退火氧化锡纳米结构的光催化、杀菌和分子对接分析

介绍

与传统金属氧化物相关的卓越性能和广泛的技术应用为探索这些材料的纳米结构提供了动力。其中，氧化锡 (SnO2) 被认为是一种重要的金属氧化物 [1]，在室温下具有 3.6 eV 的宽带隙 [2]。它是一种 n 型半导体材料，具有氧空位形式的固有缺陷，带有与施主（n 型载流子）相互作用的间隙锡原子。导带中自由电子数量的增加导致材料的电导率增加[3]。

使用 SnO2 作为氧化催化剂、光催化剂、气体传感器和透明导体为进一步研究这种材料奠定了基础 [4,5,6,7,8,9]。它具有检测易燃、易爆和有毒气体的能力[10]。工业化导致向大气中排放有害空气和水污染物（如 CO 和 SO2）以及废水中有害偶氮染料的排放增加。据估计，约有 500 吨各种染料被排放到工业废水中，其中大部分（~ 80%）来自纺织工业 [11]。化学毒素和有机燃料构成空气污染的一部分，而来自水体的危险染料会影响地球生态系统，从而增加了用于检测和防止此类污染物危害环境的技术的重要性。由于其独特的物理化学性质，SnO2 具有在低温下运行的能力。由于其固有的非化学计量，它可以通过在其表面轻松吸附氧气来减少有害气体。此外，与用于类似应用的其他可用材料相比，它需要更低的成本。它还具有显着的光学透明度和导电性，使其适用于光电元件 [12]。它用于制造透明电极和太阳能电池，用于面板和几种电致变色器件[13,14,15,16,17]。

为了预防水传播疾病，从废水中去除细菌对于饮用水和卫生系统很重要。 2003 年至 2005 年间，美国报告了四种水传播疾病，这些疾病表现为饮用水中的病原体影响约 282 人。水体消毒的常规技术依赖于对形成包囊的原生动物（贾第鞭毛虫和隐孢子虫）效果较差的化学试剂。此外，有时这些技术会产生有害的副产品。纳米技术是新一代技术，可以通过新的消费品、材料使用和制造方法影响世界经济[18]。金属氧化物纳米结构由于其高表面积体积比、稳定性和生物相容性而具有增强的抗菌性能。它们具有独特的穿透细胞膜结构并破坏细菌细胞部分的能力[19]。

研究最多的两种碱性锡氧化物如SnO和SnO2，这些氧化物的存在归因于双Sn价态（带氧化） + 2和 + 4。这两种氧化物也被称为锡的具有PbO结构的宽带隙半导体材料SnO2 [20] 的氧化物和四方晶格（金红石结构）。它拥有 3.6 到 4.0 eV 的宽带隙能量、n 型半导体材料和超过 85% 的透明度 [21]。 SnO 是带隙范围为 2.7 到 3.4 eV 的 p 型材料，但实验获得的带隙可达到 3.6 eV。此外，氧化锡的结构、光学和电子特性表明，压力的增加会导致 SnO 的非结构正交形成以及紫外可见光和近红外区域的透射率。温度升高还会导致正交 SnO 结构和四方 SnO2 形成。因此，压力或温度的增加会改变吸收边缘并增加带隙能量。通过将温度从 400°C 升高到 700°C，制造的多晶 SnO 可以转化为 SnO2 相 [22]。由于带隙可调，氧化锡已用于电子工业。

SnO 和 SnO2 材料也已用于锂离子电池 [23,24,25]。报道的文献表明，纳米材料的电化学性能可以通过控制其尺寸来提高 [26]。基达等人。报告称，粒径的减小会导致传感器对 H2 检测的响应增加；然而，对 H2S 和 CO 的响应随着粒径的增加而增加 [27]。文献中报道了多种生产 SnO2 的方法。 Merlin [28] 使用乙醇甜叶菊植物提取物作为封端剂和还原剂，通过绿色合成合成了尺寸范围为 20-30 nm 的纳米颗粒。贾纳丹等人。 [29] 通过使用稀 HCl 和 SnCl2·2H2O 制备了平均尺寸为 50 nm 的 SnO 纳米粒子。塞尔瓦库马里等人。 [30] 利用鸡蛋壳膜制备了平均晶体尺寸为 13-40 nm 的 SnO2 颗粒。

