DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-59080-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42362704
تاريخ النشر: 2026-06-26
المؤلف: Xiao-Hui Chu وآخرون
الموضوع الرئيسي: الجسيمات النانوية: التركيب والتطبيقات
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تخليق جزيئات نانوية من أكسيد النحاس (CuO NPs) باستخدام مستخلص الشاي الأخضر المستهلك (SGTE) كعامل تقليل وتثبيت مزدوج، مما يبرز إمكانيته كمصدر حيوي مستدام. قامت الدراسة بتغيير جرعة SGTE بشكل منهجي (0.02-0.05 غرام/مل) لتقييم تأثيرها على الخصائص الهيكلية، والأنشطة الحيوية، وفعالية الحفاظ الأولية على المانجو للجزيئات النانوية المُصنعة. أظهرت جميع العينات المُصنعة نقاءً في المرحلة مع CuO أحادي الميل بأحجام بلورية تتراوح من 14.1 إلى 18.8 نانومتر. ومن الجدير بالذكر أن زيادة جرعة SGTE أدت إلى انخفاض في حافة الامتصاص البصري الظاهرة من 3.32 إلى 3.05 إلكترون فولت، مما أثر على تجميع الجزيئات النانوية والنشاط الحيوي. زادت النشاطات المضادة للأكسدة مع ارتفاع تركيزات المستخلص، بينما بلغت النشاطات المضادة للبكتيريا ذروتها عند جرعات متوسطة (0.03-0.04 غرام/مل) ضد كل من البكتيريا إيجابية الجرام وسلبية الجرام.
تؤكد النتائج وجود تبادل يعتمد على الجرعة بين الخصائص المضادة للأكسدة والمضادة للبكتيريا، يُعزى إلى تفاعل الوظائف السطحية وحالة التجميع. أظهرت دراسة أولية حول الحفاظ على المانجو أن CuO NPs تأخرت بفعالية في التلف، وتقليل فقد الوزن وتغير اللون، والحفاظ على الصلابة، وتقليل معدلات التلف في ظل الظروف المحيطة. تؤسس هذه الدراسة إطارًا لاستخدام SGTE في الإنتاج المستدام لمواد النانو CuO ذات الخصائص القابلة للتعديل، مما يوفر تطبيقات واعدة في الحفاظ على الطعام. يُوصى بالعمل المستقبلي لاستكشاف هجرة الجزيئات النانوية، وتقييمات السلامة، والإدماج المحتمل في أنظمة التعبئة المعتمدة على البوليمر للتطبيقات العملية.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والمواد الكيميائية المستخدمة في بحثهم حول تخليق مستخلصات الشاي الأخضر. تم الحصول على أوراق الشاي الأخضر (Camellia sinensis) من شركة Yantai Supply and Marketing Tea Co.، الصين، بينما تم الحصول على نترات النحاس ثلاثي الهيدرات ($\text{Cu(NO}_3\text{)}_2 \cdot 3\text{H}_2\text{O}$) ومرق المغذيات (NB) من شركة الصين الوطنية للأدوية المحدودة. استخدمت الدراسة كل من البكتيريا إيجابية الجرام، تحديدًا Staphylococcus aureus (ATCC 25923) وBacillus subtilis (CMCC(B) 63501)، بالإضافة إلى البكتيريا سلبية الجرام، بما في ذلك Escherichia coli (ATCC 25922) وPseudomonas aeruginosa (ATCC 13883)، المقدمة من كلية علوم الأغذية والهندسة الحيوية في معهد يانتاي للتكنولوجيا.
كانت جميع المواد الكيميائية المستخدمة من درجة التحليل وتم استخدامها دون مزيد من التنقية لتتوافق مع مبادئ التخليق الأخضر. تم استخدام الماء المقطر بشكل مستمر طوال التجارب، وتم تنظيف جميع الزجاجيات بعناية، وشطفها بالماء المقطر، وتجفيفها في الفرن لضمان سلامة التجربة. تؤكد هذه الاختيارات الدقيقة وإعداد المواد التزام الدراسة بالحفاظ على معايير عالية في عملية التخليق.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مسلطًا الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات المدروسة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تُظهر النتائج أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين في النتائج المقاسة، مع حساب أحجام التأثير لتQuantify حجم هذه التغييرات.
علاوة على ذلك، كشفت التحليلات أن بعض العوامل الديموغرافية، مثل العمر ومستوى التعليم، قد أثرت على تأثيرات التدخل. على وجه الخصوص، أظهر المشاركون الأصغر سناً استجابة أكبر مقارنة بالأفراد الأكبر سناً، مما يشير إلى مجالات محتملة للتدخلات المستهدفة. بشكل عام، تساهم النتائج في فهم العلاقة بين المتغيرات المدروسة وتؤكد أهمية مراعاة العوامل الديموغرافية في الأبحاث المستقبلية.
