NbおよびTaセレニド/テルル化物ナノコンポジットの経済的合成と触媒・抗菌性能の比較評価

概要

本研究は、繊維、製紙、染色工業の汚染物質除去および医療分野への有用な応用を持つニオブ（Nb）およびタンタル（Ta）セレニドとテルル化物を、経済的でアクセスしやすい方法で合成する比較研究です。固相法でナノコンポジットを生成し、様々なキャラクタリゼーション手法で2群の材料を比較評価しました。合成材料の構造、形態、元素組成、官能基をXRD、EDS付きFESEM、FTIR、ラマン分光で分析。HR-TEM像でナノスケール粒子の四方晶系と単斜晶系の結晶構造を表示。UV-Vis分光でカットオフ波長と光学バンドギャップの観点から光学特性を評価。両化合物群の触媒的・殺菌的特性について比較評価を実施。抽出ナノコンポジットを触媒として用いた場合、互いに同質異形であるにもかかわらず、還元剤としてNaBH₄を用いたメチレンブルー（MB）染料の触媒分解において明確に異なる挙動を示しました。この特異な偏差は、それらの間のわずかな構造差に起因する可能性があります。Escherichia coliとStaphylococcus aureus（グラム陰性菌と陽性菌）をモデル菌株として、ディスク拡散法で両群のin vitro抗菌試験を実施。テルル化物系（阻害ゾーン26〜35 mmの有意な抑制）がセレニド系（阻害ゾーン直径0.8〜1.9 mm）より優れた抗菌効果を示しました。さらに、ナノ粒子と標的細胞タンパク質の活性部位との結合相互作用パターンを明らかにするため分子ドッキング研究を実施。その結果は抗菌試験結果と一致し、NbTe₄がFabHおよびFabI酵素に対する最良の阻害剤であることを示唆しています。

導入

遷移金属カルコゲナイドTMCs（M=Ti、V、Nb、Ta、Mo、W等；C=S、Se、Te）は、望ましい光学的、電気的、電気化学的特性により、電子工学、エネルギー変換・貯蔵、光起電力、熱電、触媒など多くの産業分野で有望な材料です。最近、ニオブおよびタンタルドープのセレニドとテルル化物が、半導体、赤外可視上方変換、ガスセンサー、レーザーダイオード、医療診断、光検出デバイス、光触媒、超伝導体、トポロジカル絶縁体または半金属などの潜在的用途で注目されています。一般に、遷移金属カルコゲナイドはMC₂、MC₃、MC₄系として存在し、Mは遷移金属、C=S、Se、Teです。下位セレニドおよびテルル化物MC₂は、金属原子が八面体サイトで層間に位置する高度に層状の二次元（2D）構造を持ちます。グラフェン（2004年に発見された最初の2D材料）、黒リン、六方最密充填窒化ホウ素などの2D材料は、独自の電子的、構造的、光学的、磁気的特性により広く探究されてきました。一方、MC₃とMC₄は見かけ上非層状構造で、MCの無限鎖を持つ準一次元配置で結晶化します。化学式は両族で類似していますが、構造的にはわずかに異なります。これらの構造差が電気伝導特性の変化を生じさせます。テルル化物を硫化物やセレニドと区別する重要な特徴は、Teの大きな原子番号です。Teの価電子軌道の拡散的性質とより共有結合的な性質が強いスピン軌道（SO）結合をもたらします。現在、強いSO結合を持つ材料は凝縮系物理学で大きな関心を集めています。この点で、大きな原子番号を持つ低次元準（1D）テルル化物（NbTe₄）の超伝導が調査されています。様々な分野でのTMナノ構造セレニド/テルル化物の需要増大に対応するため、ゾルゲル法、電気紡糸法、配向付着プロセス、化学気相成長法、有機溶液系高温合成法、テンプレート指向法、水熱/溶媒熱反応など、多くの合成アプローチが採用されてきました。

