de 0,5 de Staphylococcus aureus et d’Escherichia coli. Pour la procédure de comptage des colonies, 0,1 mL de DMSO a été ajouté au milieu de culture du bouillon Mueller Hinton. La solution d’opacité acquise a ensuite été divisée en deux portions pour chaque bactérie et placée dans deux fioles différentes. Un nanocomposite (0,01 g) a été ajouté à l’une des solutions sous éclairage LED et le ballon restant a dans l’obscurité. Ensuite, les résultats obtenus pour S. aureus et E. coli dans des conditions sombres et lumineuses ont été entièrement évalués dans les tableaux supplémentaires S6, S7, S8 et S9 respectivement. Les photographies de l’UFC d’E. coli et de S. aureus en présence et en l’absence de nanocomposites à LED claires et sombres après 10, 30 et 120 minutes sont présentées dans les figures supplémentaires. S5 et S6 respectivement. D’après les résultats obtenus à partir des essais de comptage viables en présence de nanocomposites A, B et G et les très bonnes performances des nanocomposites A et B en mode LED exposés à des lampes LED qu’en mode sombre sur la bactérie E. coli et S. aureus, parfois 10 min, 30 min et 2 h peuvent être mentionnés selon les histogrammes qui ont été représentés sur la Fig. 13.

Diagrammes représentant les résultats des tests de comptage viable pour S. aureus (ATCC 25923) et E. coli (ATCC 25922) dans l’obscurité et sous lumière LED après 10, 30 et 120 minutes.

Le nanocomposite G aurait un antibactérien légèrement meilleur dans l’obscurité que dans la lumière, tandis que les performances du nanocomposite B étaient phénoménales. La méthode des colonies a également révélé l’existence de bactéries E. coli inactivées (tuées) (ATCC 25922) et de S. aureus (ATCC 25923) en présence de ces nanocomposites. Enfin, ils se sont révélés efficaces contre deux souches bactériennes nocives. Les pourcentages de réduction pour S. aureus et E. coli exprimaient l’activité antibactérienne de chaque nanocomposite dans l’obscurité et sous lumière LED (Fig. 14).

Diagrammes représentant le pourcentage de réduction de S. aureus et E. coli dans l’obscurité et sous lumière LED en 10,30 et 120 min.

La détection des ROS intracellulaires a été effectuée par l’indicateur général de stress oxydatif CM-H2DCFDA. DCFDA (10 mL; Sigma, Life Technologies C6827) a été aggravé aux cellules et incubé à 37 °C pendant 25 min. La sonde fluorescente DCFDA réagit avec H2O2 intracellulaire pour procréer une émission de fluorescence qui peut être indiquée par cytométrie de flux. La mensuration de la production intracellulaire de H2O2 dans le SACS, avant et depuis la culture, a été effectuée par cytométrie en flux à l’aide de DCFDA. Les cellules ont été lavées deux fois avec du PBS, puis centrifugées à 2500g pendant 5 min. L’émission de fluorescence verte a été mesurée entre 500 et 530 nm à l’aide d’une machine de cytométrie en flux.

L’évaluation ROS par cytométrie en flux a également été effectuée sous l’obscurité et la lumière LED. Les rôles multiples des ROS dans la réplication bactérienne en agents antibactériens ont été confirmés par des preuves43. Ici, les résultats des mesures des ROS intracellulaires produits chez E. coli et S. aureus, après traitement avec ZnTPP/Ag/AgCl/Cu NCs ont été représentés dans les Figs. 15 et 16 respectivement. Considérant que la quantité plus élevée de fluorescence indique un niveau plus élevé de production de ROS. Dans l’histogramme obtenu à partir de l’analyse de cytométrie de flux, plus le côté droit reste, démontre l’augmentation du ROS. La valeur MIF rapportée représente l’intensité de la couleur dans chaque échantillon. Pour les bactéries E. coli, les ROS ont augmenté après le traitement avec des NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu dans des conditions sombres et claires, tandis qu’une augmentation plus importante s’est produite sous la lumière. Pour la bactérie S. aureus, après traitement, l’augmentation de la production de ROS a été obtenue dans l’obscurité et la lumière. Bien que l’amélioration de la sous-lumière ait été plus que la condition sombre pour la bactérie S. aureus, cependant, l’augmentation excédentaire des ROS pour la bactérie E. Coli a été observée sous la lumière.

Histogrammes pour la production ROS d’E. coli démontrant une fluorescence accrue après traitement avec des NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu sous la lumière et l’obscurité.

Histogrammes pour la production de ROS de S. aureus démontrant une fluorescence accrue après traitement avec des NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu sous la lumière et l’obscurité.

