光照射を利用した抗菌性酸化マグネシウムナノ粒子の生合成を行った

Photo-irradiation coupled biosynthesis of magnesium oxide nanoparticles for antibacterial application.

• Yiyee Mable Siaw
• Jaison Jeevanandam
• Yiik Siang Hii
• Yen San Chan

抄録

近年、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）ナノ粒子は、活性酸素（ＲＯＳ）を発生させて細菌の増殖を抑制する優れた抗菌剤であることが証明されている。ナノ粒子による活性酸素の放出は、細菌の細胞膜を傷つけ、細菌の内部成分の流出や細胞死につながる。しかし、化学的に合成されたMgOナノ粒子は、細菌細胞とともに健康なヒト細胞を阻害する有毒な官能基を有する可能性がある。そこで、本研究の目的は、アマランサス三色葉の葉抽出物を触媒として可視光を照射することで、化学物質を添加することなく、MgO ナノ粒子を合成することである。最 小のナノ粒子を合成するために必要な最適条件を得るために Box-Behnken Design（BBD）を用いて最適化を行った。反応時間,前駆体濃度,光強度などのパラメータが生合成ナノ粒子の大きさに影響を与えることを確認し、最適化を行った。前駆体である酢酸マグネシウム濃度 0.001M、光の距離（強度）5cm、反応時間（光照射）15分という最適化された条件で実験を行った結果、74.6nmサイズのMgOナノ粒子が形成された。光照射により形成されたMgOナノ粒子と従来の生合成法を用いて形成されたMgOナノ粒子の抗菌活性を調べ、比較した。その結果、光照射したMgOナノ粒子の大腸菌の致死量は0.6ml、従来の生合成法のMgOナノ粒子の致死量は0.4mlであった。同様に、S. aureusの致死量は、いずれの生合成法でも0.4mlであった。その結果、両生合成法のMgOナノ粒子の抗菌活性は同等であることが明らかになった。このように、光照射したMgOナノ粒子は、合成時間が短くて済むため、従来の熱を媒介とした生合成法に比べて有効であることが明らかになった。

In recent times, magnesium oxide (MgO) nanoparticles are proven to be an excellent antibacterial agent which inhibits the growth of bacteria by generating reactive oxygen species (ROS). Release of ROS by nanoparticles will damage the cell membrane of bacteria and leads to the leakage of bacterial internal components and cell death. However, chemically synthesized MgO nanoparticles may possess toxic functional groups which may inhibit healthy human cells along with bacterial cells. Thus, the aim of the present study is to synthesize MgO nanoparticles using leaf extracts of Amaranthus tricolor and photo-irradiation of visible light as a catalyst, without addition of any chemicals. Optimization was performed using Box-Behnken design (BBD) to obtain the optimum condition required to synthesize smallest nanoparticles. The parameters such as time of reaction, the concentration of precursor, and light intensity have been identified to affect the size of biosynthesized nanoparticles and was optimized. The experiment performed with optimized conditions such as 0.001 M concentration of magnesium acetate as precursor, 5 cm distance of light (intensity), and 15 min of reaction time (light exposure) has led to the formation of 74.6 nm sized MgO nanoparticles. The antibacterial activities of MgO nanoparticles formed via photo-irradiation and conventional biosynthesis approach were investigated and compared. The lethal dosage of E. coli for photo-irradiated and conventional biosynthesis MgO nanoparticles was 0.6 ml and 0.4 ml, respectively. Likewise, the lethal dosage of S. aureus for both biosynthesis approaches was found to be 0.4 ml. The results revealed that the antibacterial activity of MgO nanoparticles from both biosynthesis approaches was similar. Thus, photo-irradiated MgO nanoparticles were beneficial over heat-mediated conventional method due to the reduced synthesis duration.