Ukrainian Journal of Physical Optics


2026 Volume 27, Issue 1


ISSN 1816-2002 (Online), ISSN 1609-1833 (Print)

GREEN SYNTHESIS OF SILVER AND SILVER OXIDE NANOPARTICLES FROM CEDRUS LIBANI: BIOLOGICAL ACTIVITY AND INFLUENCE OF FILM THICKNESS ON OPTICAL PROPERTIES

Meshari M. Aljohani, Syed Khasim, Mahmoud E. Albalawi, S. Alfadhli, Mohamad Moustafa Ali, Ahmed Waraky, Nourhane A. Darwich, Mahmoud I. Khalil and Taymour A. Hamdalla

Author Information
1*Meshari M. Aljohani ORCID logo, 2Syed Khasim ORCID logo, 2Mahmoud E. Albalawi, 2S. Alfadhli ORCID logo, 3Mohamad Moustafa Ali ORCID logo, 4,5Ahmed Waraky ORCID logo, 6Nourhane A. Darwich ORCID logo, 6,7Mahmoud I. Khalil ORCID logo, 2Taymour A. Hamdalla ORCID logo
1Department of Chemistry, Faculty of Science, University of Tabuk, 71491, Tabuk, Saudi Arabia
2Department of Physics, Faculty of Science, University of Tabuk, 71491, Tabuk, Saudi Arabia
3Department of Medical Biochemistry and Microbiology, Science for Life Laboratory, Uppsala University, SE-751 23 Uppsala, Sweden
4Department of Laboratory Medicine, Institute of Biomedicine, University of Gothenburg, Gothenburg, Sweden
5Region Västra Götaland, Sahlgrenska University Hospital, Department of Clinical Chemistry, Gothenburg, Sweden
6Department of Biological Sciences, Faculty of Science, Beirut Arab University, Beirut, Lebanon
7Molecular Biology Unit, Department of Zoology, Faculty of Science, Alexandria University, Alexandria, Egypt
*Corresponding author: mualjohani@ut.edu.sa

ABSTRACT

Silver and silver oxide nanoparticles (Ag/AgO-NPs) exhibit remarkable optical and antibacterial properties, making them valuable for a range of industrial and biomedical applications. Synthesis and characterization of Ag/AgO-NPs extracted from Cedrus libani leaves with an emphasis on film thickness effects (100, 200, and 300 nm) are reported in this study. The nanoparticles were characterized using photoluminescence (PL), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). PL spectra exhibited emission peaks around 400 nm, which are implications of surface defects and phytochemical stabilization. FTIR confirmed the reduction and capping of functional groups, while TEM indicated an average particle size of 20.38 nm (range: 10–40 nm). The peaks at 38.05°, 44.25°, and 64.35° indicate face-centered cubic Ag/AgO NPs, as confirmed by XRD analysis. There was also over 90% transmittance at 1000 nm and above, as well as film thickness-dependent band gaps of 1.22–1.27 eV. Biological assays indicated substantial antibacterial, antioxidant, and antibiofilm activity. Ag/AgO-NPs had minimum inhibitory concentrations of 0.375 mg/mL and minimum bactericidal concentrations of 0.75 mg/mL against S. aureus and E. coli. The time-kill test showed complete growth inhibition after 24 hours. There was also approximately 41% biofilm inhibition at approximately the sub-doses, and a maximum of 70% of preformed biofilms were killed. Antioxidant activity was assessed. The results showed 59.68% and 77.5% radical scavenging at 100 and 200 µg/mL, respectively. Thus, Ag/AgO-NPs derived from Cedrus libani exhibit antimicrobial, antibiofilm, and antioxidant activities, highlighting their promise for both photonic and biomedical applications.