La cytométrie en flux a été utilisée pour étudier le mécanisme de l’activité antibactérienne du nanocomposite sur les bactéries E. coli et S. aureus. On pense que les ROS jouent un rôle clé dans les propriétés antibactériennes des nanomatériaux, car ils peuvent endommager directement la membrane cellulaire, les phospholipides et / ou les protéines membranaires. Parmi les ROS biologiquement pertinents, le superoxyde (O2.−) provient de processus de transfert d’électrons43. Les nanomatériaux capables de produire des espèces réactives de l’oxygène (ROS) pourraient être un outil utile dans la lutte contre les bactéries44,45. La PDT repose sur la production de 1O2 comme ROS cytotoxique prédominant pour ses effets mortels. Il réagit avec plus d’une cible dans une cellule, y compris les bases de l’ADN, les protéines et le cholestérol présents dans les membranes cellulaires. La porphyrine, en tant que photosensibilisant, pourrait amener les oxygènes environnants à produire des espèces réactives de l’oxygène (ROS) lorsqu’elles sont exposées à un large spectre de lumière46,47. Les NP Ag et AgCl ont des synergies antibactériennes dans la production de ROS48,49. De plus, en raison de l’écart visible des nanocomposites à base de porphyrine, ce sont des composés favorables pour produire du superoxyde sous une lumière LED. Selon l’article rapporté, le nanocomposite synthétisé a des activités antibactériennes sur E. coli et S. aureus, et la présence de nanocomposite et en présence de lumière a été liée à la production d’espèces réactives de l’oxygène (ROS). Les bactéries ont été endommagées à la suite de la génération de ROS endommageant les membranes (Fig. 17).

Mécanisme antibactérien proposé des NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu.

Un test MTT a été effectué pour mesurer la toxicité des NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu sur les cellules de fibroblastes du prépuce humain HFF-1. 1 × 104 cellules ont été ensemencées dans chaque puits d’une plaque de 96 puits pendant 24 h. Différentes concentrations (0,0,390625, 0,78125, 1,5625, 3,125, 12,5, 25, 50, 100 μg/mL) de NNC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu ont été ajoutées à la plaque (huit répétitions). L’incubation de la plaque pendant 48 h a été faite. Ensuite, 100 μL de solution de MTT (à une concentration finale de 0,05 mg/puits) ont été ajoutés. Par la suite, 100 μL/puits de diméthylsulfoxyde (DMSO) ont été utilisés pour solubiliser les cristaux de formazan formés dans les cellules. L’absorption a été lue à 570 nm à l’aide d’un lecteur de microplaques. L’inhibition des cellules HFF-1 après 24 heures d’incubation avec les concentrations de NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu dépendait des doses. La concentration inhibitrice demi-maximale (CI50) des NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu était de 13,1 μg/mL pour les cellules HFF en 24 h (Fig. 18). Étant donné que la valeur obtenue de CI50 pour les NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu par rapport à la CMI obtenue (9,7 μg/mL) est supérieure, il semble que ce nanocomposite puisse être utilisé dans certains traitements tracibles.

La viabilité des cellules HFF-1, 24 h après le traitement par ZnTPP/Ag/AgCl/Cu NCs.

En résumé, de nouveaux nanocomposites ont été synthétisés à l’aide d’une méthode efficace et verte appliquée pour développer et construire un ZnTPP modifié utile, nouveau et hétérogène avec des nanostructures Ag Cu et Au dans un court laps de temps. La structure nanocomposite, la morphologie et les capacités antibactériennes ont toutes été évaluées à l’aide de diverses méthodes analytiques. Les images Fe-SEM ont confirmé la structure octaédrique, ainsi que la grande dispersion des NP Au, Cu et Ag sur la surface des NP ZnTPP. Ces nanocomposites présentaient également des caractéristiques antibactériennes exceptionnelles en présence de lumière. Diffusions de disques d’agar, MBC. MIC, l’expérience de comptage des colonies et l’analyse de cytométrie en flux ROS ont été utilisés pour examiner la propriété antibactérienne de ces nanocomposites contre E. coli et S. aureus. Tous les tests antibactériens et l’évaluation intracellulaire ROS ont également été examinés dans l’obscurité et sous lumière LED. Le nanocomposite ZnTPP/Ag/AgCl/Cu NCs a donné de meilleurs résultats en présence de lumière avec une valeur de CMI inférieure à 9,5 μg/mL, tandis que l’efficacité de ZnTPP/Au/Ag/AgCl NCs de ce nanocomposite était meilleure dans l’obscurité. La cytotoxicité des NC ZnTPP/Ag/AgCl/Cu contre les cellules HFF-1 a été étudiée. Selon les résultats, ces nanocomposites pourraient être utilisés avec une efficacité presque constante dans la purification de l’eau et les applications industrielles. En outre, il a le potentiel d’être utilisé en biotechnologie et en thérapeutique. L’utilisation de tels nanocomposites dans des applications curatives in vivo telles que la thérapie photodynamique est donc une approche prometteuse.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié.

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Groupe inorganique, Département de chimie, Université iranienne des sciences et technologies (IUST), Téhéran, 16846-13114, Iran

Sajedeh Tehrani Nejad, Rahmatollah Rahimi & Mahboubeh Rabbani

Organic and Nano Group (ONG), Département de chimie, Iran University of Science and Technology (IUST), PO Box 16846-13114, Téhéran, Iran

Sadegh Rostamnia

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S.T a écrit le texte manuscrit principal et effectué les tests expérimentaux. M.R a recueilli des données et a examiné le manuscrit. R.R et S.R sont superviseurs et ont révisé le manuscrit.

Correspondance avec Rahmatollah Rahimi ou Sadegh Rostamnia.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Nejad, S.T., Rahimi, R., Rabbani, M. et coll. Photosynthèse facile de nouveaux nanocomposites dérivés de porphyrines contenant Ag, Ag/Au et Ag/Cu pour l’étude photobactéricide. Sci Rep 13, 8580 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34745-0

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Reçu: 08 décembre 2022

Acceptée: 06 mai 2023

Publication : 26 mai 2023

DEUX : https://doi.org/10.1038/s41598-023-34745-0

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