通常，纳米材料可以通过各种方法合成，包括电化学还原[31]、溶胶-凝胶[32]、水热[33]和共沉淀[34]。在目前的工作中，沉淀法是首选，因为它构成了一种方便且具有成本效益的合成纳米结构的技术。本研究的目的是观察合成过程中使用的各种温度（250、500 和 750°C）对制备的非结构材料的微晶尺寸、形态和带隙能量的影响。此外，通过将合成产物用于降解亚甲蓝染料（世界范围内工业中常见的污染物）来研究合成产物的光催化行为。进行了计算机分子对接预测，以揭示 SnO2 对 β- 的杀菌活性所涉及的机制 属于细胞壁生物合成途径的内酰胺酶和来自大肠杆菌的核酸生物合成途径的DNA促旋酶。大肠杆菌 和S。金黄色葡萄球菌 .

方法

目前的研究旨在通过简便的沉淀过程合成 SnO2 纳米颗粒，并在不同温度下退火。退火SnO2用于去除废水中的有机污染物和抗菌潜力。

化学品

氯化锡 (II) 二水合物 (SnCl2·2H2O) 和分析纯乙醇直接购自 Sigma-Aldrich（德国）。氢氧化钠 (NaOH) 和亚甲蓝 (MB) 分别购自 Merk（德国）和 BDH（英国）。从当地市场购买蒸馏水以制造氧化锡纳米结构。本研究中使用的污染物（即 MB 染料）的化学结构如图 1 所示。

MB污染物的化学结构

氧化锡纳米结构的制备

在这项研究中，使用高纯度分析级商业化学品通过沉淀程序制备氧化锡纳米材料（见图 2）。分别在 50 mL 蒸馏水中制备 SnCl2·2H2O (19 g) 和 NaOH (8 g) 的水溶液。使用 400 mL 烧瓶，在 70°C 下持续搅拌下，将 NaOH 水溶液逐滴倒入 SnCl2.2H2O 溶液中（~ 10 滴/分钟）。滴加溶液后出现白色沉淀。所得产物用蒸馏水和乙醇用离心机洗涤数次。将获得的材料在室温下进一步干燥 48 小时以去除水分。最后，使用研钵和研杵将干燥的固体产品研磨成细粉形式。三个样品在马弗炉中在不同温度（250、500 和 750°C）下以 0.5°C/min 的加热速率退火 3 小时 [35]。

氧化锡样品合成示意图

光催化活性过程

通过监测MB水溶液在光源下的光降解来评价退火氧化锡样品的光活性；图 3 [36,37,38] 中说明的机制。对于每个光活性实验，将已知质量的纳米材料 (10 毫克) 添加到 60 毫升染料水溶液 (10 毫克/升) 中。在曝光之前，将悬浮液在黑暗中磁力搅拌 5 分钟 [38] 以获得染料在光催化剂表面的吸附/解吸平衡。悬浮液用汞灯（400 W 和 λ =400–700 nm) 在搅拌 (220 rpm) 下。从测试溶液中取出 ~ 5 mL 的 MB 样品，以使用范围为 300-750 nm 的紫外-可见分光光度计监测 MB 残留量。记录 MB 最大吸收波长 (~ 665 nm) 随辐射时间的变化，以研究 MB 染料的光降解。合成产物的活性通过以下关系式计算染料降解率来评价：

其中 C 0 表示初始 MB 浓度和 C 照射后呈现浓度。在没有光催化剂的情况下，在相同条件下也进行了对照实验。为了检查纳米材料的可重复使用性，将降解的 MB 溶液离心 (6000 rpm/min) 10 分钟以回收光催化剂。之后，回收的产品在 80°C（2 小时）下干燥以重新用于 MB 降解实验。为了测试催化剂的耐久性，进行了多达四次循环的再循环光活性实验。每次循环后，产物离心、干燥，用于下一次照相实验。