Keywords: silver and silver oxide nanoparticles, film thickness, optical properties, antibacterial activity, photonic and biomedical applications, Cedrus libani

UDC: 535.37, 535.34, 58.083

    1. Malik, S., Muhammad, K., and Waheed, Y. (2023). Nanotechnology: a revolution in modern industry. Molecules, 28(2), 661.
      doi:10.3390/molecules28020661
    2. Ahmad, B., Khan, M. I., Naeem, M. A., Alhodaib, A., Fatima, M., Amami, M., Al-Abbad, E.A., Kausar, A., Alwadai, N., Nazir, A. and Iqbal, M. (2022). Green synthesis of NiO nanoparticles using Aloe vera gel extract and evaluation of antimicrobial activity. Materials Chemistry and Physics, 288, 126363.
      doi:10.1016/j.matchemphys.2022.126363
    3. Alfadhli, S., Khasim, S., Darwish, A. A. A., Al-Nahdi, K., Abdelkader, M., Gamal, R., and Hamdalla, T. A. (2025). Facile green synthesis of silver doped NiO nanoparticles using aloe vera latex for efficient energy storage and photocatalytic applications. Heliyon, 11(1).
      doi:10.1016/j.heliyon.2024.e41322
    4. Burdușel, A. C., Gherasim, O., Grumezescu, A. M., Mogoantă, L., Ficai, A., and Andronescu, E. (2018). Biomedical applications of silver nanoparticles: an up-to-date overview. Nanomaterials, 8(9), 681.
      doi:10.3390/nano8090681
    5. Rizwana, H., Bokahri, N. A., S. Alkhattaf, F., Albasher, G., and A. Aldehaish, H. (2021). Antifungal, antibacterial, and cytotoxic activities of silver nanoparticles synthesized from aqueous extracts of mace-arils of Myristica fragrans. Molecules, 26(24), 7709.
      doi:10.3390/molecules26247709
    6. Hamdalla, T. A., Darwish, A. A. A., Khasim, S., Aljohani, M. M., Al-Ghamdi, S. A., El-Zaidia, E. F. M., and Alfadhli, S. (2025). Enhancing the optical and photoelectric efficiency of PEDOT/PSS thin film by incorporating activated biochar for photovoltaic applications. Journal of Asian Ceramic Societies, 13(1), 36-45.
      doi:10.1080/21870764.2024.2435091
    7. Singh, A. V., Vyas, V., Patil, R., Sharma, V., Scopelliti, P. E., Bongiorno, G., Podestà, A., Lenardi, C., Gade, W. N. and Milani, P. (2011). Quantitative characterization of the influence of the nanoscale morphology of nanostructured surfaces on bacterial adhesion and biofilm formation. PloS one, 6(9), e25029.
      doi:10.1371/journal.pone.0025029
    8. Akram, A., Ahmad, W., Arif, M. M., Saqib, K. A., Pirzada, R. H., and Naqvi, S. Z. H. (2023). In silico docking studies of Ag nanoparticles and its derivatives against NS5B protein (HCV): Integrating nanobiotechnology and nanoinformatics. Journal of the Pakistan Institute of Chemical Engineers, 51(2).
      doi:10.54693/piche.05124
    9. Ahmad, S., Munir, S., Zeb, N., Ullah, A., Khan, B., Ali, J., Bilal, M., Omer, M., Alamzeb, M., Salman, S.M., and Ali, S. (2019). Green nanotechnology: A review on green synthesis of silver nanoparticles - An ecofriendly approach. International Journal of Nanomedicine, 5087-5107.
      doi:10.2147/IJN.S200254
    10. Alharbi, N. S., Alsubhi, N. S., and Felimban, A. I. (2022). Green synthesis of silver nanoparticles using medicinal plants: Characterization and application. Journal of Radiation Research and Applied Sciences, 15(3), 109-124.
      doi:10.1016/j.jrras.2022.06.012
    11. Danks, A. E., Hall, S. R., and Schnepp, Z. J. M. H. (2016). The evolution of 'sol-gel'chemistry as a technique for materials synthesis. Materials Horizons, 3(2), 91-112.
      doi:10.1039/C5MH00260E
    12. Chauiyakh, O., Et-Tahir, A., Kettani, K., Cherrat, A., Benayad, A., and Chaouch, A. (2022). Review on health status, chemical composition and antimicrobial properties of the four species of the genus Cedrus. International Wood Products Journal, 13(4), 272-285.
      doi:10.1080/20426445.2022.2118652
