DOI: https://doi.org/10.1016/j.molliq.2026.129307
تاريخ النشر: 2026-01-23
المؤلف: Charu Agarwal وآخرون
الموضوع الرئيسي: الجسيمات النانوية: التركيب والتطبيقات
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على التحول من طرق تصنيع المواد النانوية التقليدية، التي غالبًا ما تتضمن مواد كيميائية سامة ومذيبات عضوية، إلى طرق أكثر استدامة تتماشى مع مبادئ الكيمياء “الخضراء”. أدى الاهتمام المتزايد بأساليب التخليق الصديقة للبيئة إلى استكشاف مستخلصات نباتية ومواد ميكروبية متنوعة للإنتاج البيولوجي للمواد النانوية، التي لها تطبيقات متنوعة.
تهدف المراجعة إلى توضيح آليات تشكيل المواد النانوية باستخدام هذه العوامل الخضراء، مع تسليط الضوء على كيفية تأثير العوامل المختلفة وظروف التخليق على الشكل وخصائص المواد النانوية الناتجة. بالإضافة إلى ذلك، تتناول التحديات التي تواجه اعتماد طرق التخليق الخضراء وتحدد الإمكانيات للتقدم المستقبلي في هذا المجال.
مقدمة
تستعرض مقدمة هذه الورقة البحثية تطور وأهمية تكنولوجيا النانو، التي تم تصورها في البداية من قبل ريتشارد فاينمان. تسلط الضوء على إمكانيات المواد النانوية عبر مختلف القطاعات، بما في ذلك الزراعة والطب الحيوي والإلكترونيات، بسبب خصائصها الفريدة مثل المساحة السطحية العالية والتفاعل. غالبًا ما تتضمن طرق التصنيع التقليدية، سواء من الأعلى إلى الأسفل أو من الأسفل إلى الأعلى، تقنيات مكلفة وخطيرة، مما يدفع نحو التحول إلى طرق التخليق الصديقة للبيئة، البيولوجية التي تستخدم مواد متجددة ومواد كيميائية غير سامة.
تؤكد الورقة على مزايا المواد النانوية الخضراء، لا سيما توافقها الحيوي وفعاليتها في التطبيقات الطبية الحيوية، مثل توصيل الأدوية وإزالة التلوث البيئي. تناقش العوامل الحاسمة التي تؤثر على التوافق الحيوي، بما في ذلك هيكل المادة النانوية والبيئة البيولوجية التي تتفاعل معها. تهدف المراجعة إلى توضيح آليات تخليق المواد النانوية باستخدام المستخلصات النباتية والميكروبات، مع معالجة التحديات مثل تجمع الجسيمات النانوية التي يمكن أن تؤثر على التفاعلات البيولوجية. كما يتم تقديم آفاق مستقبلية حول التطبيق السريري للمواد النانوية البيولوجية وضرورة المزيد من البحث حول توافقها الحيوي وسميتها الخلوية.
طرق
تناقش هذه القسم تخليق المواد النانوية المعدنية وأكاسيد المعادن باستخدام المستخلصات النباتية، مع تسليط الضوء على مزايا طرق التخليق الخضراء مقارنة بالطرق الكيميائية التقليدية. يتم التأكيد على المعادن النبيلة مثل الذهب (Au) والفضة (Ag) والبلاتين (Pt) والبلاديوم (Pd) لتطبيقاتها في الطب الحيوي، التحفيز، واستشعار البيولوجيا. من الجدير بالذكر أن جسيمات الذهب النانوية (NPs) التي تم تخليقها من مستخلصات نباتية، مثل Commiphora wightii و Sansevieria roxburghiana، تظهر توافقًا حيويًا واعدًا وخصائص مضادة للسرطان، مع تأكيد التخفيض البيولوجي السريع من خلال تغيرات اللون في المحلول. وبالمثل، تظهر جسيمات الفضة النانوية المنتجة من مستخلصات نباتية متنوعة أنشطة مضادة للأكسدة وتحفيزية كبيرة، مع ملاحظة سمية ضئيلة في الاختبارات الحيوية.
كما يتم استكشاف تخليق المواد النانوية لأكاسيد المعادن، وخاصة أشباه الموصلات مثل أكسيد الزنك (ZnO) وثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂). تُلاحظ هذه المواد لإمكاناتها في الأجهزة البصرية والإلكترونية والتطبيقات البيئية، مثل التحفيز الضوئي لتفكيك الصبغات. على سبيل المثال، أظهرت جسيمات ZnO النانوية المخلقة من Aloe vera ومستنبتات نباتية أخرى تفكيكًا فعالًا للميثيلين الأزرق تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية. تختتم هذه القسم بالإشارة إلى تخليق مجموعة متنوعة من أكاسيد المعادن الأخرى وتطبيقاتها، مع التأكيد على دور المواد الكيميائية النباتية في تقليل واستقرار الجسيمات النانوية، مما يعزز خصائصها الوظيفية.
نقاش
تتناول قسم النقاش في الورقة البحثية آليات التخليق الحيوي للجسيمات النانوية (NPs) باستخدام المستخلصات النباتية والأنظمة الميكروبية. تسهل المستخلصات النباتية، الغنية بالمواد الحيوية مثل البوليفينولات، الفلافونويدات، والتربينويدات، تقليل أيونات المعادن إلى جسيمات نانوية من خلال عملية ثلاثية المراحل: التنشيط، التكوين، والنمو. تتأثر الخصائص المحددة للجسيمات النانوية المخلقة، بما في ذلك الحجم والشكل، بالملف الكيميائي الحيوي للمستخلص وظروف التفاعل (الوقت، درجة الحرارة، الرقم الهيدروجيني، والتركيز). تلعب مضادات الأكسدة الموجودة في المستخلصات النباتية دورًا حاسمًا في تقليل أيونات المعادن واستقرار الجسيمات النانوية، مما يلغي الحاجة إلى مثبتات صناعية.
