Наночастицы феррита меди с противообрастающей активностью
https://doi.org/10.17277/jamt-2025-10-03-236-246
Аннотация
В настоящее время ферриты металлов являются многообещающим, но недостаточно исследованным классом узкозонных полупроводников для борьбы с биологическим обрастанием. В работе наночастицы, содержащие феррит меди (CuFe2O4) с массовой долей 55, 85 и 95 %, были получены при помощи электрического взрыва железной и медной проволок в смешанной атмосфере аргона и кислорода. Содержание CuFe2O4 варьировали диаметром проволок. По данным рентгенофазового анализа увеличение содержания железа в скрутке приводило к увеличению массовой доли феррита до 95 %. В частицах также обнаруживались фазы оксидов меди (I, II) и металлическая медь. Данные ЭДС анализа показали, что Cu и Fe распределены в частицах равномерно. В реакции разложения модельного красителя Конго красного установлено, что наночастицы, содержащие 85 масс. % CuFe2O4, обладали наибольшей фотохимической активностью (степень деколоризации 72 %) под действием видимого света. Наночастицы (85 масс. % CuFe2O4) продемонстрировали высокую антибактериальную активность в отношении устойчивого штамма MRSA ATCC 43300 (сокращение количества бактерий на 98,7 %). Кроме того, частицы продемонстрировали активность в отношении биопленок P. aeruginosa, что позволяет рассматривать их в качестве потенциальных противообрастающих агентов для изделий, контактирующих с жидкостями.
Ключевые слова
Об авторах
Е. А. ВорнаковаРоссия
Ворнакова Екатерина Андреевна, младший научный сотрудник
пр. Академический, 2/4, Томск, 634055
В. Р. Чжоу
Россия
Чжоу Валерия Романовна, младший научный сотрудник
пр. Академический, 2/4, Томск, 634055
О. В. Бакина
Россия
Бакина Ольга Владимировна, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник
пр. Академический, 2/4, Томск, 634055
Л. Ю. Иванова
Россия
Иванова Людмила Юрьевна, кандидат технических наук, научный сотрудник
пр. Академический, 2/4, Томск, 634055
А. Э. Яфаева
Россия
Яфаева Анастасия Эдуардовна, аспирант
пр. Академический, 2/4, Томск, 634055
М. И. Лернер
Россия
Лернер Марат Израильевич, доктор технических наук, заведующий лабораторией
пр. Академический, 2/4, Томск, 634055
Список литературы
1. Vuong P, McKinley A, Kaur P. Understanding biofouling and contaminant accretion on submerged marine structures. npj Materials Degradation. 2023;7(1):50. DOI:10.1038/s41529-023-00370-5
2. Qian PY, Cheng A, Wang R, Zhang R. Marine biofilms: diversity, interactions and biofouling. Nature Reviews Microbiology. 2022;20(11):671-684. DOI:10.1038/s41579-022-00744-7
3. He Z, Yang X, Wang N, Mu L, et al. Antibiofouling polymers with special surface wettability for biomedical applications. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2021;9:807357. DOI:10.3389/fbioe.2021.807357
4. Ding T, Xu L, Liu X, Ma L, et al. A Cu2O-based marine antifouling coating with controlled release of copper ion mediated by amphiphilic PLMA-b-PDMAEMA copolymers. Progress in Organic Coatings. 2022;170: 107003. DOI:10.1016/j.porgcoat.2022.107003
5. Li H, Luo S, Zhang L, Zhao Z, et al. Water- and acid-sensitive Cu2O@Cu–MOF nano sustained-release capsules with superior antifouling behaviors. ACS Applied Materials & Interfaces. 2022;14(1):1910-1920. DOI:10.1021/acsami.1c18288
6. Ashraf PM, Lekshmi NM, Chinnadurai S, Anjitha S, et al. Impact assessment of biofouling resistant nano copper oxide–polyaniline coating on aquaculture cage nets. Aquaculture and Fisheries. 2023;8(5):538-543. DOI:10.1016/j.aaf.2022.01.002
7. Wang N, Zhang R, Liu K, Zhang Y, et al. Application of nanomaterials in antifouling: a review. Nano Materials Science. 2024;6(6):672-700. DOI:10.1016/j.nanoms.2024.01.009
8. Mohd Salleh NK, Aziz F, Mohtar SS, Mohammad AM, et al. Strategies to improve the antimicrobial properties of metal-oxide based photocatalytic coating: a review. Progress in Organic Coatings. 2024;187:108183. DOI:10.1016/j.porgcoat.2023.108183