光触媒降解亚甲基蓝MB示意图

抗菌活性

制造的 SnO 在不同温度处理下的体外抗菌作用对最普遍的致病菌 E 具有重要意义。大肠杆菌 和S。金黄色葡萄球菌 使用孔扩散试验从山羊乳腺炎中分离。在使用无菌软木钻孔器制备直径为 6 毫米的孔后，将含有细菌激活生长（0.5 Mc-Farland 标准）在凝固的麦康凯琼脂和甘露醇盐琼脂上的培养皿在 37°C 下孵育。将不同浓度的合成纳米结构（500 和 1000 微克/50 微升）作为低剂量和高剂量应用，而环丙沙星（5 微克/50 微升）和 DIW（50 微升）分别作为阳性和阴性对照。在 37°C 下孵育过夜的培养皿宣布了使用游标卡尺测量的抑制区 (mm)。使用SPSS 20.0进行单因素方差分析（ANOVA），以抑菌圈（mm）衡量的抗菌活性具有统计学意义。

分子对接研究

细胞壁合成已被认为是发现具有不同作用模式的各种抗生素（如 β-内酰胺和糖肽抗生素）的有效目标。据报道，β-内酰胺抗生素是市场上销量最高的药物，代表了最常见的细菌感染治疗方法 [39, 40]。它们通过与青霉素结合蛋白 (PBP) 和 β 结合来抑制细胞壁生物合成 -内酰胺酶 [41]。同样，属于核酸合成的酶（即 DNA 促旋酶）也被认为是抗生素发现的有效靶点 [42]。在这里，我们对 β 进行了 SnO2 NPs 的分子对接研究 两种大肠杆菌的内酰胺酶和 DNA 促旋酶。大肠杆菌 和S。金黄色葡萄球菌 深入了解他们可能的行动方式。

属于 E. 的选定蛋白质靶标的 3D 晶体结构。大肠杆菌 和S。金黄色葡萄球菌 来自蛋白质数据库，登录代码：4KZ9；分辨率：1.72 Å [43]，1MWU；分辨率：β 为 2.6 Å [44] -内酰胺酶，而6KZX；分辨率：2.1 Å [45] 和 5CTU； Res：1.45 Å [46] 对于 DNA 促旋酶，如图 4 所示。

a 的 3D 结构 β 内酰胺酶（PDB：4KZ9），b 来自E.的DNA促旋酶（PDB：6KZX）。大肠杆菌 , c β 内酰胺酶（PDB：1MWU）和 d 来自S的DNA促旋酶（PDB：5CTU）。金黄色葡萄球菌

使用 ICM Molsoft 软件 (Molsoft L.L.C., La Jolla, CA) 进行分子对接研究 [47]。 ICM 的受体制备工具用于蛋白质结构，包括添加极性氢原子、去除水分子和共结晶配体。使用具有默认参数的能量最小化工具优化蛋白质结构，而网格框用于识别结晶配体周围的活性口袋。后来，在每种情况下都产生了 10 个最佳构象，指定了酶活性口袋内 SnO2 NPs 的方向。选择结合得分最低的构象进行进一步分析，揭示制造的纳米颗粒对这些选定酶的结合模式和抑制趋势。

SnO2 结构是使用 ICM 的 ligedit 工具生成的，而对接构象的 3D 视图是通过 ICM 和发现工作室可视化器生成的 [48]。

材料表征

BRUKER D2 Phaser X 射线衍射 (XRD) 范围为 2θ =10°–70° 与 Cu Kα (λ =1.540 Å) 用于检查晶格结构并检索有关相构成的数据。通过珀金埃尔默傅里叶变换红外 (FTIR) 光谱仪评估合成产物的官能团。 JEOL JSM-6610LV 场发射扫描电子显微镜 (FESEM) 以及带有 INCA 软件的 Oxford XMax EDS 检测器用于分析制备样品的形态和元素组成。飞利浦 CM30 和 JEOL JEM 2100F 高分辨率透射电子显微镜 (HR-TEM) 用于记录 SAED、HRTEM 图像和晶格条纹图案。通过GENESYS-10S紫外-可见光谱仪记录制备的氧化锡样品在300至800 nm范围内的光学性质。