على النقيض من ذلك، يوفر التخليق الحيوي الميكروبي، الذي يشمل البكتيريا والفطريات والطحالب، مزايا مثل التكلفة المنخفضة وتحكم أفضل في شكل الجسيمات النانوية. يمكن أن يحدث التخليق الميكروبي داخل الخلايا أو خارجها، حيث تكون المسارات الخارجية أكثر جدوى تجاريًا بسبب تبسيط المعالجة اللاحقة. لقد أظهرت مجموعة متنوعة من الميكروبات القدرة على إنتاج جسيمات نانوية معدنية متنوعة، بما في ذلك الذهب والفضة والنحاس، مع ظهور سلالات محددة بخصائص وكفاءات فريدة. يبرز النقاش إمكانيات كل من الأنظمة النباتية والميكروبية لإنتاج الجسيمات النانوية بشكل قابل للتوسع وصديق للبيئة، مع التأكيد على تطبيقاتها عبر مجالات مثل الطب الحيوي والزراعة وإزالة التلوث البيئي.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.molliq.2026.129307
Publication Date: 2026-01-23
Author(s): Charu Agarwal et al.
Primary Topic: Nanoparticles: synthesis and applications
Overview
The section provides an overview of the shift from conventional nanomaterial fabrication methods, which often involve toxic chemicals and organic solvents, to more sustainable approaches aligned with “green” chemistry principles. The increasing interest in environmentally friendly synthesis methods has led to the exploration of various plant extracts and microbial agents for the biogenic production of nanomaterials, which have diverse applications.
The review aims to elucidate the mechanisms of nanomaterial formation using these green agents, highlighting how different agents and synthesis conditions can influence the morphology and properties of the resulting nanomaterials. Additionally, it addresses the challenges faced in adopting green synthesis methods and outlines the potential for future advancements in this area.
Introduction
The introduction of this research paper outlines the evolution and significance of nanotechnology, initially conceptualized by Richard Feynman. It highlights the potential of nanomaterials across various sectors, including agriculture, biomedicine, and electronics, due to their unique properties such as high surface area and reactivity. Traditional fabrication methods, both top-down and bottom-up, often involve costly and hazardous techniques, prompting a shift towards eco-friendly, biogenic synthesis methods that utilize renewable materials and non-toxic chemicals.
The paper emphasizes the advantages of green nanomaterials, particularly their biocompatibility and efficacy in biomedical applications, such as drug delivery and environmental remediation. It discusses the critical factors influencing biocompatibility, including the nanomaterial’s structure and the biological environment it interacts with. The review aims to elucidate the mechanisms of nanomaterial synthesis using plant extracts and microorganisms, while addressing challenges such as nanoparticle agglomeration that can affect biological interactions. Future perspectives on the clinical application of biogenic nanomaterials and the necessity for further research on their biocompatibility and cytotoxicity are also presented.
Methods
The section discusses the synthesis of metal and metal oxide nanomaterials using phytoextracts, highlighting the advantages of green synthesis methods over traditional chemical approaches. Noble metals such as gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), and palladium (Pd) are emphasized for their applications in biomedicine, catalysis, and biosensing. Notably, Au nanoparticles (NPs) synthesized from plant extracts, such as Commiphora wightii and Sansevieria roxburghiana, exhibit promising biocompatibility and anticancer properties, with rapid bioreduction confirmed by color changes in the solution. Similarly, Ag NPs produced from various plant extracts demonstrate significant antioxidant and catalytic activities, with minimal toxicity observed in bioassays.
The synthesis of metal oxide nanomaterials, particularly semiconductors like zinc oxide (ZnO) and titanium dioxide (TiO₂), is also explored. These materials are noted for their potential in opto-electronic devices and environmental applications, such as photocatalysis for dye degradation. For instance, ZnO NPs synthesized from Aloe vera and other plant extracts showed effective degradation of methylene blue under UV light. The section concludes by mentioning the synthesis of various other metal oxides and their applications, emphasizing the role of phytochemicals in the reduction and stabilization of nanoparticles, which enhances their functional properties.
Discussion
The discussion section of the research paper elaborates on the mechanisms of biosynthesis of nanoparticles (NPs) using plant extracts and microbial systems. Plant extracts, rich in biomolecules such as polyphenols, flavonoids, and terpenoids, facilitate the reduction of metal ions to NPs through a three-phase process: activation, nucleation, and growth. The specific characteristics of the synthesized NPs, including size and shape, are influenced by the biochemical profile of the extract and the reaction conditions (time, temperature, pH, and concentration). The antioxidants present in plant extracts play a crucial role in reducing metal ions and stabilizing the NPs, thereby eliminating the need for synthetic stabilizers.
In contrast, microbial biosynthesis, involving bacteria, fungi, and algae, offers advantages such as cost-effectiveness and better control over NP morphology. Microbial synthesis can occur intracellularly or extracellularly, with extracellular pathways being more commercially viable due to simplified downstream processing. Various microbes have demonstrated the ability to produce diverse metal NPs, including gold, silver, and copper, with specific strains exhibiting unique properties and efficiencies. The discussion highlights the potential of both plant and microbial systems for scalable and environmentally friendly NP production, emphasizing their applications across fields such as biomedicine, agriculture, and environmental remediation.