9. Ismael M, Wark M. A simple sol-gel method for the synthesis of Pt co-catalyzed spinel-type CuFe2O4 for hydrogen production; the role of crystallinity and band gap energy. Fuel. 2024;359:130429. DOI:10.1016/j.fuel.2023.130429
10. Udhaya PA, Ahmad A, Meena M, Queen MAJ, et al. Copper ferrite nanoparticles synthesised using a novel green synthesis route: structural development and photocatalytic activity. Journal of Molecular Structure. 2023;1277:134807. DOI:10.1016/j.molstruc.2022.134807
11. Kurian J, Jacob Mathew M. A facile approach to the elucidation of magnetic parameters of CuFe2O4 nanoparticles synthesized by hydrothermal route. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2017;428:204-212. DOI:10.1016/j.jmmm.2016.12.027
12. Hatami K, Baghbantaraghdari Z, Jamaledin D, Dabbagh Moghaddam F, et al. Synthesis characterization antioxidant and antibacterial activities of zinc ferrite and copper ferrite nanoparticles. Materials Chemistry Horizons. 2023;2(1):49-56. DOI:10.22128/mch.2022.613.1030
13. Glazkova EA, Bakina OV, Rodkevich NG, Mosunov AA, et al. Copper ferrite/copper oxides (I, II) nanoparticles synthesized by electric explosion of wires for high performance photocatalytic and antibacterial applications. Materials Science and Engineering: B. 2022;283:115845. DOI:10.1016/j.mseb.2022.115845
14. Shweta GM, Naik LR, Pujar RB, Matad SN, et al. Cobalt, copper and magnesium doped nickel zinc nanoferrites by solution-combustion method: structural, antibacterial and antifungal properties. Journal of Metastable and Nanocrystalline Materials. 2024;39:21-36. DOI:10.4028/p-zan6nS
15. Jaafar RS, Hammood AY. Antibacterial activity and cytotoxicity of spinel copper ferrite nanoparticles synthesized by using sol gel technique and lemon juice as substrate. Pollution. 2024;10(1):63-72. DOI:10.22059/poll.2023.361453.1967
16. Dabagh S, Haris SA, Isfahani BK, Ashammakhi N, et al. Zeolite-copper ferrite nanocomposites with improved antibacterial activity and reusability for biomedical applications. ACS Applied Nano Materials. 2023;6(22): 21412-21423. DOI:10.1021/acsanm.3c05003
17. Makofane A, Motaung DE, Hintsho-Mbita NC. Green synthesis of silver deposited on copper ferrite nanoparticles for the photodegradation of dye and antibiotics. Applied Surface Science Advances. 2024;21:100601. DOI:10.1016/j.apsadv.2024.100601
18. Ivanova LYu, Bakina OV, Glazkova YeA, Svarovskaya NV, et al. Safety assessment of the use of bicomponent copper oxide/copper ferrite nanoparticles as antifouling components. Tekhnologii bezopasnosti zhiznedeyatel′nosti. 2024;7:53-58. DOI:10.17223/29491665/7/7 (In Russ.)
19. Redfern J, Cunliffe AJ, Goeres DM, Azevedo NF, et al. Critical analysis of methods to determine growth, control and analysis of biofilms for potential nonsubmerged antibiofilm surfaces and coatings. Biofilm. 2024;7:100187. DOI:10.1016/j.bioflm.2024.100187
20. Bakina OV, Glazkova EA, Svarovskaya NV, Rodkevich NG, et al. “Janus”-like Cu-Fe bimetallic nanoparticles with high antibacterial activity. Materials Letters. 2019;242:187-190. DOI:10.1016/j.matlet.2019.01.105
21. Bakina O, Pikuschak E, Prokopchuk A, Evplonova E, et al. Enhanced biocidal activity of heterophase zinc oxide/silver nanoparticles contained within painted surfaces. Coatings. 2024;14(2):241. DOI:10.3390/coatings14020241
22. Bakina O, Glazkova E, Pervikov A, Lozhkomoev A, et al. Design and preparation of silver–copper nanoalloys for antibacterial applications. Journal of Cluster Science. 2021;32(3):779-786. DOI:10.1007/s10876-020-01844-1
23. Trofimov YeA, Mikhaylov GG. Thermodynamic analysis of the Si–Fe–O system at temperatures of 1100-1300 °C. Izvestiya Chelyabinskogo nauchnogo tsentra UrO RAN. 2002;1:21-30. (In Russ.)