様々な産業から排出される有機染料・顔料の毒性による大規模な環境汚染は、世界的な健康リスクの主要な原因となっています。これらの非生分解性廃棄物を従来の水処理法で除去することは、複雑な芳香族構造、親水性、光・化学物質・温度に対する安定性のために非現実的です。したがって、効果的で便利かつ経済的な分解技術の開発が最近極めて重要視されています。これまで、物理的、生物学的、化学的手法に基づく様々な実践が染料汚染廃水処理に採用されてきました。これらの手法は、高コスト、低効率、遅速、高エネルギー投入のため実用性に欠けます。対照的に、触媒還元プロセスは比較的迅速、安価、低温処理であるため好ましい選択肢です。この点で、VSe₂（光触媒・スーパーキャパシタ）、YbドープWTe₃（超短パルスレーザー・増幅器）、TaSe₃（超伝導体）、TaSおよびNbSe₃（半導体）など、いくつかの遷移金属カルコゲナイドが報告されています。ここで指摘しておくべきは、本研究で調査した化合物を用いたNaBH₄によるメチレンブルー（MB）の触媒還元については、これまでほとんど注目されてこなかったことです。

医療分野では、金属複合体の抗菌特性が古くから認識され、医学史上最も画期的なイノベーションのいくつかに成功裏に利用されてきました。遷移金属の中では、Ta化合物が非反応性、無毒性、生体適合性により優れた抗菌剤として報告されています。一方、殺菌剤として用いられるNb複合体に関する研究はかなり限られています。

以上を踏まえ、遷移金属（Nb、Ta）のセレニドとテルル化物を合成し、それらの触媒的・抗菌的特性を評価することで比較研究を行うことを意図しました。当方の知る限り、このような比較研究はこれまで報告されていません。固相法でセレニド（TaSe₃、Nb₂Se₃）とテルル化物（TaTe₄、NbTe₄）を合成し、単離生成物を元素分析、FTIR、ラマン、EDS、FESEM、HRTEM、UV-Vis分光でキャラクタリゼーション。さらに、局所分離細菌株E. coliとS. aureusの細胞タンパク質とナノ粒子の結合相互作用パターンを評価するため分子ドッキング研究を実施。本研究の目的は、遷移金属のテルル化物とセレニドの触媒的、殺菌的、分子ドッキング性能に関する比較的振る舞いを評価することです。

方法

本研究は、遷移金属のテルル化物とセレニドの比較的振る舞いを評価し、それらの触媒的、殺菌的特性、分子ドッキング解析を調査することを目的としました。

化学薬品

五塩化ニオブ-NbCl₅（99%）、五塩化タンタル-TaCl₅（99.8%）、二酸化セレン-SeO₂（≥99.9%）、二酸化テルル-TeO₂（≥99%）、メチレンブルー（MB）、ホウ化ナトリウム（NaBH₄）、硝酸HNO₃（65%）はSigma-Aldrichから入手。塩酸HCl（37%）はRiedel-de Haenから購入。王水でガラス器具を洗浄後、二重蒸留水で2回洗浄。栄養寒天培地はMerckから購入。純粋な細菌株はラホールのG.C.大学動物学部から提供。使用前の追加精製処理は行いませんでした。

遷移金属セレニドおよびテルル化物の合成

テルル化物群（TaTe₄、NbTe₄）とセレニド群（TaSe₃、Nb₂Se₃）の2群を、標準的固相法で合成（図1参照）。前駆体金属塩化物（TaCl₅、融点216℃、NbCl₅、融点204.7℃）をそれぞれカルコゲン酸化物（TeO₂、融点732℃、SeO₂、融点340℃）と15分間徹底的に混合・粉砕し、粒子間の接触面積を拡大して均質性を確保。 resultant mixtureをマッフル炉で550℃、48時間保持して溶融。最初に炉温を50℃/時で上昇。その後、10℃/時で室温まで冷却し、生成物を取り出し。前駆体金属塩化物中の塩素は高温で酸化され、以下の可能性のあるメカニズムを示す[45]。

触媒評価

合成ナノコンポジットの触媒ポテンシャルを、NaBH₄存在下でのメチレンブルー（MB）還元速度測定で評価。MBは化学実験で酸化還元指示薬として広く用いられる陽イオン性染料。1 mM MB溶液を脱イオン水で希釈し、新調した100 mMホウ化ナトリウム（NaBH₄）溶液400 μLを添加。その後、合成化合物を溶液に混入し5分間攪拌。試料の脱色は、NaBH₄存在下でのMBからロイコメチレンブルー（LMB）への変換を表す（式2参照）。反応を分光光度法で監視し、25℃で250〜750 nm範囲で665 nmの吸光度を定期的に記録。