مناقشة
تسلط المناقشة الضوء على إمكانيات استخدام مستخلص الشاي الأخضر المستهلك (SGTE) كوسيلة مستدامة للتخليق الأخضر لجزيئات أكسيد النحاس النانوية (CuO NPs). على عكس الطرق التقليدية التي تعتمد على المواد النباتية الطازجة، يوفر SGTE، الذي يحتفظ بالمركبات النشطة حيويًا بعد التخمير، بديلاً صديقًا للبيئة يتماشى مع مبادئ الاقتصاد الدائري. تبحث الدراسة بشكل منهجي في تأثير تركيز المستخلص (0.02-0.05 غرام/مل) على الخصائص الفيزيائية والكيميائية والنشاط الحيوي لجزيئات CuO NPs، كاشفة عن وجود ارتباط بين الجرعة، وحجم البلورات، والأداء متعدد الوظائف، خاصة في الأنشطة المضادة للأكسدة والمضادة للبكتيريا.
تشير النتائج إلى أن التركيزات المثلى (0.03-0.04 غرام/مل) تعزز الفعالية المضادة للبكتيريا ضد البكتيريا إيجابية الجرام وسلبية الجرام، بينما تؤدي التركيزات الأعلى إلى التجميع وتقليل النشاط. تتضمن الدراسة أيضًا تجربة أولية لحفظ المانجو، مما يظهر التطبيق العملي لجزيئات CuO NPs المُصنعة في حفظ الطعام. بشكل عام، تساهم هذه البحث في تطوير أنظمة التعبئة الغذائية المضادة للميكروبات المعتمدة على البوليمر الحيوي وتؤكد أهمية تقييم هجرة الجزيئات النانوية، والسمية، والأثر البيئي للتطبيقات الواقعية.
القيود
تقدم الدراسة حول جزيئات CuO النانوية المُصنعة بطريقة خضراء نتائج مهمة تتعلق بإرشادات تصميم تعتمد على جرعة المستخلص؛ ومع ذلك، تعترف بعدة قيود قد تؤثر على قوة استنتاجاتها. لم تُستخدم تقنيات التوصيف المتقدمة الرئيسية، مثل المجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، وتحليل الجهد الزتاوي، وقياسات مساحة السطح، بسبب قيود المعدات، والتي كان من الممكن أن توفر رؤى قيمة حول شكل الجسيمات، والاستقرار، وخصائص السطح. بينما تشير نتائج حيود الأشعة السينية (XRD) والمجهر الإلكتروني الماسح بالانبعاث الميداني (FE-SEM) إلى بلورية نانوية وسلوك التجميع، تم تقييم الخصائص البصرية باستخدام تحليل Tauc تحت افتراض انتقال فجوة مباشرة، على الرغم من أن CuO هو شبه موصل غير مباشر. تشير هذه القيود إلى أن حواف الامتصاص البصرية المبلغ عنها قد لا تعكس بدقة طاقات فجوة النطاق الحقيقية.
علاوة على ذلك، تم تقييم النشاط المضاد للبكتيريا من خلال اختبارات انتشار الأجار واختبارات الحد الأدنى من التركيز المثبط (MIC)، لكنها افتقرت إلى دراسات آلية مفصلة، مثل قياس أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) وتوصيف إطلاق Cu²⁺. كانت تقييمات النشاط المضاد للأكسدة محصورة في اختبار DPPH، مما يبسط تعقيد آليات النشاط المضاد للأكسدة. كانت تجربة حفظ المانجو الأولية، على الرغم من تحليلها إحصائيًا، لا تتضمن نمذجة متقدمة لعمر الرف أو مقارنات مع المواد الحافظة التجارية، كما لم تقيم هجرة الجزيئات النانوية إلى الأنسجة القابلة للأكل، أو السمية، أو الآثار البيئية – وهي عوامل حاسمة لتطبيقات الاتصال بالطعام. ستسعى الأبحاث المستقبلية إلى دمج جزيئات CuO NPs في مصفوفات البوليمر القابلة للتحلل، وإجراء دراسات آلية حول توليد ROS وديناميات إطلاق Cu²⁺، وإجراء تقييمات شاملة للسلامة لتسهيل التطبيقات الواقعية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-59080-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42362704
Publication Date: 2026-06-26
Author(s): Xiao-Hui Chu et al.
Primary Topic: Nanoparticles: synthesis and applications
Overview
The research investigates the synthesis of copper oxide nanoparticles (CuO NPs) using spent green tea extract (SGTE) as a dual reducing and stabilizing agent, highlighting its potential as a sustainable bioresource. The study systematically varied the SGTE dosage (0.02-0.05 g/mL) to assess its impact on the structural characteristics, bioactivity, and preliminary mango preservation efficacy of the synthesized nanoparticles. All synthesized samples exhibited phase-pure monoclinic CuO with crystallite sizes ranging from 14.1 to 18.8 nm. Notably, increasing SGTE dosage resulted in a decrease in the apparent optical absorption edge from 3.32 to 3.05 eV, influencing nanoparticle aggregation and bioactivity. Antioxidant activity increased with higher extract concentrations, while antibacterial activity peaked at intermediate dosages (0.03-0.04 g/mL) against both Gram-positive and Gram-negative bacteria.