结果与讨论

图 5(a) 显示了从在不同温度下合成和退火的氧化锡样品获得的 XRD 谱。对于相组成分析，使用 CuKα 辐射，而 Debye-Scherer 关系，\(D =K\lambda /\beta {\mathrm{Cos}}\theta\) 其中 λ =1.54 Å 和 k =0.9 用于计算材料的微晶尺寸。在 250°C 时，XRD 图案显示 2θ 值为 29.12° (112)、31.60° (020)、33.57° (113)、40.15° (023)、45.54° (024)、51.35° (642) 和 51.35° (645°) 的峰° (225) 都归因于 SnO 正交相（JCPDS：01-077-2296）。只有在 26.66° (112) 处记录的一个峰属于 SnO2 正交结构 (JCPDS:01–078-1063)。当样品在 500 和 750°C 下退火时，与 SnO 相关的衍射峰消失了，所得产物被鉴定为正交晶面 24.81° (110)、29.12° (113)、31.23° (020)、41.23° (211), 46.90° (117), 59.57° (135) 与 JCPDS 文件编号 01-078-1063 [49] 很好地匹配。观察到的 XRD 结果表明制备的材料首先在 250°C 下氧化为 SnO。后来，在 500 °C 及以上，它完全转化为 SnO2 [50]。结果还表明，样品的结晶度随着温度的升高而增强。此外，从在 250 和 750°C 下退火的样品获得的 SAED 图案分别描绘了如图 5b、c 所示的亮点环。具有 (020)、(023)、(024) 和 (112) 晶面的分析图案被指定为正交 SnO（图 5b）和（020）、（110）、（117）和（135）衍射面归因于分别在 250 和 750°C 下退火的样品的 SnO2 纳米材料（图 5c）。 SAED图像也证实了产物的晶体性质，这与XRD的观察结果一致。

一 从在 250、500 和 750°C 下退火的 SnO 获得的 XRD 谱b , c 分别为 250 和 750°C 样品的 SAED 环和 d 红外光谱图

在 250、500 和 750°C 下加热制造的氧化锡纳米材料的 FTIR 光谱如图 5d 所示。吸收峰集中在大约 3580 cm ^-1 加上近 1602 cm ⁻¹ 带归因于 O-H 基团和 Sn-OH 键的拉伸/弯曲，因为氧化锡从环境大气中吸收了一定量的水 [51]。低吸收峰范围为 2300 至 2400 cm ⁻¹ 指的是产品暴露在大气中时产生的二氧化碳 [52]。键出现在 1174 cm ⁻¹ 对应于各种表面羟基的振动，峰值在 1401 cm ^-1 是由于 C-H 弯曲振动 [53, 54]。特征峰范围为 500–700 cm ^-1 归因于表层 Sn-O 振动 [55]。退火温度的升高导致峰蓝移，而特征峰显得更强烈更强烈。这可能是由于退火过程中纳米材料的原子获得了足够的能量来改变纳米粒子原子的位置，从而导致再结晶[56]。

进行FESEM和HRTEM分析以收集制造产品的形态和纳米结构的详细信息。记录了在 250、500 和 750°C 下退火的氧化锡的 HRTEM 图像，如图 6a-c 所示。这些图像提供了在具有近球形形状和随机粒径分布的纳米颗粒内形成团聚的证据（见图 6a、c）。在图 6b 中，可以观察到大尺寸、略透明和单分散的颗粒，几乎没有团聚。从高倍放大的插图图像中可以观察到相同的粒子分布行为。 500°C 时形态行为的急剧变化是明显的。该温度可能是氧化过程中的一个特征[22]。此外，图 6d-f 显示了从分别在 250、500 和 750°C 下退火的样品获得的 HRTEM 显微照片，以检测面间距。在微晶中，晶格条纹的间距为 ~ 0.225 nm，如图 6d 中的插图 IFFT 剖面图所示，其对应于 SnO 正交相的（023）衍射面（JCPDS：01-077-2296）。根据 JCPDS NO，从 500 和 750°C 处理的样品中的晶格条纹计算出的 d 间距约为 0.364 和 0.367 nm，这归因于 SnO2 正交结构的 (110) 平面。 01-078-1063。这些结果与 XRD 发现非常一致 [49, 57, 58]。提供的 IFFT 图像清楚地显示 d 间距随温度升高而增加。