24. Atacan K. CuFe2O4/reduced graphene oxide nanocomposite decorated with gold nanoparticles as a new electrochemical sensor material for L-cysteine detection. Journal of Alloys and Compounds. 2019;791:391-401. DOI:10.1016/j.jallcom.2019.03.303
25. Bukhtiyarov VI, Kaichev VV, Prosvirin IP. X-ray photoelectron spectroscopy as a tool for in-situ study of the mechanisms of heterogeneous catalytic reactions. Topics in Catalysis. 2005;32(1-2):3-15. DOI:10.1007/s11244-005-9254-3
26. Poulston S, Parlett PM, Stone P, Bowker M. Surface oxidation and reduction of CuO and Cu2O studied using XPS and XAES. Surface and Interface Analysis. 1996;24(12):811-820. DOI:10.1002/(SICI)1096-9918 (199611)24:12<811::AID-SIA191>3.0.CO;2-Z
27. Wollner A, Lange F, Schmelz H, Knozinger H. Characterization of mixed copper-manganese oxides supported on titania catalysts for selective oxidation of ammonia. Applied Catalysis A: General. 1993;94(2):181-203. DOI:10.1016/0926-860X(93)85007-C
28. Qin Q, Liu Y, Li X, Sun T, et al. Enhanced heterogeneous fenton-like degradation of methylene blue by reduced CuFe2O4. RSC Advances. 2018;8(2):1071-1077. DOI:10.1039/C7RA12488K
29. Ranathunga K, Yapa P, Munaweera I, Weerasekera MM, et al. Preparation and characterization of Fe–ZnO cellulose-based nanofiber mats with selfsterilizing photocatalytic activity to enhance antibacterial applications under visible light. RSC Advances. 2024;14(26):18536-18552. DOI:10.1039/D4RA03136A
30. Harja M, Buema G, Bucur D. Recent advances in removal of Congo red dye by adsorption using an industrial waste. Scientific Reports. 2022;12(1):6087. DOI:10.1038/s41598-022-10093-3
31. Sudarsan S, Anandkumar M, Trofimov EA. Synthesis and characterization of copper ferrite nanocomposite from discarded printed circuit boards as an effective photocatalyst for Congo red dye degradation. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2024;131:208-220. DOI:10.1016/j.jiec.2023.10.020
32. Kirankumar VS, Hardik B, Sumathi S. Photocatalytic degradation of Congo red using copper substituted cobalt ferrite. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017;263:022027. DOI:10.1088/1757-899X/263/2/022027
33. Akhter M, Amin MdK, Dhar PK, Dey SK, et al. Fabrication of rare-earth cerium-doped nickel-copper ferrite as a promising photo-catalyst for Congo redcontaining wastewater treatment. RSC Advances. 2024;14(40):29083-29098. DOI:10.1039/D4RA04334K
34. Mosabberul Haque Md, Rahman A, Shafiul Islam Shahin Md, Ahsan Habib Md, et al. Manganese doped copper ferrite nanoparticles: a promising approach for organic dye elimination under light irradiation. Results in Chemistry. 2024;7:101509. DOI:10.1016/j.rechem.2024.101509
35. Selmi A, Teymourinia H, Zarei A, Timoumi M, et al. CMCFO-Cr0.1 nanoferrites: sol-gel synthesis structural and magnetic studies: applications for photodegradation of Congo red dye. Iranian Journal of Catalysis. 2022;12(1):97-106. DOI:10.30495/ijc.2022.689626
36. Hussain M, El Sayed ME, Anwar M, Samir A, et al. Influence of transition metal (Cu) and rare earth metal (Dy) co-doping on spinel zinc ferrite (Cu0.1Dy0.08Zn0.9Fe1.92O4) for improved photocatalytic degradation of industrial effluents. Journal of Alloys and Compounds. 2025;1010:177242. DOI:10.1016/j.jallcom.2024.177242
37. Afaq M, Basha B, Warsi MF, Shahid M, et al. Fabrication of ZnO–CuFe2O4–CNTs ternary nanocomposite for harmful organic effluents degradation by sunlight irradiation. Materials Science and Engineering: B. 2023;292:116444. DOI:10.1016/j.mseb.2023.116444
38. Oliveira TP, Rodrigues SF, Marques GN, Viana Costa RC, et al. Synthesis, characterization, and photocatalytic investigation of CuFe2O4 for the degradation of dyes under visible light. Catalysts. 2022;12(6):623. DOI:10.3390/catal12060623
Рецензия
Для цитирования:
Ворнакова Е.А., Чжоу В.Р., Бакина О.В., Иванова Л.Ю., Яфаева А.Э., Лернер М.И. Наночастицы феррита меди с противообрастающей активностью. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2025;10(3):236-246. https://doi.org/10.17277/jamt-2025-10-03-236-246
For citation:
Vornakova E.A., Chzhou V.R., Bakina O.V., Ivanova L.Yu., Yafaeva A.E., Lerner M.I. Copper ferrite nanoparticles with antifouling activity. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2025;10(3):236-246. https://doi.org/10.17277/jamt-2025-10-03-236-246
JATS XML