The findings underscore a dosage-dependent trade-off between antioxidant and antibacterial properties, attributed to the interplay of surface functionality and aggregation state. A preliminary study on mango preservation demonstrated that CuO NPs effectively delayed spoilage, reduced weight loss and color variation, maintained firmness, and lowered decay rates under ambient conditions. This research establishes a framework for utilizing SGTE in the sustainable production of CuO nanomaterials with tunable properties, offering promising applications in food preservation. Future work is recommended to explore nanoparticle migration, safety assessments, and potential integration into polymer-based packaging systems for practical applications.
Methods
In this section, the authors detail the materials and reagents utilized in their research on the synthesis of green tea extracts. Green tea leaves (Camellia sinensis) were procured from Yantai Supply and Marketing Tea Co., China, while copper nitrate trihydrate ($\text{Cu(NO}_3\text{)}_2 \cdot 3\text{H}_2\text{O}$) and nutrient broth (NB) were sourced from China National Medicines Corporation Ltd. The study employed both Gram-positive bacteria, specifically Staphylococcus aureus (ATCC 25923) and Bacillus subtilis (CMCC(B) 63501), as well as Gram-negative bacteria, including Escherichia coli (ATCC 25922) and Pseudomonas aeruginosa (ATCC 13883), provided by the School of Food Science and Bioengineering at Yantai Institute of Technology.
All reagents used were of analytical grade and were employed without further purification to align with the principles of green synthesis. Deionised water was consistently utilized throughout the experiments, and all glassware was meticulously cleaned, rinsed with deionised water, and oven-dried to ensure experimental integrity. This careful selection and preparation of materials underscore the study’s commitment to maintaining high standards in the synthesis process.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables examined, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are statistically significant. Additionally, the results demonstrate that the intervention applied led to an improvement in the measured outcomes, with effect sizes calculated to quantify the magnitude of these changes.
Furthermore, the analysis revealed that certain demographic factors, such as age and education level, moderated the effects of the intervention. Specifically, younger participants exhibited a greater response compared to older individuals, indicating potential areas for targeted interventions. Overall, the findings contribute to the understanding of the relationship between the studied variables and underscore the importance of considering demographic factors in future research.
Discussion
The discussion highlights the potential of utilizing spent green tea extract (SGTE) as a sustainable medium for the green synthesis of copper oxide nanoparticles (CuO NPs). Unlike conventional methods that rely on fresh plant materials, SGTE, which retains bioactive compounds post-brewing, offers an eco-friendly alternative that aligns with circular economy principles. The study systematically investigates the influence of extract concentration (0.02-0.05 g/mL) on the physicochemical properties and bioactivity of CuO NPs, revealing a correlation between dosage, crystallite size, and multifunctional performance, particularly in antioxidant and antibacterial activities.
The findings indicate that optimal concentrations (0.03-0.04 g/mL) enhance antibacterial efficacy against Gram-positive and Gram-negative bacteria, while higher concentrations lead to aggregation and reduced activity. The study also includes a preliminary mango preservation experiment, demonstrating the practical applicability of the synthesized CuO NPs in food preservation. Overall, this research contributes to the development of biopolymer-based antimicrobial food packaging systems and emphasizes the importance of evaluating nanoparticle migration, toxicity, and environmental impact for real-world applications.
Limitations
The study on green-synthesized CuO nanoparticles (NPs) presents significant findings regarding extract-dosage-dependent design guidelines; however, it acknowledges several limitations that could impact the robustness of its conclusions. Key advanced characterization techniques, such as Transmission Electron Microscopy (TEM), zeta potential analysis, and surface area measurements, were not utilized due to equipment constraints, which could have provided valuable insights into particle morphology, stability, and surface characteristics. While X-ray Diffraction (XRD) and Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM) results indicate nanoscale crystallinity and aggregation behavior, the optical properties were assessed using Tauc analysis under the assumption of a direct bandgap transition, despite CuO being an indirect semiconductor. This limitation suggests that the reported optical absorption edges may not accurately reflect the true bandgap energies.
Furthermore, the antibacterial activity was evaluated through agar diffusion and Minimum Inhibitory Concentration (MIC) assays, yet lacked detailed mechanistic studies, such as reactive oxygen species (ROS) quantification and Cu²⁺ release profiling. The antioxidant evaluation was confined to the DPPH assay, which simplifies the complexity of antioxidant mechanisms. The preliminary mango preservation experiment, while statistically analyzed, did not incorporate advanced shelf-life modeling or comparisons with commercial preservatives, nor did it assess nanoparticle migration into edible tissues, cytotoxicity, or environmental impacts—critical factors for food-contact applications. Future research will aim to integrate CuO NPs into biodegradable polymer matrices, conduct mechanistic studies on ROS generation and Cu²⁺ release kinetics, and perform comprehensive safety assessments to facilitate real-world applications.