The Ag Influence on the Surface States of TiO2, Optical Activity and Its Cytotoxicity

Abstract

Наночастинки (НЧ) Ag/TiO2 було отримано простим методом хімічного осадження з використанням нітрату срібла та суспензії TiO(OH)2. Частинки срібла осаджували як на поверхні, так і в самих частинках TiO2 в залежності від концентрації Ag. Композити Ag/TiO2 були охарактеризованi рентгенівською дифракцією, просвітлючою електронною мікроскопією, скануючою електронною мікроскопією, раманівською та фотолюмінесцентною спектроскопією. Клітинна життєздатність оцінювалась за допомогою аналізу МТТ (3-(4,5-диметилтіазол-2-іл)-2,5-дифенілтетразолію бромід) після впливу НЧ. Показано оптичну активність Ag/TiO2 зі зсувом моди Еg від 143 до 150 см – 1 та FWHM від 12 до 19 см – 1 внаслідок зменшення кристалітів TiO2. Оптична активність зростає зі збільшенням концентрації Ag до 8 мас. %. У зоні контакту Ag-TiO2 утворюється бар'єр Шотткі, що покращує розподіл заряду і таким чином уповільнює рекомбінацію фотогенерованих електронів та фотогенерованих дірок. Отримані результати свідчать про меншу токсичність НЧ у суспензії гліцерин + вода, незалежно від введення молекул срібла в кількості 4 або 8 мас. %, їх значення CC50 становили 50 та 3,9-58,5 мкг/мл для клітин MDBK (нирки бика) та MDCK (нирки собаки) відповідно. Натомість НЧ TiO2, розчинені в C2H5OH+ 1,3-пропандіолі при введенні молекул срібла, були значно більш токсичними для клітин MDBK у порівнянні з чистим TiO2, їх значення CC50 становили 6,5 та 4 мкг/мл. Одержані НЧ Ag/TiO2 внаслідок їх оптичної активності будуть досліджені як протигрибковий матеріал для інгібування бактерій та вірусів у воді.

Ag/TiO2 nanoparticles (NPs) were prepared by a simple chemical deposition method using silver nitrate and suspension of TiO(OH)2. Silver NPs were deposited on the surface and inside of TiO2 NPs depended on the Ag concentration. The Ag/TiO2 composites were characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, scanning electron microscopy, and Raman spectroscopy. The cell viability was assessed using an MTT (3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) assay after NPs exposure, since only viable cells have functional mitochondrial dehydrogenase enzymes that can reduce MTT to formazan. The shift of the Eg mode from 143 to 150 cm – 1 and FWHM from 12 to 19 cm – 1 was stated due to a decrease in TiO2 crystallites. Optical activity increased after loading with Ag because metal particles offered electron traps to reduce recombination of holes and electrons, especially Ag loading of 8 wt. %. A Schottky barrier is formed in the Ag-TiO2 contact region, which improves charge separation and thus slows down the recombination of photogenerated electrons and photogenerated holes. The obtained results indicate a lower toxicity of NPs in a glycerin + water suspension, regardless of the introduction of silver molecules in an amount of 4 or 8 wt. %, their CC50 values were 50 and 3.9-58.5 µg/ml for MDBK and MDCK cells, respectively. The obtained Ag/TiO2 NPs due to their optical activity will be examined as an antifungal material for the inhibition of bacteria and viruses in water.