一 –c HR-TEM 和 d –f 在退火温度分别为 250、500 和 750 °C 下获得的纳米结构的晶格条纹

在 250（图 7a）和 750°C（图 7b）下退火的氧化锡的 FESEM 图像描绘了晶格结构形状和尺寸的变化，例如具有大小不一的单个晶粒以及附聚的颗粒的不均匀或随机形状.图 7b 显示了在 750°C 下退火的样品的 FESEM 显微照片，与在低温下退火且颗粒随机分布的样品相比，这意味着小的团聚颗粒和生长良好的结构。颗粒的团聚导致表面自由能的降低，这是由于它们尺寸的增加导致它们的表面积减小。纳米粒子的团聚是由于粒子通过弱力相互粘附导致（亚）微米大小的实体。 [59].

a 退火样品的 FESEM 显微照片 250 和 b 750 °C 和 c 在 750 °C 下退火的样品的 EDX 光谱

如图 7c 所示，使用 EDX 技术分析了在 750°C 下退火的制造氧化锡的成分。样品光谱清楚地表明存在重量百分比分别为 53.7、42.2 和 4.0% 的 Sn、O 和 C。产物中不存在杂质成分，表明SnO2纳米材料纯度高，而C含量可能来自用于固定样品的碳片。

非破坏性吸收光谱技术被用于研究导电和半导体纳米材料的光学特性。从在不同温度下退火的氧化锡获得的吸收光谱如图 8a 所示。有几个因素会影响预期的吸光度，例如缺氧、能带隙、杂质性质和表面粗糙度。从退火的氧化锡获得的光谱在 300-365 nm [60] 处表现出紫外线截止，这可能是由于电子从价带到导带的光激发。随着温度的升高，吸收光谱在 300 到 365 nm 之间略微下降，如图 8a 所示。为了计算带隙，Tauc 关系 \(\alpha h\nu =A {(h\nu -{E}_{\mathrm{g}})}^{n}\) 其中 α 代表吸收系数，A 表示常量而 n =1/2 对于直接带隙。 \({(\alpha h\nu )}^{2}\) 与 hν 图的外推提供了光学带隙值 E g（图 8b）。对于在 250、500 和 750°C 下退火的样品，测得的带能量分别为 3.51、3.32 和 3.71 eV [61, 62]。产物的带隙与文献中报道的值一致[61]。总的来说，随着温度的升高，纳米粒子的原子获得更多的能量来改变它们的再结晶位置，从而改变它们的形态并减小晶粒尺寸（可以从 HRTEM 数据中分析）。随着粒径减小，带隙值增加，这归因于正常的量子限制效应。 Malik 等人也观察到了类似的趋势。 [63]。在 500 °C 下退火的纳米材料表现出的最低带隙归因于独特的纳米结构或多晶氧化锡的非晶合成以及产生红移的氧空位。 Tauc 模型指出非晶或无序表面半导体具有带能量较低的局部带尾态[64]。

一 紫外-可见吸收光谱和b 分别在 250、500 和 750°C 下退火的样品获得的能隙值

通过在光照射下对 MB 染料进行光降解来检查在不同温度下退火的氧化锡产品的光活性（图 9）。在 λ 处 MB 溶液光吸收的变化 max =665 nm 在其光分解过程中如图 9a 所示。添加制造的样品会导致 MB 吸收带随时间减小。样品在 500 °C (E g =3.32 eV），这归因于特定的形态和低电子-空穴复合率。我们观察到氧化锡光催化剂的 MB 降解率分别为 86.0、92.4 和 71.6%，分别在 250、500 和 750°C 下退火 80 分钟（图 9b）。半导体材料的光活性还与其带隙能量有关，带隙能量会影响 MB 降解过程中光生电子-空穴对的氧化还原电位。在这里测试的三个样品中，在 500°C 下退火的光催化剂表现出最低的带隙能量 (3.32 eV)，而该产品表现出的显着增强的降解百分比归功于其独特的结构和高度的团聚，如图 9b 所示。使用 ln (C o/C ) 与辐照时间图：ln (C o/C ) =kt 如图 9c 所示，其中 k 表示速率常数，C o 和 C 分别代表染料 (MB) 的初始和最终浓度 [63, 65,66,67]。使用在 500 °C 下制备的纳米材料的 k 值为 0.59 min ^-1 在大约 0.50 和 0.31 分钟 ^-1 观察到在 250 和 750°C 合成的样品显着减少 , 分别（图 9d）。

