Phytochemical-Driven Green Synthesis of NiO Nanoparticles Using Ocimum basilicum and Urtica dioica: Correlating Phytochemical Surface Characteristics With Antimicrobial Activity

في العالم المجهري للطب الحديث، تتكشف أزمة صامتة. فالبكتيريا التي كانت تستجيب ذات يوم للمضادات الحيوية الشائعة، بدأت تتعلم كيفية مقاومتها، مما جعل العديد من العلاجات القياسية غير فعالة. وقد دفعت هذه المقاومة المتزايدة العلماء إلى البحث عن طرق جديدة لمحاربة العدوى، وتوجيه اهتمامهم نحو مقياس النانو. هنا، يتم هندسة المواد لتكون صغيرة جدًا بحيث تمتلك سلوكيات فيزيائية وكيميائية فريدة، وغالبًا ما تكون قادرة على اختراق دفاعات الميكروبات المستعصية. ومن بين هذه المواد، برزت جسيمات أكسيد النيكل النانوية كمرشح واعد. وهي عبارة عن جزيئات متناهية الصغر من مركب معدني تمتلك طبيعيًا خصائص شبه موصلة، مما يعني أنها يمكن أن تتفاعل مع الضوء والكهرباء بطرق محددة. وعندما تُصنع بحجم صغير بما يكفي، تتوسع مساحة سطحها بشكل كبير، مما يسمح لها بالتفاعل بكثافة أكبر مع محيطها. ومع ذلك، كان التحدي يكمكمن في كيفية إنشاء هذه الجسيمات دون استخدام مواد كيميائية قاسية أو توليد نفايات سامة. وتقدم الطبيعة حلاً: النباتات. فلقد عرف البشر لقرون أن النباتات تحتوي على مزيج غني من المركبات العضوية التي يمكنها تغيير حالة المعادن. ومن خلال استخدام المستخلصات النباتية، يمكن للباحثين حث الأملاح المعدنية على التحول إلى جسيمات نانوية مستقرة في عملية أكثر نظافة وأمانًا من الطرق الصناعية التقليدية.

شرع فريق من الباحثين في تركيا في استكشاف كيف تؤثر النباتات المختلفة على إنشاء جسيمات أكسيد النيكل هذه، والأهم من ذلك، كيف تؤثر تلك الاختلافات على قدرة الجسيمات على قتل البكتيريا والفطات. وقد اختاروا نباتين شائعين جدًا: نبات القراص، المعروف ببذوره، والريحان الحلو، المعروف بأوراقه وأزهاره. لم يكن الهدف مجرد صنع الجسيمات النانوية، بل فهم كيف يغير "الغلاف" المحدد من المواد الكيميائية النباتية المتروك على سطح كل جسيم سلوكه. وفي إعداد مختبري، قام الفريق بتحضير مستخلصات من بذور نبات القراص ومن أوراق وأزهار الريحان. ثم خلطوا هذه المستخلصات السائلة مع محلول يحتوي على أملاح النيكل. ومع تفاعل المخاليط، تغير لون السائل، مما يشير إلى أن المعدن يتحول إلى جسيمات نانوية صلبة. عملت المواد الكيميائية النباتية كعامل مختزل، حيث حولت ملح المعدن إلى مادة صلبة، وكعامل مثبت، يمنع الجسيمات الجديدة من التكتل في كتل عديمة الفائدة. تم تجفيف المساحيق الناتجة وطحنها، مما أدى إلى إنشاء نوعين متميزين من الجسيمات النانوية: أحدهما مغلف بمواد كيميائية من بذور القراص، والآخر بمواد كيميائية من الريحان.

ولفهم ما صنعوه، فحص العلماء الجسيمات باستخدام مجاهر قوية ومستشعرات ضوئية. ووجدوا أن كلا النوعين من الجسيمات هما بالفعل أكسيد النيكل، مرتبين في بنية بلورية محددة ومنظمة. ومع ذلك، أنتج كلا النباتين جسيمات ذات أحجام وأشكال مختلفة. كانت الجسيمات المصنوعة من مستخلص الريحان أصغر في المتوسط، حيث بلغ قطرها حوالي 5.14 نانومتر، بينما كانت تلك المصنوعة من بذور القراص أكبر، بمتوسط 11.90 نانومتر. كما لاحظ الباحثون أن الجسيمات المشتقة من القراص كانت ذات سطح أكثر مسامية يشبه الإسفنج، بينما كانت الجسيمات المشتقة من الريحان أكثر تماسكًا. ومن الأهمية بمكان أن التحليل أظهر أن سطح كل جسيم مغطى بطبقة من الجزيئات العضوية من المستخلص النباتي. وشملت هذه الجزيات أحماضًا وسكريات متنوعة ارتبطت بالمعدن، مما غلف الجسيم فعليًا بغلاف واقٍ ووظيفي. وقد أكدت الدراسة أن حجم البلورة داخل الجسيم وحجم الجسيم نفسه لا يتطابقان دائمًا، وهو تفصيل مهم لأن الغلاف الخارم يلعب دورًا رئيسيًا في كيفية تفاعل الجسيم مع العالم الخارجي.