    13. Nayal, R., Abajy, M. Y., and Al Bakour, A. (2023). Phytochemicals and bioactivities of cedrus libani A. Rich. Bulletin of Pharmaceutical Sciences Assiut University, 46(2), 881-897.
      doi:10.21608/bfsa.2023.327566
    14. Makabenta, J. M. V., Nabawy, A., Li, C. H., Schmidt-Malan, S., Patel, R., and Rotello, V. M. (2021). Nanomaterial-based therapeutics for antibiotic-resistant bacterial infections. Nature Reviews Microbiology, 19(1), 23-36.
      doi:10.1038/s41579-020-0420-1
    15. Mohanaparameswari, S., Balachandramohan, M., Sasikumar, P., Rajeevgandhi, C., Vimalan, M., Pugazhendhi, S., Kumar, K.G., Albukhaty, S., Sulaiman, G.M., Abomughaid, M.M. and Abu-Alghayth, M. (2023). Investigation of structural properties and antibacterial activity of AgO nanoparticle extract from Solanum nigrum/Mentha leaf extracts by green synthesis method. Green Processing and Synthesis, 12(1), 20230080.
      doi:10.1515/gps-2023-0080
    16. Darwich, N. A., Mezher, M., Abdallah, A. M., Hachem, Z., El-Sayed, A. F., El Hajj, R., Hamdalla, T.A. and Khalil, M. I. (2025). Silver and Yttrium‐Doped Silver Nanoparticles From Pine Needle Leaf Extract: Synthesis, Characterization, Antioxidant, Antiuropathogenic Bacterial, and Docking Activities. Bioinorganic Chemistry and Applications, 2025(1), 1566870.
      doi:10.1155/bca/1566870
    17. Darwich, N. A., Mezher, M., Abdallah, A. M., El-Sayed, A. F., El Hajj, R., Hamdalla, T. A., and Khalil, M. I. (2024). Biosynthesis; Characterization; and Antibacterial, Antioxidant, and Docking Potentials of Doped Silver Nanoparticles Synthesized From Pine Needle Leaf Extract. Processes, 12(11), 2590.
      doi:10.3390/pr12112590
    18. Ansari, S. A., Khan, M. M., Ansari, M. O., and Cho, M. H. (2015). Silver nanoparticles and defect-induced visible light photocatalytic and photoelectrochemical performance of Ag@ m-TiO2 nanocomposite. Solar Energy Materials and Solar Cells, 141, 162-170.
      doi:10.1016/j.solmat.2015.05.029
    19. Sun, S. K., Wang, H. F., and Yan, X. P. (2018). Engineering persistent luminescence nanoparticles for biological applications: from biosensing/bioimaging to theranostics. Accounts of Chemical Research, 51(5), 1131-1143.
      doi:10.1021/acs.accounts.7b00619
    20. Pasieczna-Patkowska, S., Cichy, M., and Flieger, J. (2025). Application of Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy in characterization of green synthesized nanoparticles. Molecules, 30(3), 684.
      doi:10.3390/molecules30030684
    21. Harish, V., Tewari, D., Gaur, M., Yadav, A. B., Swaroop, S., Bechelany, M., and Barhoum, A. (2022). Review on nanoparticles and nanostructured materials: Bioimaging, biosensing, drug delivery, tissue engineering, antimicrobial, and agro-food applications. Nanomaterials, 12(3), 457.
      doi:10.3390/nano12030457
    22. Siam, A. M., Abu-Zurayk, R., Siam, N., Abdelkheir, R. M., and Shibli, R. (2025). Forest Tree and Woody Plant-Based Biosynthesis of Nanoparticles and Their Applications. Nanomaterials, 15(11), 845.
      doi:10.3390/nano15110845
    23. Abdel-Aziz, M. M., Yahia, I. S., Wahab, L. A., Fadel, M., and Afifi, M. A. (2006). Determination and analysis of dispersive optical constant of TiO2 and Ti2O3 thin films. Applied Surface Science, 252(23), 8163-8170.
      doi:10.1016/j.apsusc.2005.10.040
    24. Deng, R., Ozsdolay, B. D., Zheng, P. Y., Khare, S. V., and Gall, D. (2015). Optical and transport measurement and first-principles determination of the ScN band gap. Physical Review B, 91(4), 045104.
      doi:10.1103/PhysRevB.91.045104
    25. Simonov, A., and Goodwin, A. L. (2020). Designing disorder into crystalline materials. Nature Reviews Chemistry, 4(12), 657-673.
      doi:10.1038/s41570-020-00228-3
