Synthesis, Structural, Morphological and Thermal Characterization of Five Different Silica-Polyethylene Glycol-Chlorogenic Acid Hybrid Materials
Loading...
Date
2021-05-14
ORCID
Advisor
Referee
Mark
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
MDPI
Altmetrics
Abstract
The present study investigated the structure, morphology, thermal behavior, and bacterial growth analysis of novel three-component hybrid materials synthesized by the sol-gel method. The inorganic silica matrix was weakly bonded to the network of two organic components: a well-known polymer such as polyethylene glycol (PEG, average molar mass of about 4000 g/mol), and an antioxidant constituted by chlorogenic acid (CGA). In particular, a first series was made by a 50 wt% PEG-based (CGA-free) silica hybrid along with two 50 wt% PEG-based hybrids containing 10 and 20 wt% of CGA (denoted as SP50, SP50C10 and SP50C20, respectively). A second series contained a fixed amount of CGA (20 wt%) in silica-based hybrids: one was the PEG-free material (SC20) and the other two contained 12 and 50 wt% of PEG, respectively (SP12C20 and SP50C20, respectively), being the latter already included in the first series. The X-ray diffraction (XRD) patterns and scanning electron microscope (SEM) images of freshly prepared materials confirmed that all the materials were amorphous and homogeneous regardless of the content of PEG or CGA. The thermogravimetric (TG) analysis revealed a higher water content was adsorbed into the two component hybrids (SP50 and SC20) because of the availability of a larger number of H-bonds to be formed with water with respect to those of silica/PEG/CGA (SPC), where silica matrix was involved in these bonds with both organic components. Conversely, the PEG-rich materials (SP50C10 and SP50C20, both with 50 wt% of the polymer) retained a lower content of water. Decomposition of PEG and CGA occurred in almost the same temperature interval regardless of the content of each organic component. The antibacterial properties of the SiO2/PEG/CGA hybrid materials were studied in pellets using either Escherichia coli and Enterococcus faecalis, respectively. Excellent antibacterial activity was found against both bacteria regardless of the amount of polymer in the hybrids.
Tato studie zkoumala strukturu, morfologii, tepelné chování a analýzu růstu bakterií nových třísložkových hybridních materiálů syntetizovaných metodou sol-gel. Anorganická křemičitá matrice byla slabě vázána na síť dvou organických složek: dobře známého polymeru, jako je polyethylenglykol (PEG, průměrná molární hmotnost asi 4000 g / mol), a antioxidantu tvořeného kyselinou chlorogenovou (CGA). Konkrétně byla první série vyrobena hybridem oxidu křemičitého na bázi 50 % hmotn. na bázi PEG (bez CGA) spolu se dvěma hybridy na bázi 50 % hmotn. na bázi PEG obsahujícími 10 a 20 % hmotn. CGA (označované jako SP50, SP50C10 a SP50C20, respektive). Druhá série obsahovala pevné množství CGA (20 % hmotn. v hybridech na bázi oxidu křemičitého: jeden byl materiál bez PEG (SC20) a další dvě obsahovaly 12 a 50 % hmotn. PEG (SP12C20 a SP50C20, v tomto pořadí). ), který je již zahrnut v první sérii. Obrazy rentgenové difrakce (XRD) a snímky čerstvě připravených materiálů ze skenovacího elektronového mikroskopu (SEM) potvrdily, že všechny materiály byly amorfní a homogenní bez ohledu na obsah PEG nebo CGA. Termogravimetrická (TG) analýza odhalila, že vyšší obsah vody byl adsorbován do dvousložkových hybridů (SP50 a SC20) kvůli dostupnosti většího počtu H-vazeb, které mají být vytvořeny s vodou, s ohledem na křemík / PEG / CGA (SPC), kde se na těchto vazbách s oběma organickými složkami podílela křemičitá matrice. Naopak materiály bohaté na PEG (SP50C10 a SP50C20, oba s 50 % hmotn. polymeru) si udržely nižší obsah vody. Rozklad PEG a CGA probíhal téměř ve stejném teplotním intervalu bez ohledu na obsah každé organické složky. Antibakteriální vlastnosti hybridních materiálů SiO2/PEG/CGA byly studovány v peletách s použitím buď Escherichia coli, respektive Enterococcus faecalis. Vynikající antibakteriální aktivita byla zjištěna proti oběma bakteriím bez ohledu na množství polymeru v hybridech.
Tato studie zkoumala strukturu, morfologii, tepelné chování a analýzu růstu bakterií nových třísložkových hybridních materiálů syntetizovaných metodou sol-gel. Anorganická křemičitá matrice byla slabě vázána na síť dvou organických složek: dobře známého polymeru, jako je polyethylenglykol (PEG, průměrná molární hmotnost asi 4000 g / mol), a antioxidantu tvořeného kyselinou chlorogenovou (CGA). Konkrétně byla první série vyrobena hybridem oxidu křemičitého na bázi 50 % hmotn. na bázi PEG (bez CGA) spolu se dvěma hybridy na bázi 50 % hmotn. na bázi PEG obsahujícími 10 a 20 % hmotn. CGA (označované jako SP50, SP50C10 a SP50C20, respektive). Druhá série obsahovala pevné množství CGA (20 % hmotn. v hybridech na bázi oxidu křemičitého: jeden byl materiál bez PEG (SC20) a další dvě obsahovaly 12 a 50 % hmotn. PEG (SP12C20 a SP50C20, v tomto pořadí). ), který je již zahrnut v první sérii. Obrazy rentgenové difrakce (XRD) a snímky čerstvě připravených materiálů ze skenovacího elektronového mikroskopu (SEM) potvrdily, že všechny materiály byly amorfní a homogenní bez ohledu na obsah PEG nebo CGA. Termogravimetrická (TG) analýza odhalila, že vyšší obsah vody byl adsorbován do dvousložkových hybridů (SP50 a SC20) kvůli dostupnosti většího počtu H-vazeb, které mají být vytvořeny s vodou, s ohledem na křemík / PEG / CGA (SPC), kde se na těchto vazbách s oběma organickými složkami podílela křemičitá matrice. Naopak materiály bohaté na PEG (SP50C10 a SP50C20, oba s 50 % hmotn. polymeru) si udržely nižší obsah vody. Rozklad PEG a CGA probíhal téměř ve stejném teplotním intervalu bez ohledu na obsah každé organické složky. Antibakteriální vlastnosti hybridních materiálů SiO2/PEG/CGA byly studovány v peletách s použitím buď Escherichia coli, respektive Enterococcus faecalis. Vynikající antibakteriální aktivita byla zjištěna proti oběma bakteriím bez ohledu na množství polymeru v hybridech.
Description
Citation
Document type
Peer-reviewed
Document version
Published version
Date of access to the full text
Language of document
en