Green Synthesized Gold Nanoparticles Using Olive Leaf Extract as an Electrochemical Sensor for Paracetamol and Aspirin in Pharmaceutical and Biological Samples

In de wereld van de moderne geneeskunde vertrouwen artsen en apothekers op nauwkeurige metingen om ervoor te zorgen dat levensreddende medicijnen in de juiste hoeveelheden aanwezig zijn en vrij zijn van schadelijke verontreinigingen. Om dit te bereiken, gebruiken wetenschappers analytische instrumenten die minuscule sporen van chemicaliën kunnen detecteren in complexe mengsels zoals bloed, urine of pilformuleringen. Decennialang was de gouden standaard voor deze metingen hoogpresterende vloeistofchromatografie, een techniek die chemicaliën scheidt met behulp van krachtige pompen en organische oplosmiddelen. Hoewel effectief, genereert deze methode vaak aanzienlijke chemische afvalstoffen en vereist het dure apparatuur. In de afgelopen jaren heeft er een stillere revolutie plaatsgevonden in het veld van de groene chemie, die ernaar streeft om deze noodzakelijke analyses uit te voeren met minder energie, minder giftige materialen en meer duurzame middelen. Het doel is om sensoren te creëren die niet alleen accuraat zijn, maar ook zacht voor het milieu, waardoor de handeling van het meten zelf een praktijk wordt die de planeet beschermt.

Deze verschuiving naar duurzaamheid vormt het decor voor een nieuwe studie uitgevoerd door onderzoekers van de Najran University en de University of Tabuk in Saoedi-Arabië. Het team zette zich het doel om een zeer gevoelige elektronische sensor te bouwen die in staat is om twee van de meest voorkomende pijnstillers ter wereld te detecteren: paracetamol en aspirine. In plaats van de harde, giftige chemicaliën te gebruiken die gewoonlijk nodig zijn voor de productie van de kleine metaaldeeltjes die deze sensoren laten werken, wendden de wetenschappers zich tot de natuur. Ze oogstten verse olijfbladeren, een landbouwresidue dat overvloedig aanwezig is in hun regio, en gebruikten een extract van deze bladeren om goudnanodeeltjes te maken. Deze nanodeeltjes zijn microscopische bollen van goud, zo klein dat er duizenden op de kop van een speld zouden passen, die fungeren als krachtige versterkers voor elektrische signalen. Door het extract van olijfbladeren te gebruiken als zowel een reducerend middel om goudionen in vast metaal te veranderen als een stabiliserend middel om de deeltjes tegen het klonteren te beschermen, creëerden de onderzoekers een sensor die zowel effectief als milieuvriendelijk is.

Het proces begon met de zorgvuldige voorbereiding van de olijfbladeren. De onderzoekers verzamelden verse bladeren van volwassen bomen in de Aljofe-regio, wassen ze grondig en droogden ze in de schaduw om hun natuurlijke chemische eigenschappen te behouden. Vervolgens maalden ze de gedroogde bladeren tot een fijn poeder en kookten ze in water om een rijk, bruingele vloeibare extract te maken. Dit extract zit vol met natuurlijke verbindingen zoals fenolen en flavonoïden, die bekend staan om hun vermogen om elektronen te doneren. Wanneer dit extract werd gemengd met een oplossing die goudzouten bevatte en werd verhit, vond een opmerkelijke transformatie plaats. De goudionen in de oplossing, die aanvankelijk bleekgeel waren, veranderden snel in een diepe wijnrode kleur. Deze kleurverandering signaleerde dat de goudionen succesvol waren gereduceerd tot vaste nanodeeltjes, een proces dat volledig werd gedreven door de natuurlijke chemicaliën in de olijfbladeren. De resulterende nanodeeltjes waren bolvormig, met een gemiddelde diameter van ongeveer 19 [nanometer], en bleven stabiel in de oplossing zonder samen te klonteren, dankzij de natuurlijke coating die door het bladextract werd geboden.