抗菌活性

合成材料の殺菌作用を、グラム陽性菌Staphylococcus aureusとグラム陰性菌Escherichia coliに対して、無菌条件下でWhatman濾紙をディスクとして用いたディスク拡散法で検討。1×10⁷ CFU/mLの細菌培養液を栄養寒天平板に塗布し、各濃度（0.25、0.5、1 mg/mL）を用いて合成ナノコンポジットの感受性を脱イオン水（DIW）を陰性対照として比較検討。接種寒天平板を37℃で一晩好気培養し、阻害ゾーンをメータースケール（mm）（Image Jソフトウェア）で測定。実験を3回繰り返し、結果の再現性と信頼性を確保。

材料キャラクタリゼーション

合成生成物の構造と結晶相に関する情報を、40 kV、30 mAで動作するX線回折計（PANalytical X'Pert PRO）で取得。Cu-Kα線（λ=1.540 Å）、2θ=20〜80°、走査速度0.02°/s。Philips独自ソフトウェアX'Pert HighScore Plusで曲線フィッティングと積分を実施。形態的特性と元素組成を、エネルギー分散型X線EDS分光器搭載FESEM（JSM-6460LV）で取得。さらに、Philips（CM30）とJEOL（JEM 2100F）のHRTEMで層間隔を評価。光学特性を、120〜1100 nm範囲で動作するUV-Vis（GENESYS 10S）分光光度計で決定。FTIRで官能基を検出（Perkin Elmer分光計、4000〜400 cm⁻¹範囲）。ラマン散乱実験を、532 nm波長のダイオードレーザー励起源を装着したラマン分光計で粉末サンプルに実施。

分子ドッキング研究

合成テルル化物とセレニドの分子ドッキング研究を実施し、殺菌活性の基盤となるメカニズムを理解。細菌の生存と成長に不可欠なタンパク質を標的としました。様々な生合成経路に属する複数のタンパク質ターゲットを分子ドッキング研究用に選択：β-ラクタマーゼ、ジヒドロホル酸還元酵素、エノイル-[アシルキャリアタンパク質]還元酵素（FabI）、β-ケトアシル-アシルキャリアタンパク質シンターゼIII（FabH）。β-ラクタマーゼとジヒドロホル酸還元酵素は、細菌生存に必要な細胞壁と葉酸の生合成で極めて重要な役割を果たします。同様に、FabHとFabI酵素は細菌細胞の脂肪酸生合成経路の鍵ステップを触媒します[46,47,48]。

E. coliとS. aureusのターゲットタンパク質の高品質結晶構造をProtein Data Bankから取得（図2）。PDB ID: 3Q81（分解能2.1 Å）[49]、1RD7（分解能2.6 Å）[50]、4D41（分解能2.3 Å）[51]、5BNR（分解能1.9 Å）[52]のタンパク質を選択し、ナノ粒子とタンパク質活性ポケット残基との分子相互作用を理解。

ICM v3.8-4a以上（Molsoft L.L.C., La Jolla, CA）ソフトウェアを分子ドッキング研究に使用[53]。ICM Molsoftの受容体準備ツールでタンパク質構造準備を実施：水分子と共結晶化リガンドの除去、デフォルトパラメータとフォースフィールドによるエネルギー最小化と構造最適化。その後、グリッドボックスで結合ポケットを指定し、ナノ粒子と活性部位残基との相互作用パターンを調べるため10個のベストドッキングコンフォメーションを生成。

テルル化物とセレニドの既報構造をPubChemから.cif形式で取得し、Gaussian 09ソフトウェアとICM Molsoftのリガンド準備ツールを用いてTaドープ、Nbドープテルル化物およびセレニド構造を作成。