    26. Ponte, R., Rauwel, E., and Rauwel, P. (2023). Tailoring SnO2 defect states and structure: reviewing bottom-up approaches to control size, morphology, electronic and electrochemical properties for application in batteries. Materials, 16(12), 4339.
      doi:10.3390/ma16124339
    27. Yakar, Y., Çakır, B., and Özmen, A. (2018). Dipole and quadrupole polarizabilities and oscillator strengths of spherical quantum dot. Chemical Physics, 513, 213-220.
      doi:10.1016/j.chemphys.2018.07.049
    28. Domínguez, A. V., Algaba, R. A., Canturri, A. M., Villodres, Á. R., and Smani, Y. (2020). Antibacterial activity of colloidal silver against gram-negative and gram-positive bacteria. Antibiotics, 9(1), 36.
      doi:10.3390/antibiotics9010036
    29. Qanash, H., Bazaid, A. S., Binsaleh, N. K., Alharbi, B., Alshammari, N., Qahl, S. H., Alhuthali, H.M. and Bagher, A. A. (2023). Phytochemical characterization of Saudi mint and its mediating effect on the production of silver nanoparticles and its antimicrobial and antioxidant activities. Plants, 12(11), 2177.
      doi:10.3390/plants12112177
    30. Das, B., Dash, S. K., Mandal, D., Ghosh, T., Chattopadhyay, S., Tripathy, S., Das, S. Dey, S., Das, D. and Roy, S. (2017). Green synthesized silver nanoparticles destroy multidrug resistant bacteria via reactive oxygen species mediated membrane damage. Arabian Journal of Chemistry, 10(6), 862-876.
      doi:10.1016/j.arabjc.2015.08.008
    31. Girma, A., Mebratie, G., Mekuye, B., Abera, B., Bekele, T., and Alamnie, G. (2024). Antibacterial capabilities of metallic nanoparticles and influencing factors. Nano Select, 5(12), e202400049.
      doi:10.1002/nano.202400049
    32. Khaldoun, K., Khizar, S., Saidi-Besbes, S., Zine, N., Errachid, A., and Elaissari, A. (2025). Synthesis of silver nanoparticles as an antimicrobial mediator. Journal of Umm Al-Qura University for Applied Sciences, 11(2), 274-293.
      doi:10.1007/s43994-024-00159-5
    33. Mikhailova, E. O. (2024). Green silver nanoparticles: an antibacterial mechanism. Antibiotics, 14(1), 5.
      doi:10.3390/antibiotics14010005
    34. Singh, S., Singh, S. K., Chowdhury, I., and Singh, R. (2017). Understanding the mechanism of bacterial biofilms resistance to antimicrobial agents. The Open Microbiology Journal, 11, 53.
      doi:10.2174/1874285801711010053
    35. Afrasiabi, S., and Partoazar, A. (2024). Targeting bacterial biofilm-related genes with nanoparticle-based strategies. Frontiers in Microbiology, 15, 1387114.
      doi:10.3389/fmicb.2024.1387114
    36. Hosnedlova, B., Kabanov, D., Kepinska, M., B Narayanan, V. H., Parikesit, A. A., Fernandez, C., Bjørklund, G., Nguyen, H.V., Farid, A., Sochor, J., Pholosi, A., Baron, M., Jakubek, M. and Kizek, R. (2022). Effect of biosynthesized silver nanoparticles on bacterial biofilm changes in S. aureus and E. coli. Nanomaterials, 12(13), 2183.
      doi:10.3390/nano12132183
    37. Mohanta, Y. K., Chakrabartty, I., Mishra, A. K., Chopra, H., Mahanta, S., Avula, S. K., Patowary, K., Ahmed, R., Mishra, B., Mohanta, T.K., Saravanan M. and Sharma, N. (2023). Nanotechnology in combating biofilm: A smart and promising therapeutic strategy. Frontiers in Microbiology, 13, 1028086.
      doi:10.3389/fmicb.2022.1028086
    38. Jain, A., Jangid, T., Jangir, R. N., and shankar Bhardwaj, G. (2024). A Comprehensive Review on the Antioxidant Properties of Green Synthesized Nanoparticles: in vitro and in vivo Insights. Free Radicals and Antioxidants, 14(2), 34-61.
      doi:10.5530/fra.2024.2.6
    39. Darwich, N. A., Mezher, M., Abdallah, A. M., El-Sayed, A. F., El Hajj, R., Hamdalla, T. A., and Khalil, M. I. (2024). Green Synthesis of Yttrium Derivatives Nanoparticles Using Pine Needle Leaf Extract: Characterization, Docking, Antibacterial, and Antioxidant Potencies. Processes, 12(8), 1713.
      doi:10.3390/pr12081713

