遷移金属（NbとTa）のセレン化物とテルリドの触媒性能、抗菌性能、分子ドッキング性能の比較研究

Comparative Study of Selenides and Tellurides of Transition Metals (Nb and Ta) with Respect to its Catalytic, Antimicrobial, and Molecular Docking Performance.

• S Altaf
• A Haider
• S Naz
• A Ul-Hamid
• J Haider
• M Imran
• A Shahzadi
• M Naz
• H Ajaz
• M Ikram

抄録

本研究は、ニオブ(Nb)とタンタル(Ta)のセレン化物とテルリドを経済的に合成し、繊維、紙、染色産業や医療分野での汚染物質除去に有用な応用を可能にする方法を報告する比較研究である。本研究では、ナノコンポジットを生成するために固体プロセスを使用し、様々な特性評価技術を用いて、研究対象の2つの材料グループを比較した。合成した材料の構造,モルフォロジー,元素構成及び官能基を、それぞれXRD, FESEMとEDS, FTIR及びラマン分光法を用いて分析した。HR-TEM画像からは、正方晶及び単斜晶の結晶構造を持つナノスケールの粒子が観察された。光学特性は紫外可視分光法を用いて、カットオフ波長と光バンドギャップの観点から評価した。また、両グループの化合物の触媒特性及び殺菌特性について比較評価を行った。抽出したナノコンポジットを触媒として使用した場合、互いに同型であるにもかかわらず、還元剤として使用したNaBHの存在下では、MB色素の触媒分解において著しく異なる挙動を示した。この特異な違いは、両者のわずかな構造の違いに起因していると考えられる。また，ディスク拡散法を用いたin vitro抗菌性試験では，大腸菌（G-ve菌）と黄色ブドウ球菌（+ve菌）をモデル株とし，両クラスターの抗菌性を評価した。その結果，テルル化物系（有意な阻害領域26～35mm）はセレン化物系（阻害領域の直径0.8mm～1.9mm）に比べて優れた抗菌効果が認められた。さらに、分子ドッキング研究により、標的細胞タンパク質の活性部位とNPとの結合相互作用パターンを確認した。その結果、NbTeはFabHおよびFabI酵素に対する最高の阻害剤であることを示唆する抗菌試験の結果と一致した。

The present research is a comparative study that reports an economical and accessible method to synthesize niobium (Nb) and Tantalum (Ta) selenides and tellurides with useful application in the removal of pollutants in textile, paper, and dyeing industries as well as in medical field. In this study, solid-state process was used to generate nanocomposites and various characterization techniques were employed to compare two groups of materials under investigation. Structure, morphology, elemental constitution, and functional groups of synthesized materials were analyzed with XRD, FESEM coupled with EDS, FTIR, and Raman spectroscopy, respectively. HR-TEM images displayed nanoscale particles with tetragonal and monoclinic crystal structures. The optical properties were evaluated in terms of cut-off wavelength and optical band gap using UV-visible spectroscopy. A comparative behavior of both groups of compounds was assessed with regards to their catalytic and microcidal properties. Extracted nanocomposites when used as catalysts, though isomorphs of each other, showed markedly different behavior in catalytic degradation of MB dye in the presence of NaBH that was employed as a reducing agent. This peculiar deviation might be attributed to slight structural differences between them. Escherichia coli and Staphylococcus aureus (G -ve and + ve bacteria, respectively) were designated as model strains for in vitro antibacterial tests of both clusters by employing disk diffusion method. Superior antibacterial efficacy was observed for telluride system (significant inhibition zones of 26-35 mm) compared with selenide system (diameter of inhibition zone ranged from 0.8 mm to 1.9 mm). In addition, molecular docking study was undertaken to ascertain the binding interaction pattern between NPs and active sites in targeted cell protein. The findings were in agreement with antimicrobial test results suggesting NbTe to be the best inhibitor against FabH and FabI enzymes.