結果と考察

図3aは550℃でアニールした調製コンポジットのXRDパターンを示す。全サンプルの特徴的ピークはJCPDSデータベースとよく一致。テルル化物群では、TaTe₄（♦）の四方晶系（C1、BrandonとLessard 1983）[16, 54]とNbTe₄（♥）の四方晶系（C2、JCPDS 77-2283）[55]がXRDパターンで特定された主要相。共通回折ピーク（α印）が21.8°（101）、26.1°（110）、28.6°（111）、29.8°（102）、48.4°（212）、55.1°（114）、62.2°（302）、75.1°（322）、77.7°（106）に見られ、未反応四方晶系TeO₂（融点732℃）（JCPDSカードNo.78-1713）[56]に指数付け可能。セレニド群では、C3とC4でTaSe₃（♠）の単斜晶相（JCPDSファイル: 18-1310）[7, 57]とNb₂Se₃（*）（JCPDSカードNo. 01-089-2335）[1]が検出され、hkl面に割り当て。また、各遷移金属酸化物も調製サンプルで生成。C3の回折ピーク（β）が2θ=22.8°と28.4°に（001）と（1110）面に対応し、斜方晶Ta₂O₅相（JCPDS 025-0922）[45]に帰属。C4のピークが23.7（110）、27.2（−213）、36.7（115）、50.1（308）に位置し、単斜晶Nb₂O₅（γ）（JCPDSファイルNo. 37-1468）[58]に起因。C1、C2、C3、C4ナノ粒子の平均結晶子サイズ（それぞれ22.2、22.16、26.7、10.04 nm）をDebye-Scherrer式でFWHMから計算。選択領域電子回折（SAED）パターンで結晶テクスチャの追加確認（図3b-e）。SAEDとXRDは互いにアナログだが、前者は単色X線 대신電子ビームを使用する点のみ異なる[59]。XRDは結晶構造同定の主要手法だが、不均一ナノ結晶サンプルにはほとんど使用できない。X線の電子との相対的弱い相互作用により電子密度分布のみ検出可能だが、高分解能TEMでは電子ビームが電場と核場の両方と強く相互作用し、X線回折より高倍率の結晶構造が得られる[59, 60]。図3b-eは対応サンプルのSAEDパターンを示し、同心環がhkl反射面に指数付けされXRD結果と整合[61, 62]。SAEDパターン（b、c）のいくつかの同心円内の明るい反射スポットは合成ナノコンポジットが結晶性であることを示し、これらの明るい環間の弱い反射は非晶質化合物の存在を示唆。さらに、（d）のSAED環に明るいスポットがなく、（e）にわずかなスポットしかないことは、それぞれ非晶質とわずかな結晶性を示す[63, 64]。結晶構造の更なる洞察のため、C1とC2のHRTEMを実施、結果を図3f、gに提示。HRTEM像の明確な格子縞はナノ粒子の高い結晶性を示し[65]、d-spacingが∼0.315 nmと0.347 nmで、それぞれ四方晶TeO₂（JCPDS no. 78-1713）の（111）面と四方晶NbTe₄（JCPDS 77-2283）[55]の（002）面の間平面距離とよく一致。

550℃、48時間アニール後の最終生成物の代表的なFESEMとHRTEM像を図4に示し、NPの表面形態と結晶構造を詳細化。テルル化物群のFESEMマイクログラフ（a、b）ではC1にフレーク状微結晶、C2に平均直径22 nmの非均一不規則形状粒子が凝集傾向を示す。セレニド群のFESEM像（c、d）ではC3に平板/円盤状構造が平坦面上に分散、C4に10〜27 nmサイズのNP凝集を観察。これらの構造は高分解能TEMで高倍率観察（図4e-h）とインセット（左上、50 nm分解能）でより明確になり、ナノ粒子形成を確認。

エネルギー分散型X線分光法（EDS）で合成ナノコンポジットの元素組成を決定。EDSスペクトル（図5）で各サンプルの構成元素（Ta、Nb、Te、Se、O）の存在を確認。スペクトルより、C1に16.0 wt% Ta、65.6 wt% Te、C2に15 wt% Nb、66.3 wt% Teが含まれ、これらの値はTaTe₄とNbTe₄の元素原子比（∼1:4）と整合。炭素と銅の信号はFESEM測定用のカーボンコートサンプルとCuグリッドに由来[7, 66]。スペクトルに汚染に関連する他のピークや元素は観測されず、固相合成の結果生成した生成物の純度を保証。