وجاء الاختبار الحقيقي عندما عرض الباحثون هذه الجسيمات النانوية لمجموعة متنوعة من البكتيريا والفطريات الضارة. فقد وضعوا الجسيمات على أطباق آغار ملقحة بالميكروبات وقاسوا مدى قدرة الجسيمات على وقف نمو الكائنات الحية. وكشفت النتائج عن تحول مفاجئ: لم تكن الجسيمات الأصغر هي بالضرورة الأفضل في القتل. فقد أثبتت الجسيمات النانوية المشتقة من بذور نبات القراص أنها أكثر فعالية بشكل كبير ضد أنواع معينة من البكتيريا، وخاصة Staphylococcus aureus و Enterobacter aerogenes. وعند تركيز 1 ملليغرام، خلقت جسيمات القراص منطقة تثبيط واضحة حولها وصلت إلى 23.33 ملم ضد S. aureus و 24.00 ملم ضد E. aerogenes. في المقابل، أظهرت الجسيمات المشتقة من الريحان نشاطًا يكاد يكون معدومًا ضد هذه البكتيريا المحددة، رغم كونها أصغر حجمًا. ووجد الباحثون أن جسيمات القراص كانت أيضًا فعالة للغاية ضد Escherichia coli و Klebsiella pneumoniae. وعندما تعلق الأمر بالفطريات، كان كلا النوعين من الجسيمات يعمل بشكل مماثل، حيث أظهرا قدرة متقاربة على تثبيط نمو Candida albicans و Yarrowia lipolytica.

تشير الدراسة إلى أن الفرق في الأداء لم يكن بسبب حجم الجسيمات، بل بسبب ما يوجد على سطحها. يبدو أن مستخلص بذور القراص ترك غلافًا غنيًا بالنيكل، وربما كان أكثر فعالية في تعطيل الجدران الخلوية البكتيرية. ويقترح الباحثون آلية حيث تلتصق الجسيمات النانوية أولاً بسطح البكتيريا، ثم تحفز إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية الضارة — وهي في الأساس مواد كيميائية سامة تدمر الغشاء الخلوي. وبمجرد اختراق الغشاء، يمكن لأيونات النيكل دخول الخلية وتعطيل آلاتها الداخلية، مما يؤدي إلى موت الميكروب. وأشارت البيانات إلى أن الجسيمات المشتقة من القراص قد تطلق أيونات نيكل أكثر أو تتفاعل بشكل أكثر عدوانية مع السطح البكتيري من الجسيمات المشتقة من الريحان. ويتحدى هذا الاكتشاف الافتراض البسيط بأن الجسيمات الأصغر هي دائمًا الأكثر قوة؛ بل يسلط الضل على أن الهوية الكيميائية للنبات المستخدم لصنع الجسيم هي عامل حاسم في نشاطه البيولوجي.

في النهاية، يوضح هذا العمل أن اختيار المصدر النباتي هو أداة قوية في تصميم العوامل المضادة للميكروبات. فهو يظهر أن المواد الكيميائية النباتية من بذور نبات القراص تخلق بيئة سطحية على جسيمات أكسيد النيكل هي أكثر فتكًا ببعض أنواع البكتيريا من السطح الذي يخلقه الريحان. ولا تدعي الدراسة أنها حلت مشكلة مقاومة المضادات الحيوية، لكنها توفر مسارًا واضحًا وقائمًا على الأدلة للمضي قدمًا. فهي تشير إلى أنه من خلال اختيار المستخلصات النباتية بعناية، يمكن للعلماء تفصيل كيمياء السطح للجسيمات النانوية لاستهداف مسببات الأمراض المحددة بشكل أكثر فعالية. وتؤكد هذه الأبحاث أنه في عالم التخليق الأخضر، ليس النبات مجرد أداة لصنع المادة فحسب، بل هو مكون نشط يحدد كيفية سلوك المادة في العالم البيولوجي.