بررسی خاصیت آنتی باکتریال مواد پایه سیمانی حاوی نانوذرات اکسیدروی بر روی باکتری‌های باسیلوس سرئوس و سودوموناس آئروژینوزا

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد سازه، دانشکده عمران و نقشه‌برداری، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

2 استادیار، دکترای سازه، دانشکده عمران و نقشه‌برداری، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

3 استادیار، دکترای میکروبیولوژی، گروه بیوتکنولوژی، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

چکیده

رشد سریع باکتری‌های پاتوژن در سیستم‌های آبی منجر به بروز مشکلاتی پیچیده و جدی می‌شود که رفع آنها نیاز به صرف وقت و هزینه زیادی دارد. اکسید نانوذرات روی، فعالیت آنتی باکتریال قابل ‌توجهی دارند و می‌توان از این پتانسیل بالقوه برای حذف باکتری‌های پاتوژن استفاده کرد. در این پژوهش از نانوذرات اکسید روی در فرمولاسیون سیمان استفاده شد و سپس فعالیت فوتوکاتالیستی آنها به‌منظور جلوگیری از رشد باکتری‌های سودوموناس آئروژینوزا و باسیلوس سرئوس مورد بررسی قرار گرفت. براساس نتایج به‌دست آمده،نانوذرات اکسید روی با اندازه کمتر از 20 نانومتر در ماتریس سیمان به‌خوبی قرار گرفت و اثر مهاری قابل‌توجهی بر روی رشد دو باکتری مورد بررسی داشت. نتایج همچنین نشان داد که رشد باکتری گرم منفی سودوموناس آئروژینوزا بیشتر از باکتری گرم مثبت باسیلوس سرئوس مهار شده بود. همچنین محصورشدگی نانوذرات اکسید روی توسط ماتریس مواد پایه سیمانی، به‌میزان کمی سبب کاهش فعالیت فوتوکاتالیستی آنها شده بود. با توجه به تهیه فرمولاسیون ضد باکتری ماتریس سیمان حاوی نانوذرات اکسید روی، می‌توان از این سطوح سیمانی بهبودیافته با نانوذرات، در گستره وسیعی از محیط‌های آبی به‌منظور مهار رشد باکتری‌های پاتوژن استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of the Antibactrial Effect of Cement Matrix Containing Zinc Oxide Nanoparticles on Bacillus cereus and Pseudomonas aeruginosa

نویسندگان [English]

  • Amir Khaghani Boroujeni 1
  • Hesam Madani 2
  • Shahriyar Shakeri 3
1 MSc, Department of Civil Engineering, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
2 Assist. Prof., Department of Civil Engineering, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
3 Assist. Prof., PhD of Microbiology, Department of Biotechnology, Institute of Science and High Technology and Environmental Sciences, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
چکیده [English]

Some of the nanoparticles such as zinc oxide have a significant antibacterial activity that can be used in removal of pathogenic organisms in certain water resources application. This study was specifically undertaken to investigate the use of cement matrix modified with Zinc oxide nanoparticles to prevent the growth of Pseudomonas aeruginosa and Bacillus cereus. The results showed that ZnO nanoparticles with the size lower than 20 nm were dispersed well in the cement matrix. Results also showed that inhibitory effect against gram-negative bacterium of Pseudomonas aeruginosa was higher than gram-positive bacterium of Bacillus cereus. Also, confinement of ZnO nanoparticles by cement materials reduced the photocatalytic activity slightly. Based on the preparation of antibacterial formulation of cement matrix containing ZnO nanoparticles, concrete surfaces with ZnO nanoparticles can be used in a wide range of aquatic environments for prevention of pathogenic bacterial growth.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pathogenic bacteria
  • Zinc Oxide (ZnO) Nanoparticles
  • Cement Matrix
  • Antibacterial Activity
  • Pseudomonas aeruginosa
  • Bacillus cereus
 Bagheri, A., Parhizkar, T., Madani, H. & Raisghasemi, A. M., 2013, "The influence of different preparation methods on the aggregation status of pyrogenic nanosilicas used in concrete", Materials and Structures, 46 (1-2), 135-143.

Bolashikov, Z. D. & Melikov, A. K., 2009, "Methods for air cleaning and protection of building occupants from airborne pathogens", Building and Environment, 44(7), 1378-1385.

Chugani, S. & Greenberg, E. P., 2007, "The influence of human respiratory epithelia on Pseudomonas aeruginosa gene expression", Microbial Pathogenesis 42(1), 29-35.

Costerton, J. W. & Anwar, H., 1994, "Pseudomonas aeruginosa: The microbe and pathogen", Infectious Disease and Therapy Series 12,1.

Dunlop, P. S. M., Byrne, J. A., Manga, N. & Eggins, B. R., 2002. "The photocatalytic removal of bacterial pollutants from drinking water", Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 148(1), 355-363.

Dutta, D., 2016, "Optimization of process parameters and its effect on particle size and morphology of ZnO nanoparticle synthesized by sol–gel method", Journal of Sol-Gel Science and Technology, 77(1), 48-56.

