ХІМІЯ, ФІЗИКА ТА ТЕХНОЛОГІЯ ПОВЕРХНІ

ISSN 2518-1238 (Online), ISSN 2079-1704 (Print)

Метою роботи було синтезувати наночастинки оксиду церію (CeO₂-НЧ) з використанням екстракту з листків Magnolia kobus, визначити склад екстракту та участь його компонентів у синтезі наночастинок, вивчити морфологію та структуру одержаних наночастинок, дослідити їхню антибактеріальну активність. Склад рослинного екстракту та участь його компонентів у «зеленому» синтезі CeO₂-НЧ вивчали за допомогою методів високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ) та мас-спектрометрії з матрично-активованою лазерною/десорбцією іонізацією (МАЛДІ МС). Показано, що екстракт містив фенольні сполуки (похідні простих фенолів, флавонолів, гідроксибензойних і гідроксикоричних кислот, лігнани, кумарини), а також каротиноїди, хлорофіли, терпеноїди та стероли. Для встановлення компонентів екстракту, які беруть участь у синтезі CeO₂-НЧ, досліджували склад рідкої фази реакційної суміші (реакційної рідини) після формування наночастинок. За результатами ВЕРХ та МАЛДІ МС досліджень виявлено значні відмінності у складі рослинного екстракту та реакційної рідини: відбулося зникнення або суттєве зменшення концентрації гідроксибензойних кислот, флавоноїдів і терпеноїдів, меншою мірою змінився вміст лігнанів, спостерігалася поява гідрофільних низькомолекулярних сполук, що, ймовірно, утворилися внаслідок реакцій синтезу та стабілізації НЧ. Синтезовані CeO₂-НЧ було охарактеризовано методами скануючої електронної мікроскопії (СЕМ) та рентгеноструктурного аналізу (РСА). Згідно з даними СЕМ та РСА, CeO₂-НЧ мали кристалічну структуру та сферичну форму; середній розмір кристалітів становив ~ 20 нм, а діаметр первинних частинок склав 50±10 нм. Виявлено, що активними учасниками в «зеленому» синтезі CeO₂-НЧ у присутності екстракту з листків Magnolia kobus є гідроксибензойні кислоти, флавоноїди і терпеноїди, тоді як лігнани (фаргесин/кобусин та еудесмін) відіграють меншу роль у відновленні/стабілізації CeO₂-НЧ. Синтезовані частинки мають антибактеріальні властивості і можуть використовуватися при створенні матеріалів медико-біологічного призначення.

1. Khan M., Mashwani Z.-ur-R., Ikram M., Raja N.I., Azza H.M., Ren G., Omar A.A. Efficacy of green cerium oxide nanoparticles for potential therapeutic applications: circumstantial insight on mechanistic aspects. Nanomaterials. 2022. 12(12): 2117. https://doi.org/10.3390/nano12122117

2. Sriramcharan P., Natarajan J., Raman R., Nagaraju G., Justin A., Senthil V. A review on green-synthesis of cerium oxide nanoparticles: focus on central nervous system disorders. Int. J. Appl. Pharm. 2022. 14(4): 94. https://doi.org/10.22159/ijap.2022v14i4.44487

3. Nadeem M., Khan R., Afridi K., Nadhman A., Ullah S., Faisal S., Mabood Z.U., Hano C., Abbasi B.H. Green synthesis of cerium oxide nanoparticles (CeO2 NPs) and their antimicrobial applications: a review. Int. J. Nanomedicine. 2020. 15: 5951. https://doi.org/10.2147/IJN.S255784

4. Ahire S.A., Bachhav A.A., Pawar T.B., Patil A.V., Shendge S.S., Koli P.B. Green synthesis of ceria nanoparticles using azadirachta indica plant extract: characterization, gas sensing and antibacterial studies. Mater. Sci. Res. India. 2021. 18(3): 285. https://doi.org/10.13005/msri/180304

5. Fifere N., Airinei A., Doroftei F., Ardeleanu T.S., Dobromir M., Tîmpu D., Ursu E.-L. Phytomediated-assisted preparation of cerium oxide nanoparticles using plant extracts and assessment of their structural and optical properties. Int. J. Mol. Sci. 2023. 24(10): 8917. https://doi.org/10.3390/ijms24108917

6. Fesenko T.V., Laguta I.V., Stavynska O.M., Oranska O.I. Synthesis of cerium oxide nanoparticles using Vitex extract. Him. Fiz. Tehnol. Poverhni. 2020. 11(4): 477. https://doi.org/10.15407/hftp11.04.477

7. Kang J.S., Lee K.H., Han M.H., Lee H., Ahn J.-M., Han S.-B., Han G., Lee K., Park S.-K., Kim H.M. Antiinflammatory activity of methanol extract isolated from stem bark of Magnolia kobus. Phytother Res. 2008. 22(7): 883. https://doi.org/10.1002/ptr.2386