一 制备的光催化剂表现出的 MB 降解结果 b 退化百分比条形图 c ln (Co/C) 与辐照时间图和 d 计算出的降解率常数图

对于污水处理，光催化剂需要表现出长时间的稳定性和可重复使用性，以使该过程在经济上可行。在本研究中，使用制造的氧化锡光催化剂进行四轮测试以去除 MB，以确定其稳定性。染料降解的四个连续循环的观察结果如图 10a、b 所示。在 500°C 下退火的纳米材料在四个循环后显示 MB 光分解略有减少（减少 6%）。本研究报告的从水中去除污染物的结果与 Prakash 等人报告的结果相当。 [65].

一 在 500 °C 和 b 下退火的氧化锡光催化剂的可重复使用性 退化百分比条形图

图 11a-d 和表 1 中显示了在各种温度处理下制造的 SnO 纳米结构体外抗菌活性根据抑菌圈 (mm) 以及比较功效百分比进行测量。该图显示了纳米结构浓度和抑菌圈之间的直接比例形成。 E 的 SnO（250、500 和 750°C）样品记录到显着的抑制区。大肠杆菌 和S。金黄色葡萄球菌 ranged between 2.85–3.5 mm, 3.35–3.75 mm and 3.25–4.75 mm and 4.55–5.35 mm at low and high concentrations, respectively, Fig. 11a, b and Table 1. The efficacy %age of synthesized nanomaterials increased from 67.0–82.3 to 78.8–88.2% for E.大肠杆菌 and similarly, 45.4–66.4% and 63.6–74.8% for S. aureus , respectively, Fig. 11c, d. All measured results were compared with DIW (0 mm). Positive control depicted 4.25 mm and 7.15 mm inhibition zones for E.大肠杆菌 and S. aureus , respectively, Fig. 11a, b. Overall SnO2 nanostructures optimized at 500 °C found more potent at both concentrations and more broadly, SnO2 found more potent against gram-negative (G –ve) E.大肠杆菌 compared with gram-positive (G +ve) S. aureus .

一 In vitro bactericidal action of SnO annealed at different temperatures for E.大肠杆菌 b S. aureus c In vitro bactericidal efficacy %age of fabricated NPs for E.大肠杆菌 (d) and S. aureus , 分别

Size, concentration and morphology of nanostructures directly affects oxidative stress produced. Antibacterial activity imperiling size and concentration portrays inverse relation to size [68,69,70]. Nanostructures more efficiently produce reactive oxygen species (ROS) which exist in bacterial membrane resulting cellular organelles extrusion and bacteria death [71]. SnO2 generate more efficiently ROS including hydrogen peroxide (H2O2), OH groups and superoxide ions [72]. The increased antibacterial efficacy of fabricated SnO at various temperature treatments for E.大肠杆菌 compared to S. aureus could be attributed to difference in cell wall structures of bacteria. G –ve bacteria cell wall consists of peptidoglycan thin layer with an outer membrane containing proteins and phospholipids while G  +ve cell wall contains thick layer of peptidoglycan with lipoteichoic and teichoic acids. This major difference in cell wall structure of both bacteria leads toward maximum efficacy of fabricated nanostructures toward G −ve compared to G  +ve bacteria [18].