Om te testen of deze uit de natuur gemaakte nanodeeltjes als sensor konden fungeren, plaatsten de onderzoekers ze op een gladde glasachtige koolstofelektrode, een standaardinstrument in de elektrochemische analyse. Ze vergeleken deze nieuwe sensor vervolgens met twee andere versies: één gemaakt met nanodeeltjes die met traditionele chemische methoden zijn geproduceerd met behulp van synthetisch citraat, en een kale elektrode zonder nanodeeltjes. Toen ze paracetamol en aspirine aan de sensor toevoegden, waren de resultaten opmerkelijk. De olijfblad-sensor was in staat om beide medicijnen gelijktijdig met hoge precisie te detecteren. Het identificeerde paracetamol bij concentraties zo laag als 0,032 micromolair en aspirine bij 0,15 micromolair. Deze detectiegrenzen zijn vergelijkbaar met, en in sommige gevallen beter dan, veel sensoren die zijn gebouwd met chemisch gesynthetiseerde nanodeeltjes. De sensor werkte door de elektrische stroom te meten die wordt gegenereerd wanneer de medicijnen oxideren op het oppervlak van de gouddeeltjes. De aanwezigheid van de nanodeeltjes zorgde ervoor dat deze reactie veel sneller en bij lagere voltages plaatsvond dan op een kale elektrode, waardoor de sensor zelfs de zwakste signalen van de medicijnen kon oppikken.

De onderzoekers stopten niet bij het bewijzen dat de sensor in een laboratoriumsetting werkte; ze testten hem op echte monsters om te zien of hij de complexiteit van werkelijke medicijnen en menselijke vloeistoffen aan kon. Ze analyseerden commerciële tabletten van paracetamol en aspirine, losten deze op en maten de inhoud van de medicijnen. De metingen van de sensor kwamen overeen met de op de etiketten vermelde hoeveelheden met een nauwkeurigheid van meer dan 98 procent, wat nauw aansluit bij de resultaten van de standaard laboratoriumchromatografie-methode. Ze testten de sensor ook op menselijke urine- en speekselmonsters die waren verrijkt met bekende hoeveelheden van de medicijnen. In deze biologische vloeistoffen, die veel andere stoffen bevatten die de meting zouden kunnen verstoren, behield de sensor zijn nauwkeurigheid en registreerde hij tussen de 96,8 en 103,8 procent van de toegevoegde medicijnen. Dit toonde aan dat de olijfblad-nanodeeltjes selectief genoeg waren om de achtergrondruis van zouten, eiwitten en andere metabolieten in het lichaam te negeren en zich alleen op de doelmedicijnen te richten.

Een cruciaal onderdeel van deze studie was het evalueren van de milieu-impact van de nieuwe methode. De onderzoekers gebruikten een gespecialiseerd scoresysteem genaamd AGREE, dat analytische technieken beoordeelt op basis van twaalf principes van groene chemie, zoals afvalvermindering, energie-efficiëntie en het gebruik van veilige oplosmiddelen. De met olijfbladeren gebouwde sensor kreeg een uitstekende score van 0,82 op 1,0, waarmee hij in de topklasse van groene analytische methoden valt. In contrast hiermee scoorde de sensor gebouwd met chemisch gesynthetiseerde nanodeeltjes 0,61, en de traditionele vloeistofchromatografie-methode scoorde slechts 0,38. De hoge score voor de nieuwe sensor was grotendeels te danken aan het gebruik van water als oplosmiddel, het vermijden van giftige reducerende middelen en het benutten van agrarisch afval als grondstof. Deze kwantitatieve beoordeling bevestigde dat de onderzoekers erin zijn geslaagd een sensorplatform te creëren dat de prestaties niet opoffert voor het milieu.

De studie concludeert dat het gebruik van olijfbladextract voor de synthese van goudnanodeeltjes een levensvatbaar en duurzaam pad biedt voor het bouwen van elektrochemische sensoren. De methode transformeert een veelvoorkomend agrarisch bijproduct in een hoogtechnologisch hulpmiddel dat in staat is om medicijnspiegels in zowel farmaceutische producten als biologische monsters te monitoren. Hoewel de onderzoekers opmerkten dat verdere tests op authentieke klinische monsters van patiënten waardevol zouden zijn, bieden hun huidige bevindingen sterk bewijs dat groene synthese sensoren kan produceren die net zo betrouwbaar zijn als die gemaakt met conventionele chemie. Door de principes van groene chemie te integreren met geavanceerde nanotechnologie, suggereert dit werk een toekomst waarin de instrumenten die worden gebruikt om de menselijke gezondheid te beschermen, zelf zijn ontworpen om de planeet te beschermen.