Journal Article

The effect of coffee as a bio reductant in the synthesis of silver nano particles combined with laser photodynamics for bacteria inactivation

Nurdin, D. Z. I., Abd Razak, N. A., Susilo, Y., Arifianto, D., Zaidan, A. H., Astuti, S. D., Yessica, A., Yaqubi, A. K.

2025

Overview

Abstract Silver nanoparticles (AgNPs) have gained significant attention in antimicrobial treatments due to their potent antibacterial properties and potential applications in combating antibiotic-resistant pathogens. Green synthesis of AgNPs using natural extracts provides an eco-friendly and scalable alternative to chemical methods, leveraging plant bioactive compounds to enhance nanoparticle efficacy. Coffee extract, rich in polyphenols, effectively reduces mixed silver ions into pure silver nanoparticles at the nanoscale. This process not only provides an eco-friendly and sustainable method for AgNP synthesis but also ensures the production of high-quality nanoparticles with enhanced antibacterial properties, making it a promising alternative to traditional chemical reduction methods. This study investigates the biosynthesis of AgNPs using robusta, excelsa, and arabica coffee extracts as bioreductors, capitalizing on coffee’s abundance and richness in polyphenols to produce efficient, customizable nanoparticles with improved antibacterial properties. The synthesized AgNPs were characterized using Ultraviolet-Visible (UV-Vis) spectroscopy and a Particle Size Analyzer (PSA). Antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) with red laser exposure was employed to evaluate the effect of various energy densities on bacterial samples. Antibacterial efficacy was assessed using the diffusion well and Total Plate Count (TPC). The UV-Vis analysis revealed peak absorbance wavelengths of 425 nm, 450 nm, and 500 nm for robusta, arabica, and excelsa coffee extracts, respectively. PSA results indicated particle sizes at D50 of 73.08 nm (AgNPs-Arabica), 67.85 nm (AgNPs-Robusta), and 67.67 nm (AgNPs-Excelsa), confirming their nanoscale range (1–100 nm). Antibacterial tests showed the highest Escherichia coli bacterial death rate (95.73%) with AgNPs-Arabica and red laser treatment. Compared, Staphylococcus aureus bacterial death peaked at 94.97% with AgNPs-Excelsa and red laser treatment. These findings highlight the potential of green-synthesized AgNPs as effective antimicrobial agents, particularly when combined with laser-based therapies, offering innovative approaches for treating bacterial infections. Resumo Nanopartículas de prata (AgNPs) ganharam atenção em tratamentos antimicrobianos devido às suas potentes propriedades antibacterianas e potenciais aplicações no combate a patógenos resistentes a antibióticos. A síntese verde de AgNPs usando extratos naturais fornece uma alternativa ecológica e escalável aos métodos químicos, aproveitando compostos bioativos vegetais para aumentar a eficácia das nanopartículas. O extrato de café, rico em polifenóis, reduz efetivamente os íons de prata mistos em nanopartículas de prata pura na escala nanométrica. Esse processo não apenas fornece um método ecológico e sustentável para a síntese de AgNP, como também garante a produção de nanopartículas de alta qualidade com propriedades antibacterianas aprimoradas, tornando-o uma alternativa promissora aos métodos tradicionais de redução química. Este estudo investiga a biossíntese de AgNPs usando extratos de café das variedades robusta, excelsa e arábica como biorredutores, aproveitando a abundância e a riqueza dos polifenóis do café para produzir nanopartículas eficientes e personalizáveis com propriedades antibacterianas aprimoradas. As AgNPs sintetizadas foram caracterizadas usando espectroscopia ultravioleta-visível (UV-Vis) e um analisador de tamanho de partícula (PSA). A terapia fotodinâmica antimicrobiana (aPDT) com exposição a laser vermelho foi empregada para avaliar o efeito de várias densidades de energia em amostras bacterianas. A eficácia antibacteriana foi avaliada usando o poço de difusão e a contagem total de placas (TPC). A análise UV-Vis revelou comprimentos de onda de absorção de pico de 425 nm, 450 nm e 500 nm para extratos de café das variedades robusta, arábica e excelsa, respectivamente. Os resultados do PSA indicaram tamanhos de partículas em D50 de 73,08 nm (AgNPs-Arábica), 67,85 nm (AgNPs-Robusta) e 67,67 nm (AgNPs-Excelsa), confirmando sua faixa nanométrica (1–100 nm). Os testes antibacterianos mostraram a maior taxa de mortalidade bacteriana de Escherichia coli (95,73%) com AgNPs-Arábica e tratamento com laser vermelho. Em comparação, a morte bacteriana de Staphylococcus aureus atingiu o pico de 94,97% com AgNPs-Excelsa e tratamento com laser vermelho. Essas descobertas destacam o potencial de AgNPs sintetizados de forma verde como agentes antimicrobianos eficazes, particularmente quando combinadas com terapias baseadas em laser, oferecendo abordagens inovadoras para o tratamento de infecções bacterianas.

• Publisher: Instituto Internacional de Ecologia
• Subject: AgNPsArabica / AgNPsExcelsa / AgNPsRobusta / Anti-Bacterial Agents - chemical synthesis / Anti-Bacterial Agents - pharmacology / BIOLOGY / Coffee - chemistry / Escherichia coli / Escherichia coli - drug effects / Green Chemistry Technology / Metal Nanoparticles - chemistry / Microbial Sensitivity Tests / Particle Size / Photochemotherapy - methods / Plant Extracts - chemistry / Plant Extracts - pharmacology / Reducing Agents - chemistry / Reducing Agents - pharmacology / Silver - chemistry / Silver - pharmacology / Spectrophotometry, Ultraviolet / Staphylococcus aureus / Staphylococcus aureus - drug effects