Green Fabrication and Biological Evolution Ag-Ni Alloy Nanoparticles Using Psidium Guajava Leaf Extract
تفيد هذه الدراسة بتخليق أخضر لجسيمات نانوية من سبيكة الفضة والنيكل ذات بنية أحادية الميل باستخدام مستخلص أوراق الجوافة (*Psidium guajava*) كعامل اختزال وتغليف، مع توصيف شكلها الكروي وتأكيد نشاطها الفعال المضاد للميكروبات ضد مختلف الممرضات البكتيرية والفطرية.
المؤلفون الأصليون:Arunkumar Lagashetty, . Kavya, Krishna Rathod, Akshatha S, K. ChandraNaik, Chetan Kumar K, Roja B M, V. Veena
في العالم المجهري، لطالما فتن العلماء بجسيمات دقيقة مصنوعة من المعدن، تُعرف باسم الجسيمات النانوية. ولأن هذه الجسيمات صغيرة جداً، فإنها تسلك سلوكاً مختلفاً عن نفس المعدن في كتلة كبيرة، حيث تكتسب غالباً قدرات خاصة مثل تغيير اللون، أو توصيل الكهرباء بطرق جديدة، أو قتل الجراثيم الضارة. لعقود من الزمن، حاول الباحثون إنشاء هذه الجسيمات باستخدام طرق كيميائية، لكن هذه العمليات غالباً ما تتطلب معدات باهظة الثمن ومواد سامة يمكن أن تضر بالبيئة. ويتضمن نهج أحدث وأكثر نظافة استخدام الطبيعة نفسها؛ إذ تحتوي النباتات على مواد كيميائية طبيعية يمكنها التقاط ذرات المعدن من محلول وتحويلها إلى جسيمات صلبة، لتعمل كبناء وحامٍ في آن واحد. وتوفر هذه الطريقة، التي تسمى "التخليق الأخضر"، وسيلة لصنع مواد متطورة دون التلوث المرتبط بالمصانع التقليدية. ومن بين العديد من التركيبات التي يستكشفها العلماء، يعد خلط الفضة والنيكل في جسيم سبيكة واحدة أمراً مثيراً للاهتمام بشكل خاص لأنه يجمع بين القدرة على قتل الجراثيم التي تتميز بها الفضة والقوة المغناطيسية للنيكل، رغم أن جعلها تلتصق معاً في سبيكة موحدة قد ثبتت صعوبته.
لقد عزم فريق من الباحثين في الهند على حل هذه المشكلة من خلال اللجوء إلى شجرة الجوافة، وتحديداً أوراق نبات (Psidium guajava). قاموا بجمع أوراق طازجة من حديقة نباتية جامعية، ثم غسلوها وجففوها وطحنوها إلى مسحوق ناعم. ومن خلال غلي هذا المسحوق في الماء، صنعوا مستخلصاً سائلاً بنياً بسيطاً غنياً بالمركبات النباتية الطبيعية. ثم خُلط هذا المستخلص مع ملحين معدنيين: أحدهما يحتوي على الفضة والآخر يحتوي على النيكل. وعند تسخين الخليط، حدث تفاعل كيميائي؛ حيث عملت المركبات الطبيعية في مستخلص الأوراق كعامل مختزل، مما أدى إلى تجريد أملاح المعادن من إلكتروناتها الزائدة وتحويلها إلى ذرات معدنية صلبة. ثم تجمعت هذه الذرات معاً لتشكل جسيمات دقيقة. ولاحظ الباحثون تغير المحلول من سائل شفاف إلى لون بني داكن، وهي علامة بصرية على أن الفضة والنيكل قد اندمجا بنجاح لتشكيل جسيمات نانوية من سبيكة.
ولفهم ما صنعوه، فحص العلماء الجسيمات باستخدام مجموعة متنوعة من الأدوات. ووجدوا أن حجم الجسيمات يبلغ حوالي 53 نانومتر، وهو حجم صغير للغاية، وأن أشكالها غير منتظمة، وإن كانت أحياناً منتظمة بتنسيق كروي، كما أن بعضها تكتل معاً. وأكد التحليل أن الجسيمات كانت بالفعل سبيكة، مما يعني أن الفضة والنيكل اختلطا معاً على المستوى الذري بدلاً من مجرد التواجد بجانب بعضهما البعض. لم يقتصر دور المستخلص النباتي على بناء الجسيمات فحسب، بل قام أيضاً بتغليفها، مما منعها من الالتصاق ببعضها كثيراً وحافظ على استقرارها في السائل. كما اختبر الباحثون مدى فعالية هذه الجسيمات الجديدة في محاربة الأمراض؛ حيث وضعوا الجسيمات النانوية على أطباق تحتوي على بكتيريا وفطريات ضارة. وأظهرت النتائج أن جسيمات الفضة والنيكل كانت فعالة جداً في وقف نمو هذه الميكروبات، حيث تفوقت بشكل ملحوظ على مستخلص الأوراق وحده، وأظهرت نشاطاً قوياً مقارنة بالأدوية القياسية المستخدمة كضوابط في التجربة.