Eriksen, H. M., Iversen, B. G. & Aavitsland, P., 2005, "Prevalence of nosocomial infections in hospitals in Norway, 2002 and 2003", Journal of Hospital Infection, 60(1), 40-45.

Hameed, A.S.H., Karthikeyan, C., Ahamed, A.P., Thajuddin, N., Alharbi, N.S., Alharbi, S.A. & Ravi, G., 2016, "In vitro antibacterial activity of ZnO and Nd doped ZnO nanoparticles against ESBL producing Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae", Scientific Reports , 6, Article No. 24312.

He, L., Yang, L., Mustapha, A. & Mengshi Lin, M., 2011. "Antifungal activity of zinc oxide nanoparticles against Botrytis cinerea and Penicillium expansum", Microbiological Research, 166(3), 207-215.

Heinlaan, M., Ivask, A., Irina Dubourguier, H. C. & Kahru. A., 2008, "Toxicity of nanosized and bulk ZnO, CuO and TiO2 to bacteria Vibrio fischeri and crustaceans Daphnia magna and Thamnocephalus platyurus", Chemosphere, 71(7), 1308-1316.

Hüsken, G., Hunger, M. & Brouwers, H. J. H., 2009, "Experimental study of photocatalytic concrete products for air purification", Building and Environment 44(12), 2463-2474.

Khodja, A. A., Sehili, T., Pilichowski, J. F. & Boule. P., 2001, "Photocatalytic degradation of 2-phenylphenol on TiO2 and ZnO in aqueous suspensions", Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 141(2), 231-239.

Li, B., Liu, T., Wang, Y. & Wang, Z., 2012, "ZnO/graphene-oxide nanocomposite with remarkably enhanced visible-light-driven photocatalytic performance", Journal of Colloid and Interface Science, 377(1), 114-121.

Lizama, C., Freer, J., Baeza, J. & Mansilla, H. D., 2002, "Optimized photodegradation of reactive blue 19 on TiO2 and ZnO suspensions", Catalysis Today, 76(2), 235-246.

Madigan, M. T., Martinko, J. M. & Jack Parker, J., 1997, Brock biology of microorganisms, Prentice Hall Upper Saddle River, NJ.

Malato, S., Fernández-Ibáñez, P. Maldonado, M. I. Blanco, J. & Gernjak, W., 2009, "Decontamination and disinfection of water by solar photocatalysis: Recent overview and trends", Catalysis Today 147(1), 1-59.

Padervand, M., 2016a, "Facile synthesis of the novel Ag [1-butyl 3-methyl imidazolium] Br nanospheres for efficient photodisinfection of wastewaters", Chemical Engineering Communications, 203(11), 1532-1537.

Padervand, M., 2016b, "Ionic liquid mediated synthesis of AgBr–Ag3PO4 nanostructures as highly efficient visible-light photocatalysts", Materials Research Innovation , 21(5), 279-285.

Sauter, C., Emin, M. A., Schuchmann, H. P. & Tavman, S., 2008, "Influence of hydrostatic pressure and sound amplitude on the ultrasound induced dispersion and de-agglomeration of nanoparticles", Ultrasonics Sonochemistry, 15(4), 517-523.

Sehmi, S.K., Noimark, S., Pike, S.D., Bear, J.C., Peveler, W.J., Williams, C.K., et al. 2016, "Enhancing the antibacterial activity of light-activated surfaces containing crystal violet and ZnO nanoparticles: Investigation of nanoparticle size, capping ligand, and dopants", ACS Omega, 1(3), 334-343.

Soltz, R., Soltz, B.A. & Behrens, A., 2008, Wearable photoactivator for ocular therapeutic applications and uses thereof, U.S. Patent Application 12/236,986, The Johns Hopkins University, USA.

Sondi, I. & Salopek-Sondi, B., 2004, "Silver nanoparticles as antimicrobial agent: A case study on E. coli as a model for Gram-negative bacteria", Journal of Colloid and Interface Science, 275(1), 177-182.

Tawale, J. S., Dey, K. K., Pasricha, R., Sood, K. N. & Srivastava, A. K., 2010, "Synthesis and characterization of ZnO tetrapods for optical and antibacterial applications", Thin Solid Films, 519(3), 1244-1247.

Yousefi, A., Hejazi, P. & Allahverdi, A., 2015, "Toxicity of the cementitious coatings containing nano-TiO2 Towards Thiobacillus Thioparus Bacterium", Institute for Color Science and Technology, 9(2), 101-111.

Zhang, L., Jiang, Y., Ding, Y., Daskalakis, N., Jeuken, L., Povey, M., O’Neill, A.J. & York, D.W., 2010, "Mechanistic investigation into antibacterial behaviour of suspensions of ZnO nanoparticles against E. coli", Journal of Nanoparticle Research 12(5),1625-1636.

Zhang, L., Ding, Y., Povey, M. & York, D., 2008, "ZnO nanofluids–A potential antibacterial agent", Progress in Natural Science, 18(8), 939-944.