Corallocarpus glomeruliflorus-Mediated Phyto-Fabrication of CuO Nanoparticles: Microstructural Characteristics, Optical Bandgap, and Antibacterial Activity

في عالم علم المواد، سعى الباحثون طويلاً لإيجاء طرق لإنشاء جزيئات متناهية الصغر أصغر من حبة الرمل ولكنها تمتلك خصائص قوية. هذه الجزيئات، المعروفة باسم "الجسيمات النانوية"، غالباً ما تُصنع من معادن أو أكاسيد معدنية وتُستخدم في كل شيء، من الإلكترونيات إلى الطب. تقليدياً، تطلب صنعها مواد كيميائية قاسية وعمليات عالية الطاقة يمكن أن تكون خطيرة على البيئة ومكلفة في التشغيل. وهناك حركة متنامية في العلم تهدف إلى استبدال هذه الأساليب الصناعية بـ "التخليق الأخضر"، وهي تقنية تستخدم مواد طبيعية، مثل مستخلصات النباتات، لبناء هذه الهياكل المتناهية الصغر. فالنباتات غنية بالمركبات الكيميائية المعقدة التي يمكن أن تعمل كبنات بناء وحوافظ في آن واحد، حيث توجه تكوين الجسيمات النانوية دون الحاجة إلى كواشف سامة. ومن بين المواد العديدة التي يهتم بها علماء المواد هو أكسيد النحاس، وهي مادة معروفة بقدرتها على قتل البكتيريا. وبينما نجح الباحثون في استخدام العديد من النباتات الشائعة لإنتاج جسيمات أكسيد النحاس النانوية، فإن التنوع الهائل في عالم النباتات يعني أنه لا تزال هناك أنواع لا حصر لها تنتظر الاختبار لهذا الغرض.

في دراسة حديثة، وجه باحثون من جامعة عدن في اليمن اهتمامهم إلى نبات محلي محدد يسمى Corallocarpus glomeruliflorus، والمعروف محلياً باسم "المدركة". هذا النبات، الذي ينمو في منطقة حضرموت، لم يسبق استخدامه من قبل لصنع جسيمات معدنية نانوية، رغم غناه الكيميائي المعروف. وضع الفريق هدفاً لاستطلاع ما إذا كان بإمكانهم استخدام مستخلص مائي بسيط من سيقان وأوراق النبات لتحويل ملح نحاس شائع إلى جسيمات أكسيد نحاس صلبة. بدأوا بتجفيف وطحن المادة النباتية، ثم غليها في الماء لإنشاء سائل بني فاتح غني بالمركبات الطبيعية مثل الفينولات والفلافونويدات. وعندما خلطوا هذا "شاي النبات" مع محلول أزرق من خلات النحاس، حدث تغيير دراماتيكي على الفور؛ حيث تحول الخليط من الأزرق إلى الأخضر الداكن، ثم بعد إضافة كمية صغيرة من القاعدة والتسخين، تحول إلى معلق أسود فاحم وكثيف. كان هذا التغير في اللون هو العلامة الأولى على أن كيمياء النبات قد نجحت في اختزال أيونات النحاس وتكوين جسيمات صلبة.

لفهم ما صنعوه بالضبط، فحص العلماء المسحوق الأسود باستخدام مجموعة من الأدوات المتقدمة. ووجدوا أن الجسيمات كانت كروية تقريباً ولكن غير منتظمة الشكل، وتتراوح أحجامها بين 20 و50 نانومتر. ولوضع هذا المقياس في منظور، فإن هذه الجسيمات أصغر بنحو ألف مرة من شعرة الإنسان. وأكد الباحثون أن المادة هي بالفعل أكسيد النحاس، وأن لها بنية بلورية داخلية محددة ومنظمة تُعرف باسم "أحادية الميل" (monoclinic). كما قاموا بقياس كيفية تفاعل الجسيمات مع الضوء، ووجدوا أنها تمتص الطاقة عند طول موجي محدد وتمتلك فجوة نطاق بصرية تبلغ 3.76 إلكترون فولت. هذه القيمة، التي تصف كيفية توصيل المادة للكهرباء والضوء، كانت أعلى من قيمة أكسيد النحاس الخام (bulk)، وهو اختلاف يعزوه العلماء إلى الحجم الضئيل للجسيمات. كما أظهر التحليل أن المركبات النباتية الطبيعية ظلت ملتصقة بسطح الجسيمات النانوية، حيث عملت كطبقة واقية منعت الجسيمات من التكتل معاً بشكل كبير.

كان الاختبار النهائي لهذه الجسيمات النانوية الجديدة هو قدرتها على محاربة العدوى. عرض الباحثون جسيمات أكسيد النحاس على ثلاثة أنواع مختلفة من البكتيريا: Salmonella typhi (السالمونيلا التيفية)، وStaphylococcus aureus (المكورات العنقودية الذهبية)، وEscherichia coli (الإشريكية القولونية). وعند وضع الجسيمات النانوية على مستنبت لهذه البكتيريا، خلقت الجسيمات مناطق صافية حيث لا تستطيع الميكروبات النمو، وهي علامة على قوتها المضادة للبكتيريا. كانت الجسيمات فعالة للغاية ضد Salmonella typhi وStaphylococcus aureus، حيث أوقفت النمو البكتيري في دائرة عرضها 20 ملم. كما كانت فعالة ضد Escherichia coli، حيث خلقت منطقة تثبيط بلغ عرضها 18 ملم. تشير الدراسة إلى أن الجسيمات النانوية تقتل البكتيريا على الأرج_ح من خلال إتلاف جدران خلاياها وإحداث إجهاد تأكسدي، وإن كانت الآلية الدقيقة تتطلب مزيداً من البحث. ومن خلال إثبات أن هذا النبات اليمني المحدد يمكنه إنتاج جسيمات أكسيد نحاس نانوية عالية الجودة ومضادة للبكتيريا، يفتح هذا البحث باباً جديداً لاستخدام الموارد المحلية المستدامة لإنشاء مواد نانوية مفيدة، مما يثبت أن الطبيعة لا تزال تحمل العديد من الأدوات غير المكتشفة للعلم الحديث.