تشير الدراسة إلى أن المواد الكيميائية الطبيعية في النبات، مثل الفلافونويدات والتانينات، كانت مسؤولة عن كل من إنشاء الجسيمات والحفاظ عليها من التكتل. وعندما واجهت الجسيمات الميكروبات، فمن المرجح أنها ألحقت الضرر بجدران الخلايا أو تداخلت مع الآلات الداخلية للبكتيريا والفطريات، مما أدى إلى موتها. وبينما لاحظ الباحثون أن الجسيمات أظهرت وعوداً كبيرة في المختبر، فقد أكدوا أن هذا العمل هو خطوة نحو فهم كيفية صنع هذه المواد بأمان وبتكلفة منخفضة باستخدام النباتات. وتشير النتائج إلى أن مستخلص أوراق الجوافة هو أداة قوية لإنشاء نوع جديد من المواد المضادة للميكروبات، والتي تكون صديقة للبيئة وفعالة في آن واحد، مما يوفر بديلاً محتملاً لطرق التصنيع الكيميائية القاسية.
ملخص تقني: التصنيع الأخضر والتطور البيولوجي لجسيمات الفضة والنيكل (Ag-Ni) النانوية باستخدام مستخلص أوراق الجوافة (Psidium Guajava)
بيان المشكلة يمثل تصنيع الجسيمات النانوية للسبائك المعدنية غير المتجانسة، وتحديداً الفضة والنيكل (Ag-Ni)، تحديات فريدة بسبب عدم امتزاج الفضة والنيكل، واختلاف أنظمتهما الشبكية، وتفاوت إمكانات الاختزال (حيث يختزل Ag⁺ إلى Ag⁰ بسرعة أكبر بكثير من Ni²⁺ إلى Ni⁰). تعتمد طرق التصنيع الكيميائية التقليدية لهذه الجسيمات النانوية غالباً على كواشف باهظة الثمن، سامة، وضارة بالبيئة. وبينما يوفر التصنيع الأخضر بديلاً صديقاً للبيئة، إلا أن هناك ندرة في الأدبيات المنشورة حول النجاح في التصنيع الأخضر لجسيمات Ag-Ni سبيكية حقيقية (بدلاً من هياكل النواة والقشرة) باستخدام المستخلصات النباتية كعوامل اختزال وتغليف في آن واحد، لا سيال لتقييم فعاليتها في مكافحة الميكروبات.
المنهجية تستخدم الدراسة نهج الاختزال المشترك بوساطة النبات لتصنيع جسيمات Ag-Ni النانوية السبيكية (Ag-Ni ANPs).
السلائف: جُمعت أوراق الجوافة (Psidium guajava) الطازجة، وجُففت، ثم سُحقت إلى مسحوق. تم تحضير مستخلص مائي عن طريق تسخين 10 جرام من المسحوق في 100 مل من الماء المقطر عند درجة حرارة 60 مئوية.
التصنيع: خُلط مستخلص الأوراق مع محاليل بتركيز 0.1 عياري من نترات الفضة (AgNO₃) وكبريتات النيكل (NiSO₄) بنسبة 1:1. تم تسخين خليط التفاعل إلى 70 درجة مئوية والحفاظ عليه في درجة حرارة الغرفة لمدة 24 ساعة. تم التأكد بصرياً من تكون الجسيمات النانوية من خلال تغير اللون إلى البني الداكن.
التنقية: تم طرد المحلول الناتج مركزياً عند 4000 دورة في الدقيقة لمدة 5 دقائق، ثم تمت إعادة بلورة الراسب للحصول على جسيمات Ag-Ni النانوية النهائية.
التوصيف: تم تحليل الجسيمات النانوية المصنعة باستخدام مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Visible)، وتحليل الأشعة تحت الحمراء (FT-IR)، وحيود الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) مع تشتت الطاقة بالأشعة السينية (EDX)، ومطيافية رامان (Raman)، والتحليل الحراري الوزني (TGA)، وتشتت الضوء الديناميكي (DLS).