合成コンポジットC1、C2、C3、C4の化学結合の性質と官能基を、400〜4000 cm⁻¹範囲で実施したFTIR研究で解明（図6a）。3432と1627 cm⁻¹の有意な透過バンドはO-H基の伸縮振動周波数に関連[7]。テルル化物スペクトルC1、C2では、658 cm⁻¹の強いピークが三角双錐（tbp）TeO₄単位におけるTe-O結合の伸縮振動に対応[67]。776 cm⁻¹の振動バンドはC1のTa-O-Ta結合[68]とC2のNbO₄四面体単位[69]の存在を示唆。調製セレニドコンポジットC3、C4のスペクトルでは、700 cm⁻¹付近の伸縮振動モードによるSe-O結合の存在を示唆[70]。700〜900 cm⁻¹領域の透過ピークは、C3のTa-O-Ta結合[3]とC4のNb-O結合[69]に割り当てられる金属酸化物結合。ラマン分光を50〜1050 cm⁻¹範囲で実施し、合成コンポジットの様々な構造単位を解明（図6b）。テルル化物サンプル（C1、C2）のラマン散乱は、100〜250、350〜450、550〜850 cm⁻¹の3領域で観測。第1領域100〜250 cm⁻¹はC1のTa-O単位の伸縮振動、C2のNb-O-Nb連結の振動曲げ、Nb₂O₅八面体に対応[71,72,73,74]。有望な第2領域350〜450 cm⁻¹のピークはTe-O-Te結合の対称伸縮に帰属[75]。第3領域は550〜850 cm⁻¹の広いバンドで、C1の末端Ta-O結合、Te-O/Nb-O伸縮振動、TaO₆/Nb₂O₅八面体モード、C2のそれらに対称的なラマンモード[71,72,73,74]。セレニド化合物C3、C4では（XRDとHRTEM結果で非晶質または低結晶性と観察）、ラマンシフトは580〜780 cm⁻¹のみで観測され、C3のTa₂O₅モイエティ[68]とC4のNb-O結合の伸縮[72, 73]に加え、末端Se-Oブリッジング振動[76]の存在を示唆。観測されたラマン散乱とスペクトルの振動モードは、XRDデータから導かれる構造的関係と相関。

調製サンプルC1、C2、C3、C4の光学測定と追加構造特性を、UV-Vis（GENESYS 10S）分光光度計で285〜400 nm範囲で実施。図7aは吸光度を縦軸、波長（nm）を横軸とした吸収曲線。全育成サンプルが250〜350 nm範囲で吸光度を示し、UVゾーンでの吸収を吸収曲線が示す[77, 78]。テルル化物とセレニドの両方で、吸収端直下の292 nm付近に強い吸収バンドを観測。これはTa⁺⁵、Nb⁺⁵イオンの電子遷移、および/またはTe/Se原子上の孤立電子対によるもの。吸収カットオフ波長は光学吸収が急激に増大し始める波長として取り[4]、コンポジットの光学バンドギャップ評価に使用[79, 80]。直接バンドギャップエネルギー（Eg）は（αhυ）²をy軸、hυをx軸にプロットし、線形フィットをx軸に外挿して推定（図7b）。x軸切片値（3.99、3.91、3.87、3.82 eV）がそれぞれC1、C2、C3、C4の推定バンドギャップに対応し、これらNPがワイドバンドギャップ材料であることを示す。

図8a-eは、NaBH₄とナノコンポジット存在下でのメチレンブルー触媒分解を分光光度計で検討した結果。NaBH₄存在下での染料分解速度を図8a、TaTe₄（C1）、NbTe₄（C2）、TaSe₃（C3）、Nb₂Se₃（C4）の触媒効率を図8b-eに示す。C2とC3で顕著な触媒活性を記録し、メチレンブルー濃度の連続的な減少をもたらしました。MBからロイコメチレンブルーへの変換にわずか3〜5分しか要しません（図8c、d）。C1とC4では無視できる触媒性能（図8b、e）。低触媒効率は、化学的に同質異形の構成を持つにもかかわらず、材料の準一次元MC鎖配列にわずかな構造差が存在するためと説明可能[17,18,19]。合成ナノコンポジストの染料分解曲線を図8fに示す。C2とC3の分解曲線は急峻な低下を示し、他サンプルの曲線は標準MB曲線からわずかな差しか示さず、C2とC3が他サンプルより高い触媒ポテンシャルを持つことを実証。メチレンブルーの%分解は以下の式で計算：