Resistance acquired by microbial pathogens against various antibiotic drugs especially multidrug resistance pose huge threat to public health around the globe and there is an urgent need of more antibiotic drugs with novel mode of action [73]. Antibiotics belonging to various classes follow different mechanisms for their activity and target pathways vital for bacterial survival. For instance, Beta-lactam antibiotics such as penicillin target enzymes involved in peptidoglycan synthesis (i.e., important precursor for cell wall synthesis) [74] while Rifampicin a well-known antibiotic target enzyme belongs to nucleic acid biosynthetic pathways [42] suggesting importance of both cell wall and nucleic acid biosynthetic pathways as target for new antibiotic discovery [75]. Although bactericidal activity of various nanoparticles has been reported previously in recent years still exact mechanism of their action is not known [76, 77]. Keeping in view good antibacterial activity of SnO2 against E.大肠杆菌 and S. aureus , we performed molecular docking studies to identify their possible mechanism of action against β -lactamase and DNA gyrase enzymes as potential target.

In case of β -lactamase from E.大肠杆菌 the best binding score observed was − 5.71 kcal/mol showing H-bonding interaction with Lys239 (1.80 Å) and Gly235 (1.66 Å) alongside metal contact interaction with Gln35 as shown in Fig. 12a, b. Similarly, the top binding score obtained for DNA gyrase from E.大肠杆菌 was − 9.57 kcal/mol having H-bonding interaction with Thr163 (1.46 Å), Gly77 (1.43 Å) and Glu50 (3.36 Å) along with metal contact interaction with Gly75 as depicted in Fig. 12c, d.

一 , b Binding interaction pattern of SnO2 nanoparticle with active site residues of β -lactamase and c , d DNA gyrase from E.大肠杆菌

The best binding score obtained for β -lactamase of S. aureus was − 11.83 kcal/mol. The binding patterns of SnO2 inside active pocket involved H-bonding interaction with Ser400 (2.16 Å), Gly522 (1.99 Å) and Ileu524 (1.90 Å). In addition, metal contact interaction was observed between SnO2 and Gln521 as depicted in Fig. 13a, b. For DNA gyrase from S. aureus the best conformation obtained showed H-bonding interaction with Gly85 (2.55 Å) and Thr173 (1.54 Å) having binding score − 8.61 kcal/mol (Fig. 13c, d).

一 , b Binding interaction pattern of SnO2 nanoparticle with active site residues of β -lactamase and c , d DNA gyrase from S. aureus

结论

In summary, tin oxide nanoparticles annealed at various temperatures were synthesized by a facile and simple precipitation process. Annealing of samples at 250 °C during synthesis produced predominantly orthorhombic SnO which transformed to SnO2 at 500 and 750 °C. The XRD and HRTEM analyzes revealed that nanoparticles possessed orthorhombic structure while particle size increased initially with an increase in temperature to 500 °C followed by a decrease at 750 °C. Large particle size at 500 °C was attributed to unique structure exhibited by the sample annealed at that temperature. Fabricated nanostructures demonstrated well-crystallized behavior along with agglomeration. Photoactivity of annealed tin oxide nanomaterials was evaluated by decomposing MB dye that was used as a model organic contaminant and a comparison between annealed samples was realized. Product synthesized at 500 °C exhibited 6% higher activity compared to sample annealed at 250 °C during degradation of MB. Maximum MB degradation attained in this study was 92% after 80 min irradiation time by 500 °C sample. It is suggested that radical (*OH ¹⁻ and *O2 ⁻ ) and holes are major active entities in photocatalysis process. In silico predictions are in good agreement with in vitro bactericidal activity of SnO2 NPs. Molecular docking studies of SnO2 NPs against selected enzymes, i.e., beta lactamase and DNA gyrase, suggested their tendency to impede activity of these enzymes that need to be further explored and confirmed through enzyme inhibition assay studies.

数据和材料的可用性

所有数据完全可用，不受限制。

缩写

EDS：

Energy-dispersive x-ray spectroscopy

FTIR：

傅里叶变换红外光谱

G  +ve:

Gram-positive

G −ve:

Gram-negative

HR-TEM：

高分辨透射电子显微镜

JCPDS：

粉末衍射标准联合委员会

NP：

纳米粒子

SnO:

Tin oxide

UV–Vis:

Ultra-violet visible spectroscopy

XRD：

X射线衍射