8. Lee H.-J., Song J.Y., Kim B.S. Biological synthesis of copper nanoparticles using Magnolia kobus leaf extract and their antibacterial activity. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2013. 88(11): 1971. https://doi.org/10.1002/jctb.4052

9. Jadoun S., Arif R., Jangid N.K., Meena R.K. Green synthesis of nanoparticles using plant extracts: a review. Environ. Chem. Lett. 2020. 19: 355. https://doi.org/10.1007/s10311-020-01074-x

10. Song J.Y., Jang H.-K., Kim B.S. Biological synthesis of gold nanoparticles using Magnolia kobus and Diopyros kaki leaf extracts. Process Biochem. 2009. 44(10): 1133. https://doi.org/10.1016/j.procbio.2009.06.005

11. Charbgoo F., Ahmad M.B., Darroudi M. Cerium oxide nanoparticles: green synthesis and biological applications. Int. J. Nanomedicine. 2017. 12: 1401. https://doi.org/10.2147/IJN.S124855

12. mMass - Open Source Mass Spectrometry Tool, http://www.mmass.org (accessed 16 October 2021).

13. Metabolomics.JP. http://metabolomics.jp/wiki/Main_Page (accessed 10 January 2023).

14. Carotenoids Database. http://carotenoiddb.jp/ (accessed 10 January 2023).

15. Phenol-Explorer: Database on Polyphenol Content in Foods. http://phenol-explorer.eu/ (accessed 10 January 2023).

16. Hillenkamp F., Peter-Katalinic J. MALDI MS. A practical guide to instrumentation, methods and applications. (Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA., 2007). https://doi.org/10.1002/9783527610464

17. Suzuki T., Midonoya H., Shioi Y. Analysis of chlorophylls and their derivatives by matrix-assisted laser desorption/ionization-time-of-flight mass spectrometry. Anal. Biochem. 2009. 390(1): 57. https://doi.org/10.1016/j.ab.2009.04.005

18. Shen C.-C., Ni C.-L., Shen Y.-C., Huang Y.-L., Kuo C.-H., Wu T.-S., Chen C.-C. Phenolic constituents from the stem bark of Magnolia officinalis. J. Nat. Prod. 2009. 72(1): 168. https://doi.org/10.1021/np800494e

19. Zhao H., Yan Y., Wang C.-C., Zou L.-S., Liu X.-H., Chen S., Shi J.-J. Comparison of chemical constituents in Magnoliae officinalis cortex processed by "sweating" and "non sweating" based on Ultra Fast Liquid Chromatography-Triple Quadrupole-Time of Flight Mass Spectrometry and Gas Chromatography-Triple Quadrupole Mass Spectrometry combined with multivariate statistical analysis. Nat. Prod. Commun. 2018. 13(8): 987. https://doi.org/10.1177/1934578X1801300816

20. Guo K., Tong C., Fu Q., Xu J., Shi S., Xiao Y. Identification of minor lignans, alkaloids, and phenylpropanoid glycosides in Magnolia officinalis by HPLC-DAD-QTOF-MS/MS. J. Pharm. Biomed. Anal. 2019. 170: 153 https://doi.org/10.1016/j.jpba.2019.03.044

21. Patil S.M., Phanindra B., Shirahatti P.S., Martiz R.M., Sajal H., Babakr A.T., Ramu R. Computational approaches to define poncirin from Magnolia champaka leaves as a novel multi-target inhibitor of SARS-CoV-2. J. Biomol. Struct. Dyn. 2023. 25: 1. https://doi.org/10.1080/07391102.2023.2171137

22. Seo S.-M., Lee H.-J., Lee O.-K., Jo H.-J., Kang H.-Y., Choi D.-H., Paik K.-H., Khan M. Furofuran lignans from the bark of Magnolia kobus. Chem. Nat. Compd. 2008. 44(4): 419. https://doi.org/10.1007/s10600-008-9093-0

23. Oranska O.I, Gornikov Yu.I., Gun'ko V.M., Brichka A.V. On the use of model diffraction profiles in the microstructure analysis is of nanocrystalline metal oxides based on powder x-ray diffraction data. Surface. 2022. 14(29): 148. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/Surface.2022.14.148

24. Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI). Methods for Antimicrobial Susceptibility Testing of Anaerobic bacteria, 9th ed.; CLSI standard M11. (Wayne, PA, USA: Clinical and Laboratory Standards Institute, 2018).

25. Irawan C., Hanafi, Sulistiawaty L., Lestari P.S., Redjeki S.S. Phytochemistry and chemical composition by gcms of n-hexane and methanol extract of Magnolia coco flowers. J. Pharmacogn. Phytochem. 2017. 6(6): 1240.

26. Thakur S., Sidhu M.C. Phytochemical screening of leaves and seeds of Magnolia grandiflora L. Der Pharmacia Lettre. 2013. 5(4): 278.