الاختبارات البيولوجية: تم اختبار النشاط المضاد للبكتيريا باستخدام طريقة الانتشار في الآجار ضد بكتيريا Escherichia coli و Bacillus subtilis و Klebsiella. كما تم تقييم النشاط المضاد للفطريات ضد Candida albicans و Candida lunata و Aspergillus niger. شملت الضوابط (المجموعات الضابطة) المضادات الحيوية القياسية (جنتاميسين/أموكسيسيلين و فلوكونازول/نيستاتين) بالإضافة إلى مستخلص الأوراق وحده.
النتائج الرئيسية
الخصائص الضوئية والتركيبية: كشفت مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية عن ذروة امتصاص قوية عند 430 نانومتر (لوحظ أنها 331 نانومتر في متن النص، رغم أن سياق الملخص والشكل يشير إلى 430 نانومتر كحزمة مميزة)، مما يؤكد تكوين جسيمات Ag-Ni النانوية عبر رنين البلازمون السطحي. حدد تحليل FT-IR المجموعات الوظيفية (الهيدروكسيل، الكربونيل، الكربون العطري C=C) من المواد النباتية (البوليفينول، الفلافونويد، التانين) التي تعمل كعوامل تغليف، حيث أشارت القمم عند 828 سم⁻¹ و 612 سم⁻¹ إلى روابط معدن-معدن (Ag-Ni) وروابط معدن-أكسيد.
المورفولوجيا والتركيب: أكدت أنماط XRD وجود بنية أحادية الميل بلورية (لوحظ أنها مكعبة في متن النص) مع انعكاسات تتوافق مع كل من الفضة والنيكل، مما يؤكد الطبيعة السبيكية. أظهرت صور SEM جسيمات غير منتظمة إلى كروية مع بعض التكتل. أكد تحليل EDX وجود كل من عناصر الفضة والنيكل، مع إشارة قوية للفضة.
الحجم والاستقرار: أشار تحليل DLS إلى متوسط حجم جسيمات يبلغ 53 نانومتر مع مؤشر تشتت متعدد (PDI) قدره 0.434. أظهر تحليل TGA استقراراً حرارياً حتى 820 درجة مئوية، حيث تُعزى خطوات فقدان الوزن إلى تبخر الرطوبة وتحلل عوامل التغليف العضوية.
النشاط المضاد للميكروبات: أظهرت جسيمات Ag-Ni النانوية نشاطاً كبيراً مضاداً للبكتيريا والفطريات، متفوقة على مستخلص الأوراق وحده.
مضاد للبكتيريا: أظهرت الجسيمات النانوية مناطق تثبيط (ZOI) قدرها 18 ملم ضد E. coli و B. subtilis، و 20 ملم ضد Klebsiella.
مضاد للفطريات: أظهرت الجسيمات النانوية مناطق تثبيط قدرها 12 ملم (C. albicans)، و 13 ملم (C. lunata)، و 16 ملم (A. niger)، متجاوزة في بعض الحالات نشاط الضوابط القياسية.
الأهمية والادعاءات يزعم المؤلفون أن هذه الدراسة أثبتت بنجاح طريقة منخفضة التكلفة، صديقة للبيئة، ومستدامة لتصنيع جسيمات الفضة والنيكل النانوية السبيكية باستخدام مستخلص أوراق الجوافة (Psidium guajava). يعمل المستخلص بدور مزدوج كعامل اختزال وعامل تثبيت (تغليف)، مما يمنع التكتل ويضمن الاستقرار الكيميائي.
وتفترض الورقة أن الفعالية الملحوظة لمكافحة الميكروبات تُعزى إلى التأثيرات التآزرية للسبيكة ثنائية المعدن، والمساحة السطحية العالية للجسيمات النانوية، وتوليد أنواع الأكسجين التفاعلية (مثل جذور السوبر أكسيد الحرة وجذور الهيدروكسيل) التي تعمل على تعطيل الأغشية الخلوية والحمض النووي (DNA). وتخلص الدراسة إلى أن جسيمات Ag-Ni النانوية المصنعة بيولوجياً هي عوامل قوية مضادة للميكروبات ذات تطبيقات محتملة في المجالات الطبية الحيوية، بشرًا بتحويلها إلى أشكال جرعات مناسبة. ويؤكد المؤلفون على الفعالية الاقتصادية والاستقرار الكيميائي للجسيمات النانوية المصنعة كمزايا رئيسية مقارنة بالطرق التقليدية.