%分解 = 100 − (C_t × 100∕C_o) （3）

初期MB吸光度をC_o、時刻tでの吸光度をC_tで表す。C2（19.9%/分）とC3（33%/分）で顕著な染料分解ポテンシャルを示し、残りサンプルでは無視できる活性（図8g）。ナノコンポジットの触媒効率を定量的に推定するために疑似一次反応[81]を用い、以下の式（式4）で速度定数を計算。

ln [C_o∕C_t] = kt （4）

C_oは染料初期濃度、kは速度定数[82]。図8hは吸光度曲線から得られた速度定数値。C3、C2、C4、C1でそれぞれ1.0325/分、0.776/分、0.086/分、0.0803/分。高速度定数のC3がメチレンブルー分解で顕著な触媒効率を示し、C2も高触媒効率、残りサンプルは効果的ナノ触媒とは証明されず。

調製テルル化物（C1、C2）とセレニド（C3、C4）の抗菌感受性を寒天ディスク拡散法で評価。E. coliとS. aureusに対する阻害ゾーンを表1に記録（図9）。テルル化物群の抗菌活性はC3、C4より大きい；最大阻害ゾーンはC2の1 mg/mL濃度でE. coli（35 mm）とS. aureus（32 mm）に記録。同様にC1もD4濃度で最大阻害、E. coli28 mm、S. aureus29.5 mm。しかし、D2、D3濃度ではD4より低い殺菌活性；この傾向はナノコンポジットの濃度依存的細胞毒性効果を表す。相乗効果とNP濃度、阻害ゾーン（mm）の間に直接比例関係を観察[83]。棒グラフはC3（TaSe₃）とC4（Nb₂Se₃）で無視できる殺菌活性を示し、セレン（Se）が必須微量栄養素で細菌増殖を促進し、サンプルの抗菌ポテンシャルを低下させるため[84]。テルル化物でNP濃度増加に伴う細菌増殖の顕著な減少は、金属イオンの酸化還元反応の結果として反応性酸素種（ROS）が形成され、酸化ストレスを引き起こし、特定酵素の増殖を阻害し、細菌DNAを破壊して細菌死滅に至ることに起因[85]。回収コンポジットの全電荷は正、細菌細胞壁は陰性。一つの可能な反応機構は、金属イオンの陽イオン相互作用が細菌リボソームと酵素を機能不全に陥らせ、結果として微生物病原体の崩壊を招くこと[86]。

ナノ粒子の抗菌効力の基盤となる分子的・原子レベルの事象を理解するには、それらの可能性のあるタンパク質ターゲットとの結合相互作用を評価することが重要。本研究で選択した酵素ターゲットは、細菌の生存と成長に不可欠な生合成経路に属します。分子ドッキング研究で、E. coliとS. aureusに属する複数の酵素ターゲットと、金属ドープテルル化物およびセレニドの結合相互作用パターンを評価。ニオブドープテルル化物（NbTe₄）のS. aureusのエノイル-[アシルキャリアタンパク質]還元酵素（FabI）とE. coliのβ-ケトアシル-アシルキャリアタンパク質シンターゼIII（FabH）でベストドッキング複合体を取得（図10参照）。

E. coliのβ-ケトアシル-アシルキャリアタンパク質シンターゼIII（FabH）とのNbTe₄ベストドッキング構成のドッキングスコアは−4.361 kcal/mol。NbTe₄ NPがAla246とIle156と水素結合相互作用を形成、結合距離1.4 Åと1.5 Å（図11）。さらに、脂肪酸生合成経路のもう一つの重要酵素であるエノイル-[アシルキャリアタンパク質]還元酵素（FabI）の阻害は細菌死滅につながる。FabI活性ポケットへのNbTe₄ NPドッキングで得られた結合スコア−3.829 kcal/molは、Met12との水素結合相互作用とGly13との金属接触に起因（図12）。

