Niosome-Based Supramolecular Biosolvents: Aligning Analytical Efficiency with Green Chemistry Criteria

لطالاً ما اعتمد الكيميائيون على السوائل لاستخلاص المواد المفيدة من المواد الصلبة، وهي عملية ضرورية لاختبار سلامة الأغذية، والتحقق من الصحة البيئية، واكتشاف أدوية جديدة. ومع ذلك، فإن السوائل التقليدية المستخدمة لهذا الغرض غالباً ما تُشتق من البترول، ويمكن أن تكون سامة، ويصعب التخلص منها بأمان. وفي السنوات الأخيرة، وجه العلماء اهتمامهم نحو بدائل "خضراء": وهي مذيبات أكثر أماناً على البشر والكوكب. ومن بين أكثر هذه البدائل واعداً هي المذيبات فوق الجزيئية (supramolecular solvents). فخلافاً للسوائل العادية التي هي مجرد خليط من الجزيئات تطفو بحرية، فإن هذه المذيبات هي سوائل مهيكلة؛ حيث تتشكل عندما تقوم لبنات بناء صغيرة، تسمى "الأمفيفيلات" (amphiphiles)، بترتيب نفسها طبيعياً في عناقيد منظمة داخل الماء. وتخلق هذه العناقيد بيئة فريدة ذات مناطق مختلفة يمكنها الإمساك بمجموعة واسعة من المواد في آن واحد، مما يجعلها فعالة للغاية في تنظيف العينات. وكان التحدي يكمكمن في ابتكار هذه السوائل المهيكلة باستخدام مكونات ليست فعالة فحسب، بل ومستدامة تماماً، ورخيصة، وآمنة للاستخدام بكميات كبيرة.

لقد طور فريق من الباحثين في إسبانيا الآن نوعاً جديداً من هذه المذيبات المهيكلة التي تلبي هذه المعايير العالية. فقد ابتكروا سائلاً يعتمد على "النيوسومات" (niosomes)، وهي هياكل تشبه الفقاعات الصغيرة مصنوعة من مكون شائع وآمن غذائياً يُعرف باسم "Span 40". هذا المكون هو نوع من الجزيئات الشبيهة بالدهون المشتقة من السوربيتول وحمض البالمتيك، وهو مستخدم على نطاق واسع في كل شيء من مستحضرات التجمات إلى الأغذية للحفاظ على استقرار الخلطات. قام الباحثون بخلط هذا المكون مع الماء ونوع من الكحول يسمى "1-بروبانول"، ثم أضافوا كمية صغيرة من الملح لتحفيز عملية انفصال طبيعية. وبدلاً من تكوين وحل طيني فوضوي، شكل الخليط تلقائياً طوراً سائلاً متميزاً وواضحاً في درجة حرارة الغرفة. وهذا السائل الجديد ليس حساءً متجانساً، بل هو مليء بمليارات الفقاعات المجهرية المرنة، التي يبلغ حجم كل منها تقريباً حجم الفيروس، وهي متراصة بإحكام شديد. وتعد هذه الفقاعات هي مفتاح قوة المذيب، حيث تعمل كحاويات صغيرة يمكنها احتواء الماء في مراكزها والكحول في جدرانها، مما يخلق بيئة متعددة الاستخدامات لاحتجاز المواد الكيميائية المختلفة.

اختبر الفريق هذا المذيب الجديد من خلال محاولة استخراج العناصر الغذائية القيمة من أوراق شجرة التوت الأبيض، وهي نبات معروف بمحتواه الغني بالمركبات المفيدة للصحة. ووجدوا أن مذيبهم الجديد كان متفوقاً بمراحل على الطرق القياسية. فعند مقارنته باستخدام الإيثانول العادي أو "1-بروبانول"، استخلص السائل المهيكل الجديد كمية أكبر بكثير من المركبات المفيدة للنبات؛ حيث زاد مقدار الفينولات الكلية بنسبة تتراوح بين 77 و118 بالمئة، والفلافونويد بنسبة 24 إلى 59 بالمئة، والكاروتينات بنسبة 8 إلى 35 بالمئة. وما يجعل هذه النتيجة مثيرة للإعجاب بشكل خاص هو تنوع المركبات التي استخلصها؛ فقد نجح المذيب في استخراج جزيئات تتراوح من المحبة جداً للماء إلى المحبة جداً للزيوت، بما في ذلك الهياكل المعقدة المرتبطة بالسكريات والأشكال الأبسط، وكل ذلك في خطوة واحدة. وهذا يشير إلى أن الفقاعات المنظمة داخل المذيب يمكنها التفاعل مع أنواع مختلفة من الجزيئات في وقت واحد، مما يوفر بصمة كيميائية كاملة للنبات دون الحاجة إلى مذيبات متعددة.

وإلى جانب أدائه، صُمم هذا المذيب ليكون مستداماً حقاً. فالعملية المستخدمة لصنعه لا تتطلب حرارة ولا آلات خاصة؛ فهي تحدث طبيعياً في درجة حرارة الغرفة. والمكونات رخيصة، ومتوفرة على نطاق واسع، ومتجددة. فالمكون الرئيسي، "Span 40"، هو مادة مضافة للأغذية غير سامة وتتحلل بسهولة في البيئة. كما أن الكحول المستخدم يعتبر آمناً ويمكن إنتاجه من مصادر نباتية. وبينما يعني وجود المكون الكحولي أن السائل النهائي قابل للاشتعال ويتطلب احتياطات سلامة قياسية، إلا أن العملية الإجمالية تتجنب السمية الشديدة والأضرار البيئية المرتبطة بالمذيبات التقليدية المشتقة من البترول. كما أظهر الباحثون أن الكمية الصغيرة من الملح المستخدم لإنشاء المذيب تبقى في الغالب في مياه الصرف، مما يعني أن السائل النهائي نظيف بما يكفي ليتم حقنه مباشرة في الأدوات العلمية الحساسة للتحليل دون التسبب في أي ضرر.

يبرهن هذا العمل على أنه من الممكن بناء مذيبات عالية الكفاءة وذات بنية نانوية باستخدام كميات صغيرة جداً من المواد الخافضة للتوتر السطحي لتنظيم حجم كبير من السائل. وجد الباحثون أن الفقاعات الصغيرة التي صنعوها كانت فعالة للغاية لدرجة أنها استطاعت هيكلة حجم من المذيب باستخدام أقل من نصف بالمئة من مكون "الأمفيفيل"، وهو تركيز أقل بكثير مما كان يُعتقد سابقاً أنه ضروري. ومن خلال إثبات أن هذه المذيبات الخضراء ذات الأصل الحيوي يمكنها استخلاص مجموعة واسعة من المواد الكيميائية المعقدة من المواد النباتية الصعبة، تقدم الدراسة مساراً عملياً للكيمياء التحليلية. وهي تشير إلى مستقبل تكون فيه الأدوات المستخدمة لتحليل غذائنا وبيئتنا آمنة، وبأسعار معقولة، وصديقة للكوكب، دون التضحية بالدقة التي يحتاجها العلماء لأداء عملهم.