    Наночастинки срібла та оксиду срібла (Ag/AgO-НЧ) демонструють чудові оптичні та антибактеріальні властивості, що робить їх цінними для низки промислових та біомедичних застосувань. У цьому дослідженні представлено синтез та характеристику Ag/AgO-НЧ, екстрагованих з листя Cedrus libani, з акцентом на вплив товщини плівки (100, 200 та 300 нм). Наночастинки були охарактеризовані за допомогою фотолюмінесценції (ФЛ), рентгеноструктурного аналізу (РСА), просвічуючої електронної мікроскопії (ПЕМ) та ІЧ Фур'є спектроскопії (ІЧФС). В спектрі ФЛ виявився пік випромінювання в околі 400 нм, що є наслідками поверхневих дефектів та фітохімічної стабілізації. ІЧФС підтвердила відновлення та кепінг функціональних груп, тоді як ПЕМ показав середній розмір частинок 20,38 нм (діапазон: 10–40 нм). Піки при 38,05°, 44,25° та 64,35° вказують на гранецентровані кубічні наночастинки Ag/AgO, що підтверджено рентгенівським дифракційним аналізом. Також спостерігалося пропускання понад 90 % при 1000 нм і вище, а також залежна від товщини плівки ширина забороненої зони 1,22–1,27 еВ. Біологічні аналізи показали значну антибактеріальну, антиоксидантну та антибіоплівкову активність. Ag/AgO-НЧ мали мінімальну інгібуючу концентрацію 0,375 мг/мл та мінімальну бактерицидну концентрацію 0,75 мг/мл проти S. aureus та E. coli. Тест на знищення з урахуванням часу показав повне пригнічення росту через 24 години. Також спостерігалося приблизно 41 % пригнічення біоплівки приблизно при субдозах, і максимум 70% попередньо сформованих біоплівок було знищено. Була оцінена антиоксидантна активність. Результати показали 59,68 % та 77,5 % поглинання радикалів при 100 та 200 мкг/мл відповідно. Таким чином, Ag/AgO-НЧ, отримані з Cedrus libani, проявляють антимікробну, антибіоплівкову та антиоксидантну активність, що підкреслює їх перспективність як для фотонних, так і для біомедичних застосувань.

    Ключові слова: наночастинки срібла та оксиду срібла, товщина плівки, оптичні властивості, антибактеріальна активність, фотонні та біомедичні застосування, ліванський кедр (Cedrus libani)

Free download this article 

This work is licensed under CC BY 4.0