インシリコ知見は抗菌活性と良好に一致し、NbTe₄ NPが最大阻害ゾーンを示し、脂肪酸生合成経路に属するFabHとFabI酵素に対する潜在的阻害剤であることを示唆。これらナノ粒子のヒトと動物への潜在的毒性効果に関する懸念に対処することが重要。ヒトではニオブ金属の毒性効果はこれまで報告されていない；しかし、動物ではタンタルや他のテストされた希少元素と比較してより高い毒性を示す。ニオブによるマウス肝臓酸素コハク酸脱水素酵素の阻害効果はHoreckerら[87]が最初に気づき、後にCochranとその共同研究者たち[88]が調査し、ニオブの毒性を金属活性化酵素反応への干渉に帰属させた。ヒトと動物の毒物学的観点からのテルル生化学はセレンほど広くレビューされていない。テルルとセレンは多くの化学的類似性を示すが、テルルの栄養的役割は報告されていない。さらに、微量のTeが様々な生物で慢性および急性毒性を誘発することが報告されている[89]。生物学的環境では、Teは生理的pHでの溶解度が低く、Seと比較して容易に亜テルル酸（TeO₃²⁻）、テルル酸（TeO₄²⁻）、またはTeO₂に酸化されるため、異なる振る舞いを示す。二酸化テルルは生物学的pHで水不溶、テルルの還元生成物H₂Teは光と空気の影響でH₂Seと比較して容易に分解。これらのテルル特性は、セレンより生物学的毒性が低い元素であることを示す。他の哺乳類と同様、ヒトにテルル塩を注射すると、還元とメチル化が起こり、Te⁰と（CH₃)₂Teが生成され、呼吸、排尿、発汗で体外へ排出される[90]。

結論

遷移金属（Ta、Nb）のセレニドとテルル化物の2クラス、TaSe₃、Nb₂Se₃、TaTe₄、NbTe₄の組成で、標準的固相法により合成に成功。結晶学的・形態学的証拠は単斜晶系セレニドと四方晶系テルル化物の結晶化を示し、ナノレジームでの粒子凝集傾向を示唆。XRDから得られた推定平均結晶子サイズ（∼10〜22 nm）とd-spacing（（111）面で0.31 nm、（002）面で0.34 nm）はHR-TEM結果と整合。各サンプルの構成元素（Ta、Nb、Se、Te、O）の存在がEDSスペクトルで確認され、それらの相対原子比と整合。NPから得られたFTIRとラマンスペクトルの透過・吸収ピークは、Nb-O/Te-O、TaO₆、NbO₄、Se-O/Ta₂O₅、Se-O/Nb-O構造単位の存在を示唆。光学特性は両群抽出生成物がワイドバンドギャップエネルギー（3.82〜3.99 eV）の半導体であることを開示。構造のわずかな差異により、NbTe₄とTaSe₃がTaTe₄とNb₂Se₃より良好な触媒ポテンシャルを示す。さらに、グラム陽性Staphylococcus aureusとグラム陰性Escherichia coliに対するテルル化物群の実質的抗菌効力は、遷移金属テルル化物がセレニド群より有望な殺菌管理剤であることを示唆。NbTe₄結晶の分子ドッキング調査は、標的タンパク質活性部位内での顕著なドッキングスコアと相互作用機構を示し、FabHとFabI酵素の潜在的阻害剤として使用可能であり、その阻害特性について更なる探究が可能。

データと材料の入手可能性

すべてのデータは制限なく完全に入手可能です。

略語

Eg:

バンドギャップエネルギー

EDS:

エネルギー分散型X線分光法

FESEM:

電界放出型走査電子顕微鏡

FTIR:

フーリエ変換赤外分光法

(G + ve):

グラム陽性

(G –ve):

グラム陰性

HR-TEM:

高分解能透過電子顕微鏡

JCPDS:

粉末回折標準合同委員会

MB:

メチレンブルー

nm:

ナノメートル

Nb:

ニオブ

PL:

光発光

UV-Vis:

紫外可視分光法

Ta:

タンタル

XRD:

X線回折