هیدروژل نانوکامپوزیت ZnO-کیتوزان سازگار با محیط زیست حاوی آلژینات سدیم/پلی‌وینیل الکل/زعفران برای کاربردهای ضدباکتری پیشرفته

این مطالعه به گزارش سنتز سبز، توسعه و مشخصه‌یابی نانوذرات اکسید روی دوست‌دار محیط‌زیست پوشش‌داده‌شده با کیتوزان و ترکیب آن‌ها در هیدروژل پلی‌وینیل‌الکل/سدیم‌آلژینات/زعفران برای کاربردهای ضدباکتریایی افزایش‌یافته می‌پردازد. نانوذرات اکسید روی با استفاده از عصاره پوست به (Cydonia oblonga) زیست‌سنتز شدند که ذراتی نیمه‌کروی با اندازه متوسط حدود ۷۲ نانومتر به دست داد. پوشش کیتوزان پراکندگی ذرات، یکنواختی سطح و پایداری کلوئیدی را بهبود بخشید و در عین حال بار سطحی (پتانسیل زتا از ۲۷- به ۶/۱۱- میلی‌ولت) را تغییر داد و در نتیجه زیست‌سازگاری و پتانسیل ضدباکتریایی را افزایش داد. نانوذرات اکسید روی پوشش‌داده‌شده با کیتوزان از طریق روش انجماد‑ذوب در ماتریس هیدروژل پلی‌وینیل‌الکل/سدیم‌آلژینات/زعفران وارد شدند تا زیست‌سازگاری بهبود یابد و ساختاری بسیار متخلخل ایجاد شود. افزودن نانوذرات اکسید روی پوشش‌داده‌شده با کیتوزان، حداکثر نسبت تورم را از ۸۹/۱±۹۱/۲۲۰ درصد (پلی‌وینیل‌الکل/سدیم‌آلژینات/زعفران) به ۷۷/۱±۳۹/۵۸۹ درصد افزایش داد و آب‌دوستی را بهبود بخشید که با اندازه‌گیری زاویه تماس تأیید شد. آزمون‌های ضدباکتریایی (انتشار دیسک) نشان داد که هیدروژل پلی‌وینیل‌الکل/سدیم‌آلژینات/زعفران حاوی نانوذرات اکسید روی پوشش‌داده‌شده با کیتوزان، هاله‌های بازدارنده به اندازه ۲۰/۰±۶۴/۴ میلی‌متر (برای استافیلوکوکوس اورئوس)، ۱۰/۰±۵۵/۱ میلی‌متر (برای اشریشیا کلی) و ۱۴/۰±۹۴/۴ میلی‌متر (برای باسیلوس سرئوس) ایجاد کرد، در حالی که هیدروژل پایه پلی‌وینیل‌الکل/سدیم‌آلژینات/زعفران بازدارندگی ناچیزی داشت. اثر ضدباکتریایی افزایش‌یافته به عملکرد هم‌افزایی نانوذرات اکسید روی و کیتوزان از طریق تخریب غشای باکتری، تولید گونه‌های فعال اکسیژن و اختلال متابولیک نسبت داده می‌شود که احتمالاً توسط ترکیبات زیست‌فعال زعفران (کروسین و سافرانال) تقویت شده است. این یافته‌ها پتانسیل هیدروژل پلی‌وینیل‌الکل/سدیم‌آلژینات/زعفران حاوی نانوذرات اکسید روی پوشش‌داده‌شده با کیتوزان را به عنوان زیست‌مواد ضدباکتریایی دوست‌دار محیط‌زیست برجسته می‌کند؛ با این حال، ارزیابی‌های بیشتری برای تأیید کاربرد بالینی مورد نیاز است.

This study reports the green synthesis, development, and characterization of novel eco-friendly zinc oxide nanoparticles (ZnONPs) coated with chitosan (ZnO NPs–Chsn) and their incorporation into a polyvinyl alcohol/sodium alginate/saffron (PSS)hydrogel for enhanced antibacterial applications. ZnO NPs were biosynthesized using quince (Cydonia oblonga) peel extract, yielding semi-spherical particles with an average size of ~72 nm. The Chsn coating improved particle dispersion, surface unifor-mity, and colloidal stability while modifying the surface charge (zeta potential from −27 to −11.6 mV), thereby enhancing biocompatibility and antibacterial potential. The ZnO NPs–Chsn were integrated into the PSS hydrogel matrix via a freeze–thaw method to improve biocompatibility and generate a highly porous structure. Incorporation of ZnO NPs–Chsn increased the maximum swelling ratio from 220.91% Æ 1.89% (PSS) to 589.39% Æ 1.77% and enhanced hydrophilicity, as confirmed by contact angle (CA) measurements. Antibacterial assays (disc diffusion) showed that the PSS/ZnO NPs–Chsn hydrogel produced inhibition zones of 4.64 Æ 0.20 mm (S. aureus), 1.55 Æ 0.10 mm (E. coli), and 4.94 Æ 0.14 mm (B. cereus), compared with negligible inhibition for the base PSS hydrogel. The enhanced antibacterial effect is attributed to the synergistic action of ZnO NPs and Chsn throughbacterial membrane disruption, reactive oxygen species (ROS) generation, and metabolic impairment, potentially boosted by thebioactive compounds in saffron (crocin and safranal). These findings highlight the potential of PSS/ZnO NPs–Chsn hydrogels aseco-friendly antibacterial biomaterials; however, further evaluations are required to confirm clinical applicability.